高考一轮复习课件132光的干涉和衍射色散光的偏振激光.ppt

光的干涉和衍射色散光的偏振激光 1双缝干涉(1)让 一 束 平 行 的 单 色 光 投 射 到 一 个 有 两 条 相 隔很 近 狭 缝 的 挡 板 上，平 行 光 的 光 波 会 同 时 传 到 两 狭 缝上，成 为 两 个 振 动 情 况 总 是 相 同 的 波 源，它 们 发 出 的光 在 挡 板 后 面 的 空 间 互 相 叠 加，会 产 生 光 在 一 些 地 方互 相 加 强、在 一 些 地 方 互 相 削 弱 的 干 涉 现 象，在 挡 板后 面 的 屏 上 产 生 亮暗相间 的 条 纹，这 就 是 双 缝 干涉(2)产 生 光 的 干 涉 现 象 的 条 件 只 有 由 相 干 波 源(即 振 动 情 况 完 全 相 同 的 光 源)发 出 的 光，才 能 产 生 光的干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹(3)干涉条纹的特征 单 色 光 经 双 缝 产 生 的 干 涉 图 样 的 亮 纹(或 暗 纹)的 宽 度 相 等，即 干 涉 条 纹 是等间距 的，并 且亮度相同 双 缝 干 涉 用 白 光，屏 上 则 出 现彩色条纹，中 间 为白色，两 侧 第 一 组 亮 纹 从 里 到 外 由紫到红依次排列(4)光的干涉现象证明了光是一种波 光 的 颜 色 由 光 的频率 决 定 红光 频 率最 小，在 真 空 中 波 长 最 长，紫光 频 率 最 大，在真 空 中 波 长 最 短 由红到紫 频 率 逐 渐 增 大，在真空中波长逐渐减小 在 同 种 介 质 中 不 同 频 率 的 可 见 光 折 射 率不同，介质对频率高的折射率大.对 红 光 折 射 率 最 小，对 紫 光 折 射 率 最 大，红 光 传 播 速 度 最 大，紫光传播速度最小 在 不 同 介 质 中 传 播 速 度 不 同，但频率 保 持不 变，波长 变 化 波 长、波 速 和 频 率 的 关 系 是v=f.2薄膜干涉 薄 膜 干 涉 是 光 照 射 到 薄 膜 上 时，被 膜 的前、后表面反射 的 两 列 光 相 叠 加 产 生 的 一 种 干 涉 现 象 在 光 的 薄 膜 干 涉 中，前、后 表 面 反 射 光 的 路 程差 由膜的厚度 决 定，所 以 薄 膜 干 涉 中 同 一 亮 纹或同一暗纹应出现在膜的厚度相同的地方 由 于 光 波 波 长 极 短，因 此 做 薄 膜 干 涉 所 用 介 质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹 3光的衍射现象 光 离 开 直 线 传 播 路 径 而 绕 到 障 碍 物 阴 影 里 的 现象就是光的衍射现象 产 生 明 显 衍 射 的 条 件 是：障碍物或孔的尺寸比光的波长小，或者与光波长相差不多.光 的 衍 射 现 象 也 是 波 的 主 要 特 征 之 一，同 样 可证明光具有波动性 4光的色散(1)棱镜 常 用 的 棱 镜 是 横 截 面 为三角形 的 三 棱 镜，通常简称为棱镜 棱 镜 对 光 线 的 作 用 光 线 照 射 到 棱 镜 的 一 个 侧 面上 时，经 两 个 侧 面 折 射 后，出 射 光 线 向 棱 镜 的底面偏 折；物 体 经 棱 镜 所 成 的 虚 像 的 位 置 与 物 体 的 实 际 位置比较，像向顶角方向偏移 偏 折 角 度 通 过 棱 镜 的出射光线和入射光线的 夹 角，即 偏 折 角 度，跟 棱 镜 的折射率 有 关，折射率越大，偏折角度越大.(2)光的色散 复 色 光 在 介 质 中 由 于折射率 不 同 而 分 解 成单 色 光 的 现 象，叫 做 光 的 色 散 白 光 通 过 棱 镜 折 射后将发生色散现象 光 谱，白 色 光 通 过 棱 镜 折 射 后，色 散 成 由 各 种色 光 组 成 的 彩 色 光 带，就 是 光 谱 光 带 的 颜 色 由 棱镜 的 顶 角 向 底 边 排 列 依 次 为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色 光 的 色 散 产 生 原 因，是 同 一 介 质 对 不 同 色 光 的折射率 不 同 而 引 起 的，折 射 率 大 的 偏 折 角 大 在七 种 色 光 中，紫 光 的 折 射 率 最 大，所 以 紫 光 向 棱 镜底部偏折程度最大 光 的 色 散 表 明：白 光 是复色光；同 一 介 质对 不 同 色 光 的 折 射 率不同，不 同 色 光 在 同 一 介质中传播速度也不同 5光的偏振现象(1)偏 振 光 的 振 动 方 向 跟 偏 振 片 的 透 振 方 向垂直时，偏 振 光 不 能 通 过，透 射 光 的 强 度 为 零；偏 振 光 的振 动 方 向 跟 偏 振 片 的 透 振 方 向平行 时，透 射 光 的强度最强，这就是光的偏振现象(2)光的偏振现象表明光是横波.