高考物理 光的波动性课件.ppt

课时2光的波动性2021/8/11 星期三1知识点一光的干涉知识回顾1双缝干涉(1)干涉现象两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现 的现象叫光的干涉现象明暗相间的条纹明暗相间的条纹2021/8/11 星期三2(2)产生干涉的条件两个振动情况总是 的波源叫相干波源，只有 发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹2薄膜干涉(1)薄膜干涉的成因由薄膜的 反射的两列光波叠加而成劈形薄膜干涉可产生 的条纹相同相同相干波源相干波源前、后表面前、后表面明暗相间明暗相间2021/8/11 星期三3检查平整程度：待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于同一条直线上，干涉条纹是平行的；反之，干涉条纹有 现象弯曲弯曲2021/8/11 星期三42021/8/11 星期三52021/8/11 星期三62薄膜干涉(1)当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射回一列光波，这两列波即是频率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同当路程差为光波波长的整数倍时，则为波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当光波的路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹2021/8/11 星期三7(2)相干光为薄膜前后两个界面的反射光(3)图样特点：若单色光入射，出现亮暗相间的条纹(薄膜厚度相等的地方对应同一级条纹)；若白光入射，出现彩色条纹，在同一级条纹中，从紫色到红色对应的薄膜厚度从薄到厚注意：若用单色光实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实验，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距最大，紫光干涉条纹间距最小，故可知红光波长大于紫光，红光频率小于紫光2021/8/11 星期三8基础自测(2010江苏高考)如图1所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95107m，则在这里出现的应是_(选填“明条纹”或“暗条纹”)，现改用波长为6.30107m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将_(选填“变宽”、“变窄”或“不变”)图图1图图12021/8/11 星期三9答案：暗条纹变宽2021/8/11 星期三10知识点二光的衍射知识回顾1光的衍射现象光在遇到 时，偏离直线传播方向而照射到 的现象叫做光的衍射2光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长 ，或者跟波长 时，光才能发生明显的衍射现象障碍物障碍物阴影区域阴影区域小小差不多差不多2021/8/11 星期三113各种衍射图样(1)单缝衍射：中央为 ，两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是 ，最远离中央的是 (2)圆孔衍射：明暗相间的不等距 (3)泊松亮斑：光照射到一个 的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一亮条纹亮条纹紫光紫光红光红光圆环圆环半径很小半径很小2021/8/11 星期三12要点深化1光的干涉和光的衍射的关系(1)光的干涉和光的衍射都是光波叠加的结果，只是干涉条纹是通过双缝的两束相干光的叠加，而衍射是通过单缝或三缝及更多缝的光相遇时叠加的结果在双缝干涉实验中，光在通过其中的每个狭缝时，都会先发生衍射，而后衍射的光相遇再发生干涉因此，干涉中也有衍射2021/8/11 星期三13(2)干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹只是干涉条纹中各条纹宽度和亮度都相同，而衍射条纹中各条纹宽度和亮度均不等，中央条纹最宽最亮2021/8/11 星期三142光的直线传播与光的衍射的关系光的直线传播只是一种特殊情况和近似说法光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以认为光是沿直线传播的在障碍物的尺寸可以与光的波长相比，甚至比光的波长还小时，衍射现象十分明显，这时就不能说光是沿直线传播的了2021/8/11 星期三15注意：不能误认为光的衍射现象否定了光的直线传播规律光的直线传播和光的衍射现象并不矛盾，它们是同一问题的两个方面，在不同条件下分别表现出直线传播或衍射两种特性2021/8/11 星期三16基础自测如图2所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()图图22021/8/11 星期三17A红黄蓝紫B红紫蓝黄C蓝紫红黄 D蓝黄红紫解析：双缝干涉条纹平行等距，且波长越大，条纹间距越大，而红光波长大于蓝光波长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；又由于黄光波长比紫光波长大，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅为紫光的衍射图样答案：B2021/8/11 星期三18知识点三光的偏振知识回顾1光的偏振：沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫 ，通过 后只剩下沿某一方向振动的光叫偏振光2光的偏振证明了光是一种 波自然自然光光自然光自然光偏振片偏振片横横2021/8/11 星期三19要点深化1自然光与偏振光的区别除了直接从光源发出的光外，日常生活中遇到的光大都是偏振光(1)自然光：在任意一个垂直于光传播方向振动的光波的强度都相同(2)偏振光：在垂直于光波传播方向的平面内，只沿某一个特定方向振动的光2021/8/11 星期三202偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直2021/8/11 星期三21注意：误认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了2021/8/11 星期三223偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波光的偏振现象说明光波是横波(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等2021/8/11 星期三23基础自测如图3所示，让灯光通过偏振片P，在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，转动Q观察通过两块偏振片的透射光当透射的光线最强时，记录P、Q放置的位置关系，如果在这一位置处将P转动90，在Q的另一侧观察到的现象是()图图32021/8/11 星期三24A射出光线的强度保持不变B有光线射出，强度变弱C有光线射出，强度变强D无光线射出解析：由于光波为横波，在透射的光线最强时，两个偏振片P、Q的透振方向平行，当偏振片P转动90后，两个偏振片透振方向垂直能够透射过P的光线不能够透射过Q，所以在偏振片Q的另一侧看不到任何光线答案：D2021/8/11 星期三25题型一对双缝干涉条件的理解例1如图4所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1106 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？