《高考物理月刊專版 專題11 光學(xué)綜合 光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理月刊專版 專題11 光學(xué)綜合 光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象課件（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、一、光的干涉一、光的干涉1定義：定義：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被 ， 出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被 ，出現(xiàn)暗紋，且，出現(xiàn)暗紋，且 和和 互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉 現(xiàn)象現(xiàn)象加強加強減弱減弱加強區(qū)域加強區(qū)域減弱區(qū)域減弱區(qū)域2條件：條件：兩列光的兩列光的 ，且具有恒定的相位差，才能，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象頻率相同頻率相同3獲得相干光源的方法：獲得相干光源的方法：將同一列光波分解為兩列光波，將同一列光波分解為兩列光波， 可以獲得相干光源雙縫干涉和薄膜干涉都是用此種可以獲得
2、相干光源雙縫干涉和薄膜干涉都是用此種 方法獲得相干光源方法獲得相干光源4楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 (1)原理如圖原理如圖1321所示所示 (2)產(chǎn)生明、暗條紋的條件產(chǎn)生明、暗條紋的條件 單色光：若光的路程差單色光：若光的路程差 r2r1k(k0,1,2)，光，光 屏上出現(xiàn)明條紋；若光的路屏上出現(xiàn)明條紋；若光的路 程差程差r2r1(2k1) (k0,1,2)， 光屏上出現(xiàn)暗條紋光屏上出現(xiàn)暗條紋 白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央為白色白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央為白色 (3)條紋間距公式：條紋間距公式：x (在實驗裝置不變的條件下，紅光的干涉在實驗裝置不變的條件下，紅光的干涉條紋間距最大，紫光
3、的干涉條紋間距最小條紋間距最大，紫光的干涉條紋間距最小5薄膜干涉薄膜干涉 如圖如圖1322所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，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，當光照射到薄膜上時，在膜的前表形成上薄下厚的楔形，當光照射到薄膜上時，在膜的前表 面面AA和后表面和后表面BB分別反射出來，形成兩列頻率相同的分別反射出來，形成兩列頻率相同的 光波，并且疊加光波，并且疊加(1)原理分析原理分析單色光單色光a在在P1、P2處，在兩個表面處反射回來的兩列光波的路程處，在兩個表面處反射回來的兩列光波的路程差差x等于波長的整數(shù)倍，即等于波長的整數(shù)倍，即xn(n1,2,3)，薄膜上，薄
4、膜上出現(xiàn)明條紋出現(xiàn)明條紋b在在Q處，反射回來的兩列光波的路程差處，反射回來的兩列光波的路程差x等于半波長的奇等于半波長的奇數(shù)倍，即數(shù)倍，即x(2n1) (n0,1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋，薄膜上出現(xiàn)暗條紋白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋(2)應(yīng)用：應(yīng)用：增透膜；增透膜；利用光的干涉檢查平整度利用光的干涉檢查平整度 (1)只有相干光才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣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、光的衍射二、光的衍射1光的衍射：光的衍射：光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象光繞過障礙物
5、偏離直線傳播的現(xiàn)象2發(fā)生明顯衍射的條件：發(fā)生明顯衍射的條件：只有當只有當 可以與光可以與光的的 波長相比，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會波長相比，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會 明顯明顯障礙物的尺寸障礙物的尺寸3衍射條紋的特點衍射條紋的特點 (1)單縫衍射：單色光的衍射圖樣為單縫衍射：單色光的衍射圖樣為 條紋，條紋， 兩側(cè)是兩側(cè)是 的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；白光的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的的衍射圖樣為中間寬且亮的 ，兩側(cè)是漸窄且暗的，兩側(cè)是漸窄且暗的 (2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán) (3)泊松亮斑泊松亮斑(圓