(3)光 振 动：光 是 电 磁 波，电 磁 波 中 电 场 E 和 磁 感应 强 度 B 的 振 动 方 向 都 与 电 磁 波 的 传 播 方 向垂直.光 波 的 感 光 作 用 和 生 理 作 用 等 主 要 由 电 场 强 度 E 所 引起，因此常将E 的振动称为光振动(4)自 然 光：光 振 动 沿 各 个 方 向均匀分布 的光 就 是 自 然 光 普 通 光 源 发 出 的 光 是 自 然 光，包 含着 在 垂 直 于 传 播 方 向 上 沿 一 切 方 向 振 动 的 光，且 各个方向上强度相等.(5)偏 振 光：如 果 光 振 动只沿一个特定方向，这 束 光 就 是 偏 振 光 人 们 通 常 看 到 的 绝 大 部 分 光 都是偏振光 6激光 激 光 是 从 物 质 的原子 中 发 生 受 激 辐 射，同时 向 同 一 方 向 产 生相同频率 的 光 子 而 发 射 出 来的光 激 光 的 特 点 有 极好的相干性；平行度非常好；亮度高，即 可 以 在 很 小 的 空 间和很短的时间内集中很大的能量 1.光的干涉(双缝干涉)问 题：简 述 形 成 光 的 干 涉 的 条 件 和 产 生 亮 纹 与暗纹的特点 解答：光的干涉现象：频率相同，振动方向一致的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象 例 1：在 双 缝 干 涉 实 验 中，以 白 光 为 光 源 在 屏 上观 察 到 了 彩 色 干 涉 条 纹，若 在 双 缝 中 的 一 缝 前 放 一 红色 滤 光 片(只 能 透 过 红 光)，另 一 缝 前 放 一 绿 色 滤 光 片(只能透过绿光)，这时()A 只 有 红 色 和 绿 色 的 双 缝 干 涉 条 纹，其 他 颜 色的双缝干涉条纹消失 B 红 色 和 绿 色 的 双 缝 干 涉 条 纹 消 失，其 他 颜 色的双缝干涉条纹依然存在 C 任 何 颜 色 的 双 缝 干 涉 条 纹 都 不 存 在，但 屏 上仍有光亮 D 屏上无任何光亮 解析：放置红、绿色滤光片后的双缝，相当于红色、绿色两个线状光源，它们不是相干光(不满足相干条件)，自然不能产生双缝干涉条纹，所以A、B错误既然滤光片可以透过红光和绿光(题目信息)，故D也错误于是正确的答案只能是C.实际上，加有滤光片后，光屏上获得的将是红光、绿光各自单缝衍射图样的重叠明确这一点，也能确定C正确 答案：C 点评：正确解答本题，要了解杨氏干涉的成因及杨氏巧妙地获得相干光的方法，同时准确把握干涉条件另外，本题所给四个选项，互不相容，因此本题答案具有唯一性，这一类选择题在物理学科中十分常见，可以考虑采用排除法 警示：本题中的D项很容易出现“没有干涉，在屏上无任何亮光”的错误想法，这点要值得注意 2.光的干涉(薄膜干涉)问题：怎样解释薄膜干涉？解答：当肥皂膜竖直放置，由于重力作用，膜上薄下厚光照射到肥皂膜上，经前、后表面两次反射，又叠加在一起，后表面反射光的路程比前表面反射多2倍膜厚若膜厚度2倍等于波长的整数倍，两列光波加强，呈现亮纹若某种膜厚度的2倍等于半波长奇数倍，此处两列波互相减弱，出现暗纹膜厚度变化是连续的，就出现亮暗相间的干涉条纹 例 2：在 研 究 材 料 A 的 热 膨 胀 特 性 时，可 采 用如 图1321所 示 的 干 涉 实 验 法 A 的 上 表 面 是 一光 滑 平 面，在 A 的 上 方 放 一 个 透 明 的 平 行 板 B，B 与A 上 表 面 平 行，在 它 们 之 间 形 成 一 厚 度 均 匀 的 空 气膜现在用波长为 的单色光垂直照射，同时对A 缓慢加热，在B 上方观察到B 板的亮度发生周期性变化当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮则()图1321 A 出 现 最 亮 时，B 上 表 面 反 射 光 与 A 上 表 面 反射光叠加后加强 B 出 现 最 亮 时，B 下 表 面 反 射 光 与 A 上 表 面 反射光叠加后加强 C 温度从t1升至t2过程中，A 的高度增加/4 D 温度从t1升至t2过程中，A 的高度增加/2 解析：从题中提到最亮，说明 t1时刻与 t2时刻单色光通过空气膜两表面叠加后振动加强，对应的光程差为波长整数倍所以选项BD正确 答案：BD 点评：薄膜干涉的常见的应用有：照相机、望远镜的镜头表面的增透膜；检查工件表面是否平整 3.衍射图样和干涉图样 问题：干涉与衍射现象有何区别？