第2講　光的干涉、衍射和偏振

1/5第2講光的干涉、衍射和偏振考點一光的干涉現(xiàn)象1.光的干涉（1）定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)條紋；某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互的現(xiàn)象。（2）條件：①兩束光的頻率；②相位差。2.雙縫干涉（1）圖樣特點①單色光照射時形成明暗相間的等間距的干涉條紋；②白光照射時，中央為條紋，其余為條紋。（2）條紋間距（Δx）公式：Δx＝。λ為照射光的波長、d為雙縫間距、l為屏到雙縫間距離。3.薄膜干涉利用薄膜（如肥皂液薄膜）表面反射的光相遇而形成的。圖樣中同一條亮（或暗）條紋上所對應(yīng)薄膜的厚度。1.雙縫干涉（1）條紋間距公式：Δx＝ldλ，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，（2）明暗條紋的判斷方法如圖所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P'點的路程差為Δr＝r2－r1。當(dāng)Δr＝nλ（n＝0，1，2，…）時，光屏上P'處出現(xiàn)明條紋。當(dāng)Δr＝（2n＋1）λ2（n＝0，1，2，…）時，光屏上P'

2.薄膜干涉（1）形成如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA'和后表面BB'分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。（2）明暗條紋的判斷①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍，即Δr＝nλ（n＝0，1，2，…），薄膜上出現(xiàn)明條紋。②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍，即Δr＝（2n＋1）λ2（n＝0，1，2，…），（3）應(yīng)用①增透膜：照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面常鍍一層透光的薄膜，一般增透膜的厚度是光在薄膜介質(zhì)中傳播的波長的14，即d＝λ4。增透膜對綠光的增透效果最好，對紅光、紫光的增透效果稍差，仍有部分反射②用干涉法檢查平面：如圖甲所示，被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個楔形的空氣薄膜，用單色光照射時，入射光從空氣薄膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋。被檢查平面若是平的，空氣薄膜厚度相同的各點就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里的空氣薄膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲，如圖乙所示。1.【雙縫干涉】如圖所示，用頻率為f的單色光（激光）垂直照射雙縫，在光屏的P點出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差｜r1－r2｜應(yīng)為（）A.c2fC.3cf2.【薄膜干涉】（2023·山東高考5題）如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，C為待測柱形樣品，C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時，下列說法正確的是（）A.劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動 B.劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動C.劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動 D.劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動3.【增透膜】（2024·湖北襄陽四中?？寄M預(yù)測）在戶外的時候要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射。有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡。如果所要消除的紫外線的頻率為9.0×1014Hz，他選用的薄膜材料對紫外線的折射率為53，那么這種“增反膜”的最小厚度為（A.5.0×10－8m B.8.3×10－8mC.1.0×10－7m D.1.7×10－7m考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象1.光的衍射發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸足夠的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。2.光的偏振（1）自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都。（2）偏振光：在于光的傳播方向的平面上，沿著某個的方向振動的光。（3）偏振光的形成①讓自然光通過形成偏振光。②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。（4）偏振光的應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭前的偏振濾光片、液晶顯示器、立體電影、車燈眩光消除等。（5）光的偏振現(xiàn)象說明光是一種波。

?判斷小題1.陽光下茂密的樹林中，地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。（）2.泊松亮斑是光的衍射形成的。（）3.光遇到障礙物時都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。（）4.自然光是偏振光。（）1.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點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亮條紋間距不等各相鄰亮（暗）條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，都屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2.光的干涉和衍射的本質(zhì)從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都屬于光波的疊加，干涉是從單縫通過兩列頻率相同的光在屏上疊加形成的，衍射是由來自單縫上不同位置的光在屏上疊加形成的。1.【雙縫干涉與單縫衍射的比較】（多選）（2022·山東高考10題）某同學(xué)采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是（）A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋2.【偏振現(xiàn)象】（多選）利用旋光儀這種儀器可以用來測量糖溶液的濃度，從而測定含糖量。其原理是：偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振方向會以傳播方向為軸線，旋轉(zhuǎn)一個角度θ，這一角度稱為“旋光角”，θ的值與糖溶液的濃度有關(guān)。將θ的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是（）A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會明顯減弱B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于θD.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于θ考點三光的波動性與幾何光學(xué)的綜合【例1】（2024·湖北武漢高三統(tǒng)考）一包含有兩種頻率光的激光束，從真空中垂直射入截面為直角三角形的玻璃棱鏡，光路如圖所示。激光從棱鏡的斜邊面出射時被分為a、b兩束光。已知，截面頂角為θ，棱鏡對這兩種頻率光的折射率分別為n1＝54和n2＝2。下列說法正確的是（A.a光的頻率大于b光的頻率B.a光與b光在三棱鏡中的傳播速度之比是5∶42C.用同一裝置做單縫衍射實驗，b光的中央亮條紋比a光的寬D.為使這兩種頻率的光都能從棱鏡斜邊射出，θ角的取值范圍是0＜θ＜45°聽課記錄【例2】（2024·廣東深圳?？寄M預(yù)測）彩虹的形成是雨后太陽光射入空氣中的水滴先折射，然后在水滴的背面發(fā)生反射，最后離開水滴時再次折射形成。如圖所示，一束太陽光從左側(cè)射入球形水滴，a、b是其中的兩條出射光線，一條是紅光，另一條是紫光。關(guān)于a光和b光的說法中，正確的是（