图图42021/8/11 星期三26(1)已知A光在折射率为n1.5的介质中波长为4107 m.(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37.2021/8/11 星期三272021/8/11 星期三28答案(1)暗条纹(2)亮条纹2021/8/11 星期三29题后反思(1)这类题目的解题关键是看光的路程差是波长的整数倍还是半波长的奇数倍，从而确定是明条纹还是暗条纹(2)实验装置放在哪种介质中就要用哪种介质中的波长进行计算，不可张冠李戴本题中装置是放在空气中的，故要求出在空气中的波长2021/8/11 星期三30变式11如图5所示为双缝干涉实验装置当使用波长为6107 m的橙色光做实验时，光屏P点及其上方的P1点形成两条相邻的亮纹若使用波长为4107 m的紫光重复上述实验，在P点和P1点形成的明、暗纹情况是()AP和P1都是明纹BP是明纹，P1是暗纹CP是暗纹，P1是明纹DP和P1都是暗纹图图52021/8/11 星期三31解析：根据形成明暗条纹条件可知：无论换用哪种波长的色光，PS1PS2，故P点总是明纹橙色光在P1点形成第一条明条纹，有P1S2P1S1n16107 m6107 m，这对紫光来说：P1S2P1S11.5紫，故P1为暗纹，正确选项为B.答案：B2021/8/11 星期三32题型二对薄膜干涉的理解例2劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图6甲所示将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图6乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？2021/8/11 星期三33图图62021/8/11 星期三34解析光线在空气膜的上、下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹设空气膜顶角为，d1、d2处为两相邻明条纹，如图7所示，则两处光的路程差分别为x12d1，x22d2.图图72021/8/11 星期三35答案变疏2021/8/11 星期三362021/8/11 星期三37变式21登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损害视力有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小对眼睛伤害的眼镜他选用的薄膜材料的折射率为n1.5，所要消除的紫外线的频率为8.11014 Hz.那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？2021/8/11 星期三38答案：1.23107 m2021/8/11 星期三391在杨氏双缝干涉实验中，如果()A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹2021/8/11 星期三40解析：白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，A错；B为红光的双缝干涉，图样为红黑相间，故B正确；红光和紫光频率不同，不能产生干涉图样，C错；遮住一条狭缝时，紫光将发生单缝衍射，形成衍射图样，D正确答案：BD2021/8/11 星期三412用如图8所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图a是点燃酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图b是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢放置，观察到的现象是()图82021/8/11 星期三42A当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30B当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90C当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30D干涉条纹保持原来状态不变解析：金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，楔形薄膜形状各处厚度形状几乎不变因此，形成的干涉条纹保持原状态不变，D正确，ABC错误答案：D2021/8/11 星期三433下列说法正确的是()A用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象B用X光机透视人体是利用光电效应C光导纤维传输信号是利用光的干涉现象D门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象解析：B是利用X射线的穿透性，C是全反射现象，D是利用光的折射现象，B、C、D均错误，只有A原理叙述正确答案：A2021/8/11 星期三444下列有关光现象的说法正确的是()A在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大B以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射C紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射D拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度2021/8/11 星期三45答案：A2021/8/11 星期三465(2009福建高考)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象 D光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象2021/8/11 星期三47解析：本题考查反映光的波动性特征的光学现象及其在科学技术、生产和生活中的应用；意在考查考生对基本知识的识记和应用A项是利用薄膜干涉的原理，错误；B项，用三棱镜观察白光看到的彩色图样，是由于三棱镜对不同频率的光折射率不同而形成的色散现象，错误；C项，在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射原理，错误；D项，光学镜头上的增透膜是利用了薄膜干涉的原理，正确答案：D2021/8/11 星期三48谢谢观赏谢谢观赏2021/8/11 星期三492021/8/11 星期三50