第4課時(shí)光的干涉衍射和偏振（學(xué)生）

第4課時(shí)光的干涉衍射偏振第一時(shí)間第一印象自主先學(xué)基礎(chǔ)梳理一．光的干涉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Δx與波長(zhǎng)λ、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1．偏振：光波只沿____________的方向振動(dòng)，稱為光的偏振．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.分擔(dān)風(fēng)雨分享陽(yáng)光小組合作小有成果1．單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫，照射到光屏上，可觀察到的圖象是（）A.AB.BC.CD.D2．某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到甲圖所示的條紋，僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如乙圖所示．他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是()A．減小光源到單縫的距離B．減小雙縫之間的距離C．減小雙縫到光屏之間的距離D．換用頻率更高的單色光源3．如圖所示是一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖,其中S為單縫,S1、S2為雙縫,P為光屏.實(shí)驗(yàn)時(shí)用白光從左邊照射單縫S,可在光屏P上觀察到彩色的干涉條紋.現(xiàn)在S1、S2的左邊分別加上紅色和藍(lán)色濾光片,則在光屏P上可觀察到().A.紅光和藍(lán)光兩套干涉條紋B.紅、藍(lán)相間的條紋C.兩種色光相疊加,但不出現(xiàn)干涉條紋D.屏的上部為紅光,下部為藍(lán)光,不發(fā)生疊加4．由下列哪些現(xiàn)象可以說(shuō)明光是橫波（）A．光的偏振現(xiàn)象B．光的色散現(xiàn)象C．光的全反射現(xiàn)象D．光的干涉和衍射現(xiàn)象5．把一平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖所示。這時(shí)可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說(shuō)法中正確的是()A．干涉條紋是上面玻璃板上下表面反射光的干涉B．干涉條紋是空氣劈上下表面反射光的干涉C．觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的同一側(cè)D．觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè)6．如圖所示，偏振片P的透振方向(用帶有箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向．下列四種入射光束中，能在P的另一側(cè)觀察到透射光的是()A．太陽(yáng)光B．沿豎直方向振動(dòng)的光C．沿水平方向振動(dòng)的光D．沿與豎直方向成45°角方向振動(dòng)的光核心模型核心思維交流展示精講點(diǎn)撥考點(diǎn)一、雙縫干涉【例題1】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0.6μm，若分別用頻率為f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)亮、暗條紋的情況是()A．用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)亮條紋B．用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋C．用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋，用f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D．用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，用f2照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋【變式1】如圖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和S2發(fā)出的兩列光波到達(dá)屏上時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉條紋．已知入射激光波長(zhǎng)為λ，屏上的P點(diǎn)到兩縫S1和S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記成第0級(jí)亮條紋，由P向上數(shù)與第0級(jí)亮條紋相鄰的亮條紋為第1級(jí)亮條紋，與第1級(jí)亮條紋相鄰的亮條紋為第2級(jí)亮條紋，以此類(lèi)推，設(shè)P1處的亮條紋恰好是第10級(jí)亮條紋．線段S1P1的長(zhǎng)度為r1，S2P1的長(zhǎng)度為r2，則r2－r1等于()A．5λB．10λC．20λD．40λ考點(diǎn)二、薄膜干涉【例題2】利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度。如圖(a)所示,現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)板M和待檢工件N間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射,可觀察到如圖(b)所示的干涉條紋,條紋的彎曲處P和Q對(duì)應(yīng)于A和B處,下列判斷中正確的是( ).A．N的上表面A處向上凸起B(yǎng)．N的上表面B處向上凸起C．條紋的cd點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同D．條紋的d、e點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同【變式2】劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，在一塊平板玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜，當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點(diǎn)：(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰兩條明條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度恒定，現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋()A．變疏B．變密C．不變D．消失考點(diǎn)三、光的衍射【例題3】抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，觀察光束經(jīng)過(guò)細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可以判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化()A．