2011届高中物理一轮复习精品资料第十三章 振动和波动第四节光的波动性 doc--高中物理 .doc
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1、 永久免费组卷搜题网第四节 光的波动性一、 考情分析考试大纲考纲解读光的干涉、衍射和偏振现象 光的干涉、衍射现象及条件为级要求的考点,多以选择题形式出现.二、考点知识梳理 (一)、光的干涉1.光的干涉条件:_的两光源发出的光在空间相遇。形成相干波源的方法有两种:利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)。SS /bdacSS1S2设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源,因此频率必然相等)。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。13-4-12.两个典型的干涉实验双缝干涉:若用单色光,则在屏上形成_、_的干涉条纹,条纹间距与波长、屏到双缝
2、的距离和双缝间距有关,满足_。若用白光,除中央亮条纹为_外,两侧为_,它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的。薄膜干涉:薄膜的_表面反射的两列光叠加而成。同一条明条纹(或暗条纹)应出现在膜的_相同的地方。 薄膜干涉应用13-4-2(1)透镜增透膜:透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的14倍。使薄膜前后两面的反射光的光程差为波长的一半,(T=2d=,得d=),故反射光叠加后减弱,从能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。 在介质膜吸收能量不变的前提下,若E反=0,则E透最大。增强透射光的强度。 (2)“用干涉法检查平面”:如图所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检测平
3、面是光滑的,得到的干涉图样必是等间距的。 如果某处凸起来,则对应明纹(或暗纹)提前出现,如图甲所示;如果某处凹下,则对应条纹延后出现,如图乙所示。 (注:“提前”与“延后”不是指在时间上,而是指由左向右的顺序位置上。 )氟化镁薄膜的厚度应为光在氟化镁中波长的1/4,两个表面的反射光的路程差为半波长的奇数倍时,两列反射光相互抵消。所以,膜厚为光在氟化镁中波长的1/4,是最薄的膜。3.干涉区域内产生的亮、暗纹条件亮纹:屏上某点到双缝的光程差等于波长的_,即= n(n=0,1,2,)暗纹:屏上某点到双缝的光程差等于半波长的_,即=(n=0,1,2,)相邻亮纹(暗纹)间的距离。用此公式可以测定单色光的
4、波长。用白光作双缝干涉实验时,由于白光内各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中央是白色亮纹,两边出现彩色条纹。4杨氏双缝干涉的定量分析 如图1343所示,缝屏间距L远大于双缝间距d,O点与双缝S1和S2等间距,则当双缝中发出光同时射到O点附近的P点时,两束光波的路程差为 =r2r1.由几何关系得 r12=L2+(x)2, r22=L2+(x+)2.考虑到 图1343 Ld 和 Lx, 可得 =.若光波长为,则当 =k(k=0,1,2,)时,两束光叠加干涉加强;当 =(2k1) (k=1,2,3,)时,两束光叠加干涉减弱,据此不难推算出(1)明纹坐标 x=k (k=0,1,2,)(2)
5、暗纹坐标 x=(2k1) (k=1,2,)(3)条纹间距 x=.上述条纹间距表达式提供了一种测量光波长的方法。(二)、衍射注意关于衍射的表述一定要准确。(区分能否发生衍射和能否发生明显衍射)1光的衍射现象是光离开直线路径而_的现象2泊松亮斑:当光照到不透光的极小圆板上时,在圆板的_出现的亮斑。当形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。3 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 4产生明显衍射的条件:_小结:光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,但存在明显的区别:单色光的衍射条纹与干涉条纹都是明暗相间分布,但衍射条纹中间亮纹最宽,两侧条纹逐渐变窄变暗,干
6、涉条纹则是等间距,明暗亮度相同。 白光的衍射条纹与干涉条纹都是彩色的。5衍射图样a.单缝衍射:中央为_,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度_。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_。b.圆孔衍射:明暗相间的_圆环。c.泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的_出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。(三)、光的偏振1.光的偏振也证明了光是一种_,而且是_波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间,两两互相垂直。2.光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的,因此将E的振动称为光振动。光振动垂直于纸面光振动在纸面3.自然光。太阳、电
7、灯等普通光源直接发出的光,包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫自然光。4.偏振光。自然光通过偏振片后,在垂直于传播方向的平面上,只沿一个特定的方向振动,叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上,如果光的入射方向合适,使反射和折射光之间的夹角恰好是90,这时,反射光和折射光就都是偏振光,且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。13-4-4三、考点知识解读考点1. 双缝干涉的现象及其分析 剖析: 双缝干涉中出现明、暗条纹是由屏上某点P到两缝的路程差来决定的,而条纹间距则由双缝到屏的距离、双缝之间的距离和光的波长共同决定。明确双缝干
8、涉中条纹特点和分布情况、掌握出现的明条纹和暗条纹的条件是解决这类问题的关键。对双缝干涉可以理解为两个单缝衍射的叠加结果,但不是两个单缝衍射的简单相加,而是在满足一定条件下的能量再分配,要满足相干条件才产生干涉条纹。例题1 如图13-4-5所示是双缝干涉实验装置,屏上O点到双缝S1、S2的距离相等.当用波长为0.75m的单色光照射时,P是位于O上方的第二S1S2SOr1r2P图13-4-5条亮纹位置,若换用波长为0.6m的单色光做实验,P处是亮纹还是暗纹?在OP之间共有几条暗纹?解析:当用波长为1=0.75m单色光时P为O上方第二条亮纹,所以P到双缝S1、S2的距离差r=21=20.75m=1.
