142光的干涉衍射和偏振學(xué)生版

第二講光的干涉、衍射和偏振[選擇性必修第一冊(cè)]1．閱讀第四章第3節(jié)，“光的雙縫干涉”這一部分內(nèi)容，理解出現(xiàn)亮、暗條紋的條件。2．閱讀第四章第3節(jié)，“干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系”這一部分內(nèi)容，結(jié)合圖4.3－4請(qǐng)推導(dǎo)出相鄰亮條紋距離的表達(dá)式？3．閱讀第四章第3節(jié)，“薄膜干涉”這一部分內(nèi)容，理解出現(xiàn)薄膜干涉的原理。4．比較第四章第4節(jié)圖4.4－4、第5節(jié)圖4.5－2這兩幅圖，雙縫干涉圖樣和單縫衍射圖樣有什么異同？5．閱讀第四章第6節(jié)，【演示】“觀察光的偏振現(xiàn)象”，圖4.6－3丙中，若使偏振片Q在垂直于光的傳播方向上逐漸旋轉(zhuǎn)90°，光屏上會(huì)有什么變化？6．閱讀第四章第3節(jié)的【科學(xué)漫步】，了解光的本性。7．閱讀第四章第5節(jié)的【科學(xué)漫步】，了解泊松亮斑以及衍射在生物學(xué)及其他科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。8．閱讀第四章第6節(jié)的【科學(xué)漫步】，了解立體電影（3D電影）的播放原理?？键c(diǎn)一光的干涉現(xiàn)象光的干涉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____________。3．雙縫干涉（1）圖樣特點(diǎn)：①單色光照射時(shí)形成明暗相間的等間距的干涉條紋；②白光照射時(shí)，中央為_________條紋，其余為______條紋。（2）亮暗條紋位置的判斷方法①如圖甲所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點(diǎn)的路程差r2－r1＝±kλ（k＝0，1，2，…）時(shí)，光屏上出現(xiàn)亮條紋。②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)（k＝0，1，2，…）時(shí)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。（3）亮條紋中心的位置的推導(dǎo)如圖甲所示，在線段P1S2上作P1M＝P1S1，于是S2M＝r2－r1。由于兩縫之間的距離d遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縫到屏的距離l，所以能夠認(rèn)為三角形S1S2M是直角三角形。根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系，有r2－r1＝dsinθ。另一方面：當(dāng)角θ很小時(shí)，用弧度表示的θ與它的正弦sinθ、正切tanθ，三者近似相等。所以x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ，有r2－r1＝，當(dāng)兩列波的路程差為波長的整數(shù)倍，即＝nλ（n＝0，±1，±2，…）時(shí)出現(xiàn)亮條紋，也就是說，亮條紋中心的位置為x＝。（4）條紋間距：由上面的分析可知，相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx＝，其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離，d是雙縫間的距離，λ是光波的波長。4．薄膜干涉（1）形成原因：如圖乙所示，豎直放置的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別發(fā)生反射，形成的兩列頻率相同的光波相互疊加，發(fā)生干涉。（2）明暗條紋的判斷方法：對(duì)于單色光，當(dāng)薄膜前后兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差Δr＝kλ（k＝0，1，2，…）時(shí)，出現(xiàn)亮條紋；兩列光波的路程差Δr＝(2k＋1)（k＝0，1，2，…）時(shí)，出現(xiàn)暗條紋。注意：式中λ為光在薄膜中的波長。（2024·吉林省·歷年真題）某同學(xué)自制雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，在紙板上割出一條窄縫，于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫，將該紙板與墻面平行放置，如圖所示，用綠色激光照雙縫，能在墻面上觀察到干涉條紋，下列說法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是（）A．換用更粗的頭發(fā)絲 B．換用紅色激光照雙縫C．增大紙板與墻面的距離 D．減小光源與紙板的距離（2023高考·江蘇卷）用某種單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢．倍 B．倍 C．2倍 D．3倍劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩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?，F(xiàn)若在圖甲的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1．有關(guān)干涉的幾個(gè)問題（1）兩列光發(fā)生干涉的必要條件是兩列光的頻率相同，相位差恒定。（2）相干光的獲得方法。a．將一束光分成兩束而獲得，此法稱為分光法。b．利用激光。2．薄膜干涉現(xiàn)象的應(yīng)用（1）增透膜：增透膜的厚度為透射光在薄膜中波長的四分之一，使薄膜前后兩面的反射光的路程差為薄膜中波長的一半，故反射光疊加后減弱，透射光的強(qiáng)度增強(qiáng)。（2）利用薄膜干涉檢測平滑度：如圖甲所示，兩板之間形成一個(gè)空氣薄層，用單色光從上向下照射，如果被檢測表面是平滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下，則對(duì)應(yīng)亮紋（或暗紋）向左彎曲，如圖乙所示；如果某處凸起來，則對(duì)應(yīng)亮條紋（或暗條紋）向右彎曲，如圖丙所示。