這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B．這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)【變式3】用激光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，比普通光源效果更好，圖象更清晰．如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過(guò)感光元件中的信號(hào)轉(zhuǎn)換，在電腦上看到光強(qiáng)的分布情況．下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布如圖乙所示B．當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布如圖丙所示C．當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布如圖乙所示D．當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布如圖丙所示考點(diǎn)四、光的偏振【例題4】奶粉的碳水化合物(糖)含量是一個(gè)重要指標(biāo),可以用“旋光法”來(lái)測(cè)得糖溶液的濃度,從而鑒定含糖量,偏振光通過(guò)糖溶液后,偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α,這一角度α稱為“旋光度”,α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)。將α的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,就能確定被測(cè)樣品中的含糖量。如圖所示,S是自然光源,A、B是偏振片,轉(zhuǎn)動(dòng)B,使到達(dá)O處的光最強(qiáng),然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間,則下列說(shuō)法中正確的是()A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得O處光強(qiáng)度最大,偏振片B轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于αD.將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得O處光強(qiáng)度最大,偏振片A轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于α【變式4】如圖所示，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()A．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)分層訓(xùn)練分級(jí)達(dá)標(biāo)A．雙基訓(xùn)練基礎(chǔ)鞏固1．如圖所示為條紋總寬度相同的4種明暗相間的條紋,其中有兩種是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣,還有兩種是黃光、紫光各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)。則圖中從左向右排列,亮條紋的顏色依次是()A.紅黃藍(lán)紫 B.紅紫藍(lán)黃C.藍(lán)紫紅黃 D.藍(lán)黃紅紫2．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出的波長(zhǎng)為589nm的光，在距雙縫1.00m的屏上形成干涉圖樣．圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350cm，則雙縫的間距為()A．2.06×10－7mB．2.06×10－4mC．1.68×10－4mD3．下列所示的圖片、示意圖大都來(lái)源于課本，關(guān)于這些圖的下列判斷中，準(zhǔn)確無(wú)誤的是()A．甲圖是小孔衍射的圖樣，乙圖為“泊松亮斑”B．甲圖為“泊松亮斑”，乙圖是小孔衍射的圖樣C．丙圖是雙縫干涉圖樣，丁圖是單縫衍射圖樣D．丙圖是單縫衍射圖樣，丁圖是雙縫干涉圖樣4．抽制細(xì)絲時(shí)可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過(guò)細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過(guò)遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則()A．這是利用光的干涉現(xiàn)象B．這是利用光的偏振現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲粗了D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲細(xì)了B．思維提升素養(yǎng)形成5．如圖所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長(zhǎng)為600nm的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋中心(即P1到S1、S2的路程差為一個(gè)波長(zhǎng))，現(xiàn)換用波長(zhǎng)為400nm的紫色光源照射單縫S，則()A．P和P1仍為亮點(diǎn)B．P為亮點(diǎn)，P1為暗點(diǎn)C．P為暗點(diǎn)，P1為亮點(diǎn)D．P和P1均為暗點(diǎn)6．如圖甲所示,在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡,在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜,讓一束單一波長(zhǎng)的光垂直入射到該裝置上,結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋,稱為牛頓環(huán),以下說(shuō)法正確的是()A.干涉現(xiàn)象是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B.干涉現(xiàn)象是由凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓腄.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓姆此伎偨Y(jié)反饋矯正規(guī)律方法總結(jié)、收獲、疑惑、錯(cuò)題及原因第4課時(shí)光的干涉衍射偏振第一時(shí)間第一印象自主先學(xué)基礎(chǔ)梳理一．1．相同、波長(zhǎng)整數(shù)倍、奇數(shù)倍、Δx=ldλ．2二、1．離開(kāi)直線路徑繞到障礙物陰影區(qū)．三、1．某一特定．2．一切方向、強(qiáng)度．3．垂直、橫波．分擔(dān)風(fēng)雨分享陽(yáng)光小組合作小有成果1．答案：A解析：?jiǎn)紊庠唇?jīng)狹縫發(fā)生衍射，衍射圖樣是中間亮而寬的明紋，兩邊是明暗相間較窄的條紋，只有A符合這些特點(diǎn)。2．答案：B解析：在雙縫干涉中，相鄰明條紋間的距離?x=ldλ，由題圖知干涉條紋間距變寬，故可增大l、λ或d減小。根據(jù)c=λf知要增大λ，應(yīng)減小f3．