9、5m.改用2=0.6m.的单色光时,路程差r=2,所以P为暗纹,从O到P路程差由零逐渐增大,必有路程差为和2的两点,即OP之间还有两条暗纹.【变式训练1】在双缝干涉实验中以白光为光源,在屏幕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于涉条纹,其它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,其它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:由于双缝前各有一块滤光片,分别都透过红光和绿光,这两种色光不能发生干涉,故在屏上无双缝干涉条纹
10、,但是这两种色光通过每个单缝时发生单缝衍射,故屏上仍有光亮所以C选项正确,考点2. 薄膜干涉现象及其分析 剖析: 薄膜干涉问题的关键是要弄清题设条件并结合产生薄膜干涉现象的原因和条件来分析。薄膜干涉是由于光在薄膜前后两个表面上反射的光引起的,一般来说在不同厚度的薄膜上的光程差不同,所以同一厚度薄膜的两个表面反射的光干涉即形成同一条纹,故薄膜干涉有时又叫等厚干涉。另外,平时学习要注意观察,注重感性和理性的结合。例题2 把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图13-4-6,这时可以看到亮暗相间的条纹,下面关于条纹的说法中正确的是( )图13-4
11、-6A.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时,条纹变疏B.将薄片远离劈尖移动使劈角变小时,条纹变疏C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动D.将上玻璃板平行上移,条纹远离劈尖移动解析:楔形空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉,空气层厚度相同的地方,两列波的路程差相同,故如果被测表面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如图,当劈角为时,相邻两条纹间等于,当劈角增大为时,相邻的条纹左移至A、C处,条纹间距变为.设=s,则=s,故=,=.因为,所以,故劈角增大时,条纹变密.同理,当上玻璃板平行上移时,易得ACCA为平行四边形,所以条纹向壁尖移动,且间距不变,本题选B、C. 【变式训练2】劈尖干涉是一
12、种薄膜干涉,其装置如图13-4-7(1)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,从上往下看到干涉条纹如图(2)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(1)装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下看到的干涉条纹( )13-4-7A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失【解析】 由薄膜干涉的原理和特点可知,干涉条纹是由膜的上、下表面反射的光叠加干涉而形成的,某一明条纹或暗条纹的位置就由上、下表
13、面反射光的路程差决定,且相邻明条纹或暗条纹对应的该路程差是恒定的,而该路程差又决定于条纹下对应膜的厚度差,即相邻明条纹或暗条纹下面对应的膜的厚度差也是恒定的.当抽去一纸片后,劈形空气膜的劈尖角上、下表面所夹的角变小,相同的厚度差对应的水平间距离变大,所以相邻的明条纹或暗条纹间距变大,即条纹变疏.答案A正确. 四、考能训练A 基础达标1.用绿光做双缝干涉实验,在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹,相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说法中正确的有A如果增大单缝到双缝间的距离,x将增大B如果增大双缝之间的距离,x将增大C如果增大双缝到光屏之间的距离,x将增大D如果减小双缝的每条缝的宽度,而不改变双缝间的距离
14、,x将增大2如图13-4-8所示,一束白光从左侧射入肥皂薄膜,下列说法中正确的是( )A 人从右侧向左看,可看到彩色条纹 B人从左侧向右看,可看到彩色条纹13-4-8C彩色条纹平行排列 D彩色条纹竖直排列3.市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆,商店等处,这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(例如氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。 以表示此红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为: A./8 B./4 C./2 D.13-4-94.如图13-4-9所示,让太阳
15、光或白炽灯光通过偏振片P和Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片P和Q,可以看到透射光的强度会发生变化,这是光的偏振现象,这个实验表明:A.光是电磁波 B.光是一种横波C.光是一种纵波 D.光是概率波5.(09福建13)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像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6.(08北京13)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
16、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7.(08天津16)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8.(08上海物理12)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
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