解答：干涉条纹特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹单色光单缝衍射图像特点：中央条纹最宽最亮，两侧为间隔渐小的明暗相间的条纹 例 3：在 光 的 单 缝 衍 射 实 验 中 可 观 察 到 清 晰 的亮 暗 相 间 的 图 样，下 列 四 幅 图 片 中 属 于 光 的 单 缝 衍射图样的是()A a、c B b、c C a、d D b、d图1322 解析：a为双缝干涉图样，b、d为单缝衍射图样(对比看 b应为某单色光的衍射图样，d应为白光的衍射图样)，c应该为教材中的水波的衍射图样综上所述正确答案为D.答案：D 点评：(1)光照射到一个狭缝上产生的衍射叫单缝衍射(2)用小圆屏进行衍射实验，满足一定条件时，衍射图样是在圆盘的阴影中心出现泊松亮斑(3)若用小圆孔进行衍射实验，衍射图样是一系列同心圆环 警示：发生光的干涉有一定的条件，而发生光的衍射不需要条件限制，但是发生明显的衍射有一定的条件，这几个方面要分清 1.(多 选)物 理 学 家 托 马 斯 杨 最 先 验 证 了 光 的 干涉 现 象，实 验 装 置 如13 23所 示，M 为 竖 直(水 平)的 线 光 源 a(b)，N 和 O 均 为 有 狭 缝 的 遮 光 屏，P 为 像屏，下列说法正确的是()图1323 A 若 M 选 a(竖 直 线 光 源)，N 应 选3，O 应 选4，干涉图样为5 B 若 M 选 a(竖 直 线 光 源)，N 应 选1，O 应 选2，干涉图样为6 C 若 M 选 b(水 平 线 光 源)，N 应 选1，O 应 选2，干涉图样为6 D 若 M 选 b(水 平 线 光 源)，N 应 选3，O 应 选4，干涉图样为5 解 析：若 M 选 a(竖 直 线 光 源)，单 缝 与 双 缝 都要 与 之 平 行，且 单 缝 距 光 源 近，形 成 的 干 涉 图 样也与之平行，若选b水平光源，也是同样的道理 答案：BD 2.(多 选)一 段 时 间，“假 奶 粉 事 件”闹 得 沸 沸 扬 扬 奶 粉 的 含 糖 量 是 判 断 其 真 伪 的 一 个 重 要 指 标 可以 用 旋 光 法 来 测 量 糖 的 浓 度，从 而 确 定 含 糖 量，来鉴 别 奶 粉 的 真 假 偏 振 光 通 过 糖 的 水 溶 液 后，偏 振方 向 会 相 对 于 传 播 方 向 向 左 或 向 右 旋 转 一 个 角 度，这 一 角 度 称 为“旋 光 度”，的 值 只 与 糖 溶 液 的 浓 度有 关 将 的 测 量 值 与 标 准 值 相 比 较，就 能 确 定 被 测样 品 的 含 糖 量 了 如 图1324所 示，S是 自 然 光 源，A、B 是 偏 振 片，转 动 B，使 到 达 O 处 的 光 最 强 然 后将 被 测 样 品 P 置 于 A、B 之 间 则 下 列 说 法 中 正 确 的是()A 到达O 处光的强度会明显减弱 B 到达O 处光的强度不会明显减弱 C 将 偏 振 片 B 转 动 一 个 角 度，使 得 O 处 光 的 强度最大，将偏振片B 转过的角度等于 D 将 偏 振 片 A 转 动 一 个 角 度，使 得 O 处 光 的 强度最大，将偏振片A 转过的角度等于图1324 解析：自然光通过 A、B两个偏振片后，欲使到达 O点的光最强，说明 A、B的透振方向相同，现将 P置于 A、B之间，由于偏振方向改变，到达 O处的光会明显减弱，A对B错；无论是将 A还是将 B转动 都能使到达 B的光的偏振方向与 B的透振方向相同，此时虽然到达 O点的光没有放置 P之前强，但应是放置P后最强的，ACD正确 答案：ACD 3.(单 选)图1325所 示 为 双 缝 干 涉 实 验 中 产生 的 条 纹 图 样，甲 图 为 用 绿 光 进 行 实 验 的 图 样，a为 中 央 亮 条 纹；乙 图 为 换 用 另 一 种 单 色 光 进 行 实 验的 图 样，a 为 中 央 亮 条 纹，则 下 列 说 法 正 确 的 是()图1325 A 乙 图 可 能 是 用 红 光 实 验 产 生 的 条 纹，表 明红光波长较长 B 乙 图 可 能 是 用 紫 光 实 验 产 生 的 条 纹，表 明紫光波长较长 C 乙 图 可 能 是 用 紫 光 实 验 产 生 的 条 纹，表 明紫光波长较短 D 乙 图 可 能 是 用 红 光 实 验 产 生 的 条 纹，表 明红光波长较短 4.如 图1326为 双 缝 干 涉 的 实 验 示 意 图，若 要 使 干 涉 条 纹 的 间 距 变 大 可 改 用 波 长 更(填“长”或“短”)的 单 色 光，或 是 使 双 缝 与 光 屏 间 的 距离(填“增大”或“减小”)图1326