答案：C解析：由于在S1、S2的左邊分別加上紅色和藍(lán)色濾光片,兩列光的頻率不滿足干涉條件，則只能在光屏P上可觀察到兩種色光相疊加,但不出現(xiàn)干涉條紋，選項(xiàng)ABD、C正確。4．答案：A解析：只有橫波才有偏振現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確。5．答案：BC解析：根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜前后表面反射的兩列光疊加而成，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，形成亮條紋，選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時(shí)，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。6．答案：ABD解析：偏振片只讓沿某一方向振動(dòng)的光通過(guò)，當(dāng)偏振片的透振方向與光的振動(dòng)方向不同時(shí)，透射光的強(qiáng)度不同，它們平行時(shí)最強(qiáng)，而垂直時(shí)最弱。太陽(yáng)光為自然光，沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度均相同，選項(xiàng)A正確；振動(dòng)方向與偏振片的透振方向一致的光波能順利通過(guò)，選項(xiàng)B正確；振動(dòng)方向與偏振片的透振方向垂直的光波不能通過(guò)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；沿與豎直方向成45°角方向振動(dòng)的光，由于振動(dòng)方向與偏振片的透振方向不是垂直的，故也能在P的另一側(cè)觀察到透射光，選項(xiàng)D正確。核心模型核心思維交流展示精講點(diǎn)撥考點(diǎn)一、雙縫干涉【例題1】答案：C解析：?jiǎn)紊鈌1的波長(zhǎng)：λ1＝cf1＝3×1085.0×1014m＝0.6μm，單色光f2的波長(zhǎng)：λ2＝cf2＝3×1087.5×1014m＝0.4μm.因?yàn)镻點(diǎn)到雙縫的距離之差δ＝0.6μm＝λ1，所以用單色光f1照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋．因?yàn)棣摹咀兪?】答案：B解析：出現(xiàn)亮條紋的條件為：光的路程差δ＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，依題意得0級(jí)對(duì)應(yīng)k＝0，即r2－r1＝0，則第10級(jí)對(duì)應(yīng)k＝10，即r2－r1＝10λ.考點(diǎn)二、薄膜干涉【例題2】答案：BC解析：當(dāng)光線垂直入射時(shí)，被薄膜上下表面反射的光線的光程差為2ne，其中2n是常量，厚度e相同的地方，位相差相同，選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤；達(dá)到相應(yīng)的厚度，才能得到相應(yīng)級(jí)次的條紋，條紋向左邊凸起，表明由于工件凹陷，導(dǎo)致厚度大于空氣膜的正常厚度，反之亦然，選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確?！咀兪?】答案：A解析：撤去一張紙后劈形空氣的薄膜的劈度減緩，相同水平距離上，劈度厚度變化減小，以致波程差變化減小，條紋變寬，條紋數(shù)量變少(變疏)，選項(xiàng)A正確?？键c(diǎn)三、光的衍射【例題3】答案：AD解析：本題為光的衍射現(xiàn)象在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，考查光的衍射現(xiàn)象，若障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相比差不多或更小，衍射現(xiàn)象較明顯．通過(guò)觀察屏上條紋的變化情況，從而監(jiān)測(cè)抽制的絲的情況，故選AD.【變式3】答案：AD解析：當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，中間是亮條紋，往兩側(cè)條紋亮度逐漸降低，且亮條紋的寬度不等，所以其光強(qiáng)分布圖如乙所示，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，在屏上呈現(xiàn)的是寬度相等的亮條紋，所以其光強(qiáng)分布圖如丙所示，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．考點(diǎn)四、光的偏振【例題4】答案：ACD解析：因?yàn)锳、B的透振方向一致，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過(guò)偏振片A后變成偏振光，通過(guò)B后到O。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時(shí)，由于溶液的旋光作用，使通過(guò)A的偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度，使通過(guò)B到達(dá)O的光的強(qiáng)度不是最大，但當(dāng)B轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，恰好使透振方向與經(jīng)過(guò)糖溶液后的偏振光的振動(dòng)方向一致時(shí)，O處光強(qiáng)又為最強(qiáng)，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度.若偏振片B不動(dòng)而將A旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動(dòng)方向恰與B的透振方向一致，則A轉(zhuǎn)過(guò)的角度也為α，故選項(xiàng)ACD正確。【變式4】答案：B解析：太陽(yáng)光是自然光，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后成為偏振光，當(dāng)偏振片P與Q平行時(shí)，亮度最大，當(dāng)偏振片P與Q垂直時(shí)，光屏沒(méi)有亮度，所以光屏上光的亮度是由亮到暗，再由暗到亮，不會(huì)有亮線產(chǎn)生，故選項(xiàng)B正確。分層訓(xùn)練分級(jí)達(dá)標(biāo)A．雙基訓(xùn)練基礎(chǔ)鞏固1．答案：B解析：雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之處，兩側(cè)條紋亮度、寬度都逐漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋。又因?yàn)殡p縫干涉條紋的間距Δx=ldλ，在l、d都不變的情況下，干涉條紋間距Δx與波長(zhǎng)λ成正比，紅光波長(zhǎng)比藍(lán)光波長(zhǎng)長(zhǎng)，則紅光干涉條紋間距比藍(lán)光干涉條紋間距大，即1、3分別對(duì)應(yīng)紅光和藍(lán)光。而在單縫衍射中，當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射越明顯，即中央條紋越寬越亮，黃光波長(zhǎng)比紫光波長(zhǎng)長(zhǎng)，則黃光的中央條紋較寬較亮，故2、4分別對(duì)應(yīng)紫光和黃光。故圖中從左向右排列,