第4課時(shí)光的干涉衍射和偏振 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.掌握光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，特別是雙縫干涉中出現(xiàn)明暗條紋的條件及判斷方法.2.掌握光產(chǎn)生明顯衍射的條件，以及衍射與干涉現(xiàn)象的區(qū)別.3.掌握光的偏振現(xiàn)象，了解偏振在日常生活中的應(yīng)用一、光的干涉 基礎(chǔ)導(dǎo)引1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)P到雙縫S1、S2的路程差為7.5×107 m，如果用頻率6.0×1014 Hz的黃光照射雙縫，試通過(guò)計(jì)算分析P點(diǎn)出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋2描繪地勢(shì)高低可以用等高線，描繪靜電場(chǎng)可以用等勢(shì)線，薄膜干涉條紋實(shí)際上是等厚線，同一干涉條紋上各個(gè)地方薄膜的厚度是相等的利用光的干涉檢查平整度時(shí)，觀察到了干涉條紋的形狀，就等于知道了等厚線的走向，因而不難判斷被檢測(cè)平面的凹下或凸出的位置為什么薄膜干涉條紋是等厚線？知識(shí)梳理1雙縫干涉：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動(dòng)情況總是_的相干光波屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差是_時(shí)出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長(zhǎng)的_時(shí)出現(xiàn)暗條紋相鄰的明條紋(或暗條紋)之間的距離x與波長(zhǎng)、雙縫間距d及屏到雙縫的距離l之間的關(guān)系為_(kāi)2薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)_反射的光相遇而形成的圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度_特別提醒1.只有相干光才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣2單色光形成明暗相間的干涉條紋，白光形成彩色條紋二、光的衍射基礎(chǔ)導(dǎo)引太陽(yáng)光照著一塊遮光板，遮光板上有一個(gè)較大的三角形孔太陽(yáng)光透過(guò)這個(gè)孔，在光屏上形成一個(gè)三角形光斑請(qǐng)說(shuō)明：遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí)，光屏上的圖形將怎樣變化？說(shuō)出其中的道理知識(shí)梳理1光_的現(xiàn)象叫光的衍射2發(fā)生明顯衍射的條件：只有在障礙物的尺寸比光的波長(zhǎng)小或者跟波長(zhǎng)相差不多的條件下，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象3泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的小圓板上時(shí)，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))特別提醒1.光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同2區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分三、光的偏振基礎(chǔ)導(dǎo)引市場(chǎng)上有一種太陽(yáng)鏡，它的鏡片是偏振片偏振片與普通的有色玻璃片相比有什么優(yōu)點(diǎn)？安裝鏡片時(shí)它的透振方向應(yīng)該沿什么方向？利用偏振眼鏡可以做哪些實(shí)驗(yàn)、做哪些檢測(cè)？知識(shí)梳理1偏振：光波只沿_的方向振動(dòng)，稱(chēng)為光的偏振2自然光：太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿_振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的_都相同，這種光叫做自然光3偏振光：在_于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光，叫做偏振光光的偏振證明光是_自然光通過(guò)偏振片后，就得到了偏振光特別提醒1.自然光通過(guò)偏振片后，就變成了偏振光2平時(shí)我們所見(jiàn)的光，除直接從光源射來(lái)的以外都是不同程度的偏振光.考點(diǎn)一光的干涉考點(diǎn)解讀1明暗條紋的判斷方法(1)單色光a如圖1所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點(diǎn)的路程差r2r1k(k0,1,2)時(shí)，光屏上出現(xiàn)明條紋b光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2)時(shí)，光屏上出現(xiàn)暗條紋圖1(2)白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋(3)中央條紋為明條紋2雙縫干涉是等間距的，相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離與波長(zhǎng)成正比(裝置已確定的情況下)利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)可測(cè)量光波的波長(zhǎng)3薄膜干涉(1)如圖2所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形圖2(2)光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA和后表面BB分別反射出來(lái)，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加(3)原理分析單色光a在P1、P2處，兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程差r等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍rn(n1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)明條紋b在Q處，兩列反射回來(lái)的光波的路程差r等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍r(2n1)(n0,1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋4薄膜干涉的應(yīng)用干涉法檢查平面如圖3所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，我們會(huì)觀察到平行且等間距的明圖3暗相間的條紋；若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲典例剖析例1如圖4所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點(diǎn)，已知P點(diǎn)與S1、S2距離之差為2.1×106 m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，問(wèn)P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？圖4(1)已知A光在折射率為n1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為4×107 m；(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長(zhǎng)為3.15×107 m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí)，臨界角為37°；(3)若讓A光照射S1，B光照射S2，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象跟蹤訓(xùn)練1如圖5所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，已知SS1SS2，且S1、S2到光屏上P點(diǎn)的路程差r1.5×106 m.