6、盤衍射圓盤衍射)：當光照到不透明的半徑很小的?。寒敼庹盏讲煌该鞯陌霃胶苄〉男?圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)的亮斑圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)的亮斑(在陰影外還有不在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)等間距的明暗相間的圓環(huán))中間寬且亮的單色中間寬且亮的單色明暗相間明暗相間白條紋白條紋彩色條紋彩色條紋4衍射與干涉的比較衍射與干涉的比較兩種現(xiàn)象兩種現(xiàn)象比較項目比較項目單縫衍射單縫衍射雙縫干涉雙縫干涉不不同同點點條紋寬度條紋寬度條紋寬度不等，條紋寬度不等，中央最寬中央最寬條紋寬度相等條紋寬度相等條紋間距條紋間距各相鄰條紋間各相鄰條紋間距不等距不等各相鄰條紋等間距各相鄰條紋等間距亮度情況亮度情況中央
7、條紋最亮，中央條紋最亮，兩邊變暗兩邊變暗清晰條紋，亮度清晰條紋，亮度基本相等基本相等相同點相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋衍射都有明暗相間的條紋5干涉與衍射的本質(zhì)干涉與衍射的本質(zhì) 光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上 講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原 理在衍射現(xiàn)象中，可以認為從單縫通過兩列或多列頻率理在衍射現(xiàn)象中，可以認為從單縫通過兩列或多列頻率 相同的光波，它們在屏上疊加形成單縫衍射條紋相同的光波，它們在屏
8、上疊加形成單縫衍射條紋 (1)區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實際應(yīng)區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分(2)干涉和衍射是波的特性，波長越長，干涉和衍射現(xiàn)象越明干涉和衍射是波的特性，波長越長，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯顯在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別的差別三、光的偏振三、光的偏振1自然光與偏振光的區(qū)別自然光與偏振光的區(qū)別 (1)自然光：包含著在自然光：包含著在 上沿一切方上沿一切方向向 振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的振動的光
9、，而且沿著各個方向振動的光波的 都相都相 同，這種光是自然光同，這種光是自然光 (2)偏振光：在垂直于光波傳播方向的平面上，只沿著偏振光：在垂直于光波傳播方向的平面上，只沿著 的方向振動的光的方向振動的光垂直于光傳播方向垂直于光傳播方向強度強度某一個特定某一個特定2偏振光的產(chǎn)生方式偏振光的產(chǎn)生方式 (1)自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器；第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器； 第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢
10、偏器 (2)自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合 適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90時，反射光時，反射光 和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直3偏振光的理論意義及應(yīng)用偏振光的理論意義及應(yīng)用 (1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是一種波，理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是一種波，但不能確定光波是橫波還是縱波光的偏振現(xiàn)象說明光波但不能確定光波是橫波還是縱波光的偏振現(xiàn)象說明光波 是橫波是橫波 (2)應(yīng)用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等應(yīng)
11、用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等 (1)自然光通過偏振片后，就變成了偏振光自然光通過偏振片后，就變成了偏振光(2)平時我們所見的光，除直接從光源射來的以外都是偏振光平時我們所見的光，除直接從光源射來的以外都是偏振光 如圖如圖1323所示，所示，在雙縫干涉實驗中，在雙縫干涉實驗中，S1和和S2為雙縫，為雙縫，P是光屏上的一點，已知是光屏上的一點，已知P點與點與S1和和S2距離之差為距離之差為2.1106m，今分別用，今分別用A、B兩種單色光在空氣兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？點是亮條紋還是暗條紋？ (1)已知已知A光在折射率為光在折射率為