1．（多選）（2024·湖南省·歷年真題）1834年，洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結(jié)果（稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn)），平面鏡沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同學(xué)重復(fù)此實(shí)驗(yàn)時(shí)，平面鏡意外傾斜了某微小角度θ，如圖所示。S為單色點(diǎn)光源。下列說法正確的是（）A．沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋不移動(dòng)B．沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距減小C．若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距不變D．若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋向A處移動(dòng)2．如圖所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點(diǎn)，已知P點(diǎn)與S1和S2距離之差為2.1×10－6m，今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？（1）已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10－7m；（2）已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí)，臨界角為37°（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）；（3）若用A光照射時(shí)，把其中一條縫遮住，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。3．（2024·浙江省金華市·模擬題）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，光源S到雙縫、的距離相等，、連線平行于光屏，O點(diǎn)為、連線的中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出單色光經(jīng)、傳播到光屏上P點(diǎn)的時(shí)間差為Δt，其中垂直于光屏，P為某亮條紋中心，OP之間還有m條亮條紋。若緊貼放置一厚度均勻的玻璃片、光由垂直穿過玻璃片傳播到P點(diǎn)與光由直接傳播到P點(diǎn)時(shí)間相等。已知光在真空中的傳播速度為c、玻璃對(duì)該單色光的折射率為n，不考慮光在玻璃片內(nèi)的反射。則單色光在真空中的波長及玻璃片的厚度分別為（）A．， B．， C．， D．，考點(diǎn)二光的衍射和偏振現(xiàn)象光的衍射1．明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長____________，甚至比光的波長______的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。2．三類常見衍射現(xiàn)象3．對(duì)光的偏振的理解（1）自然光與偏振光的比較類別自然光（非偏振光）偏振光光的來源從普通光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向（2）偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。（2024·江蘇省南通市·模擬題）如圖所示，擋板上安裝有寬度可調(diào)的一條狹縫，縫后放一個(gè)光屏。用單色平行光照射狹縫，狹縫寬度從0.8mm調(diào)整為0.4mm，光屏上可能呈現(xiàn)（）A．圖樣①變化為圖樣② B．圖樣②變化為圖樣①C．圖樣③變化為圖樣④ D．圖樣④變化為圖樣③奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，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(dòng)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。（1）偏振片A的作用是_____________________________________________________。（2）偏振現(xiàn)象證明了光是一種________。（3）以下說法中正確的是________。A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α1．單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)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(diǎn)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．（多選）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．如果屏上條紋間距變寬，表明抽制的絲變粗D．如果屏上條紋間距變寬，表明抽制的絲變細(xì)2．（多選）利用旋光儀這種儀器可以測量糖溶液的濃度，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(huì)以傳播方向?yàn)檩S線，旋轉(zhuǎn)一個(gè)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。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(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(dòng)一個(gè)角度，使