(1)當(dāng)S為0.6 m的單色光源時(shí)，在P點(diǎn)處將形成_條紋圖5(2)當(dāng)S為0.5 m的單色光源時(shí)，在P點(diǎn)處將形成_條紋(均選填“明”或“暗”)例2用某一單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間距離為0.25 mm，在距離雙縫為1.2 m處的光屏上，測(cè)得5條亮紋間的距離為7.5 mm.求這種單色光的波長(zhǎng)探究所得掌握條紋間距公式x.跟蹤訓(xùn)練2薄膜干涉在科學(xué)技術(shù)上有很大應(yīng)用如圖6甲是干涉法檢查平面示意圖，圖乙是得到的干涉圖樣，則干涉圖樣中條紋彎曲處的凹凸情況是_(選填“上凸”或“下凹”)圖6考點(diǎn)二衍射與干涉的比較考點(diǎn)解讀1衍射與干涉的比較 兩種現(xiàn)象比較項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋特別提醒1.白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同2區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分2干涉與衍射的本質(zhì)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理在衍射現(xiàn)象中，可以認(rèn)為從單縫通過(guò)兩列或多列頻率相同的光波，它們?cè)谄辽席B加形成單縫衍射條紋典例剖析例3在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果 ()A用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋D用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋跟蹤訓(xùn)練3在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的明暗相間的圖樣，圖7的四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是 ()圖7Aa、c Bb、c Ca、d Db、d考點(diǎn)三光的偏振考點(diǎn)解讀1偏振光的產(chǎn)生方式(1)自然光通過(guò)起偏器：通過(guò)兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器(2)自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直注意不能認(rèn)為偏振片就是刻有狹縫的薄片，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特征，即存在一個(gè)偏振方向，只讓平行于該方向振動(dòng)的光通過(guò)，其他振動(dòng)方向的光被吸收 了2偏振光的理論意義及應(yīng)用(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說(shuō)明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光波是橫波(2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車(chē)燈眩光等典例剖析例4(1)肥皂泡在太陽(yáng)光照射下呈現(xiàn)的彩色是_現(xiàn)象；露珠在太陽(yáng)光照射下呈現(xiàn)的彩色是_現(xiàn)象；通過(guò)狹縫看太陽(yáng)光時(shí)呈現(xiàn)的彩色是_現(xiàn)象(2)凡是波都具有衍射現(xiàn)象，而把光看作直線傳播的條件是_.要使光產(chǎn)生明顯的衍射，條件是_(3)當(dāng)狹縫的寬度很小并保持一定時(shí)，分別用紅光和紫光照射狹縫，看到的衍射條紋的主要區(qū)別是_(4)如圖8所示，讓太陽(yáng)光或白熾燈光通過(guò)偏振片P和Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，可以看到透射光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象，這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明_圖8跟蹤訓(xùn)練4光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是 ()A一束自然光相繼通過(guò)兩個(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光是偏振光C日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景象更清晰D通過(guò)手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋A組光的干涉1關(guān)于光的干涉，下列說(shuō)法中正確的是 ()A在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的B在雙縫干涉現(xiàn)象里，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個(gè)明條紋間距將變寬C只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉D頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定2.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖9所示，雙縫間的距離為d，雙縫到像 屏的距離為l，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置使得像屏上可以看到清晰的干涉條紋關(guān)于干涉條紋的情況，下列敘述正確的是 ()圖9A若將像屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將變得不 清晰B若將像屏向右平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋C若將雙縫間距離d減小，像屏上的兩個(gè)相鄰明條紋間的距離變小D若將雙縫間距離d減小，像屏上的兩個(gè)相鄰暗條紋間的距離增大3用如圖10所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象圖(a)是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈，將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是 ()圖10A當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°D干涉條紋保持原來(lái)狀態(tài)不變B組光的衍射和偏振4如圖11所示，兩光屏間放有兩個(gè)偏振片，它們四者平行共軸，現(xiàn)讓太陽(yáng)光沿軸線通過(guò)光屏M上的小孔照射到固定不動(dòng)的偏振片P上，再使偏振片Q繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則關(guān)于光屏N上光的亮度變化情況，下列說(shuō)法中正確的是 ()圖11A光屏N上光的亮度保持不變B光屏N上光的亮度會(huì)時(shí)亮?xí)r暗C光屏N上有兩條與偏振片P、Q透振方向?qū)?yīng)的亮線D光屏N上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)5用單色光通過(guò)小圓盤(pán)和小圓孔分別做衍射實(shí)驗(yàn)，在光屏上得到衍射圖形，則 ()A用小圓盤(pán)時(shí)，圖形中央是暗的，用小圓孔時(shí)，圖形中央是亮的B用小圓盤(pán)時(shí)，圖形中央是亮的，用小圓孔時(shí)，圖形中央是暗的C兩個(gè)圖形中央均為亮點(diǎn)的同心圓形條紋D兩個(gè)圖形中央均為暗點(diǎn)的同心圓形條紋課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練(限時(shí)：30分鐘)一、選擇題1關(guān)于光的干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是 ()A在波峰與波峰疊加處，將出現(xiàn)亮條紋；在波谷與波谷疊加處，將出現(xiàn)暗條紋B在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上距兩狹縫的路程差為1個(gè)波長(zhǎng)的某位置，將出現(xiàn)亮紋C把入射光由黃光換成紫光，兩相鄰明條紋間的距離變窄D當(dāng)薄膜干涉的條紋是等間距的平行線時(shí)，說(shuō)明薄膜的厚度處處相等圖12圖1是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，P為光屏用綠光從左邊照射單縫S時(shí)，可在光屏P上觀察到干涉條紋下列說(shuō)法正確的是 ()A減小雙縫間的距離，干涉條紋間的距離減小B增大雙縫到屏的距離，干涉條紋間的距離增大C將綠光換為紅光，干涉條紋間的距離減小D將綠光換為紫光，干涉條紋間的距離增大3在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是 ()A其他條件不變，將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變窄B其他條件不變，使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C其他條件不變，換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變寬D其他條件不變，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬4下列有關(guān)光現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是 ()A在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紫光改為紅光，則條紋間距一定變大B以相同入射角從水中射向空氣，紫光能發(fā)生全反射，紅光也一定能發(fā)生全反射C紫光從空氣射向水中，只要入射角足夠大，就可以發(fā)生全反射D拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度5如圖2所示是一種利用光纖溫度傳感器測(cè)量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長(zhǎng)度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的透振方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強(qiáng)度就會(huì)變化設(shè)起偏器和檢偏器透振方向相同，關(guān)于這種溫度計(jì)的工作原理，正確的說(shuō)法是 ()圖2A到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越大B到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越大C到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越小D到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越小圖36雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，綠光通過(guò)單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過(guò)雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋屏上O點(diǎn)距雙縫S1和S2的距離相等，P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況是 ()AO點(diǎn)是紅光的亮條紋BO點(diǎn)不是藍(lán)光亮條紋C紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方D藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方二、非選擇題7如圖4所示，是研究激光相干性的雙縫干涉示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1、S2發(fā)出的兩列波到達(dá)屏上時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，已知入射激光的波長(zhǎng)是，屏上的P點(diǎn)到兩狹縫S1、S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記作0號(hào)條紋，由P向上數(shù)，與0號(hào)亮條紋相鄰的亮紋依次是1號(hào)條紋、2號(hào)條紋則P1處的亮紋恰好是10號(hào)條紋設(shè)直線S1P1的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，S2P1的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，則L2L1等于多少？圖4復(fù)習(xí)講義基礎(chǔ)再現(xiàn)一、基礎(chǔ)導(dǎo)引1.暗條紋2因?yàn)樾纬赏粭l干涉條紋的兩列反射波的路程差一定，而且路程差的一半恰好是薄膜的厚度，所以同一干涉條紋是等厚線知識(shí)梳理1.相同波長(zhǎng)整數(shù)倍奇數(shù)倍x2.前后兩面相同二、基礎(chǔ)導(dǎo)引起初小孔不太小時(shí)，光沿直線傳播，此時(shí)光斑隨小孔尺寸減小而減小當(dāng)小孔足夠小時(shí)，光發(fā)生衍射，而且小孔越小衍射效果越強(qiáng)，此時(shí)光斑隨小孔尺寸減小而增大知識(shí)梳理1.離開(kāi)直線路徑繞到障礙物陰影里三、基礎(chǔ)導(dǎo)引兩者的目的都是減少通光量，但普通帶色玻璃改變了物體的顏色，而偏振片卻沒(méi)有安裝鏡片時(shí)，兩鏡片的透振方向應(yīng)相互垂直利用偏振鏡片可以檢驗(yàn)光波是不是橫波，可以檢測(cè)某一光波是不是偏振波知識(shí)梳理1.某一特定2.一切方向強(qiáng)度3.垂直橫波課堂探究例1(1)暗條紋(2)亮條紋(3)見(jiàn)解析解析(3)若讓A光和B光分別照射S1和S2，這時(shí)既不能發(fā)生干涉，也不發(fā)生衍射，此時(shí)在光屏上只能觀察到亮光跟蹤訓(xùn)練1(1)暗(2)明例23.9×107 m跟蹤訓(xùn)練3D例4見(jiàn)解析解析(1)肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散，通過(guò)狹縫看太陽(yáng)光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象(2)障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)，可把光看作沿直線傳播；障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)更小時(shí)，可產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象(3)紅光的中央亮紋寬，紅光的中央兩側(cè)的亮紋離中央亮紋遠(yuǎn)(4)這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了光是一種橫波跟蹤訓(xùn)練4D分組訓(xùn)練1 C2.BD3.D4.B5.C課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練1BC2B3ACD4A5B6AC710