12、n1.5的介質(zhì)中波長為的介質(zhì)中波長為4107m. (2)已知已知B光在某種介質(zhì)中波長為光在某種介質(zhì)中波長為3.15107m，當，當B光從光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37. (3)若用若用A光照射時，把其中一條縫遮住，試分析光屏上光照射時，把其中一條縫遮住，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象能觀察到的現(xiàn)象當當S2PS1Pk(k0,1,2,3)時，在時，在P處出現(xiàn)亮條紋；處出現(xiàn)亮條紋；當當S2PS1P(2k1) (k0,1,2，3)時，在時，在P處出處出現(xiàn)暗條紋現(xiàn)暗條紋A光的波長光的波長AnA，B光波長需先借助于光波長需先借助于臨界角求出折射率后，再用公式臨界角求出折射率后
13、，再用公式BnB計算計算 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo) (1)設(shè)設(shè)A光在空氣中波長為光在空氣中波長為1，在介質(zhì)中，在介質(zhì)中波長為波長為2，由，由n 得得 1n21.54107m6107m 根據(jù)路程差根據(jù)路程差x2.1106m 所以所以N1 3.5 由此可知，從由此可知，從S1和和S2到到P點的路程差點的路程差x是波長是波長1的的3.5倍，所以倍，所以P點為暗條紋點為暗條紋(2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinC 得得n由此可知，由此可知，B光在空氣中波長光在空氣中波長3為：為：3n介介 3.15107m5.25107m由路程差由路程差x和波長和波長的關(guān)系的關(guān)系N2 4可見，用可見，用
14、B光作光源，光作光源，P點為亮條紋點為亮條紋(3)光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，兩邊條紋變窄變暗兩邊條紋變窄變暗答案答案見解題指導(dǎo)見解題指導(dǎo) 在研究材料在研究材料A的的熱膨脹特性時，可采用如圖熱膨脹特性時，可采用如圖1324所示的干涉實驗法所示的干涉實驗法A的上表面是一光滑平面，在的上表面是一光滑平面，在A的上方放一個透明的平行板的上方放一個透明的平行板B，B與與A上表面平行，在它們之間形上表面平行，在它們之間形成一厚度均勻的空氣膜現(xiàn)在用波長為成一厚度均勻的空氣膜現(xiàn)在用波長為的單色光垂直照射，的單色光垂直照射，同時對同時對A
15、緩慢加熱，在緩慢加熱，在B上方觀察到上方觀察到B板的亮度發(fā)生周期性變板的亮度發(fā)生周期性變化當溫度為化當溫度為t1時最亮，然后亮度逐漸減弱至最暗；當溫度升時最亮，然后亮度逐漸減弱至最暗；當溫度升高到高到t2時，亮度再一次回到最亮?xí)r，亮度再一次回到最亮 (1)在在B板上方觀察到的亮暗變化是由哪兩個表面板上方觀察到的亮暗變化是由哪兩個表面的反射光疊加形成的？的反射光疊加形成的？ (2)溫度由溫度由t1升高到升高到t2時，時，A的高度升高多少？的高度升高多少？分析此題時應(yīng)注意兩點：分析此題時應(yīng)注意兩點：(1)薄膜干涉是利用了光在空氣膜前后表面的反薄膜干涉是利用了光在空氣膜前后表面的反射光疊加形成的；射
16、光疊加形成的；(2)溫度變化時，空氣膜的厚度發(fā)生變化溫度變化時，空氣膜的厚度發(fā)生變化 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)(1)A、B間為空氣薄膜，在間為空氣薄膜，在B板上方觀察到的板上方觀察到的亮暗變化，是由亮暗變化，是由B的下表面反射的光和的下表面反射的光和A的上表面反射的光疊加的上表面反射的光疊加產(chǎn)生的產(chǎn)生的 (2)當溫度為當溫度為t1時，設(shè)空氣薄膜厚度為時，設(shè)空氣薄膜厚度為d1，此時最亮說明：，此時最亮說明：2d1k 當溫度為當溫度為t2時，設(shè)空氣薄膜厚度為時，設(shè)空氣薄膜厚度為d2，此時再一，此時再一 次最亮說明：次最亮說明：2d2(k1) 得得d1d2 故溫度由故溫度由t1升高到升高到t2，A的高度升高
17、的高度升高答案答案(1)見解題指導(dǎo)見解題指導(dǎo)(2) 奶粉的碳水化合物奶粉的碳水化合物(糖糖)的含量是一個重要指標，的含量是一個重要指標，可以用可以用“旋光法旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖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，偏振方向會相對于傳播方向量偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度，這一角度，這一角度稱為稱為“旋光度旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的測量值與標準值相比較，的測量值與標準值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了如圖就能確定被測樣品的含糖量了如圖1325所示，所示
18、，S是自是自然光源，然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達，使到達O處的光最強，然后處的光最強，然后將被測樣品將被測樣品P置于置于A、B之間之間 (1)偏振片偏振片A的作用是什么？的作用是什么？ (2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種偏振現(xiàn)象證明了光是一種_ (3)以下說法中正確的是以下說法中正確的是 () A到達到達O處光的強度會明顯減弱處光的強度會明顯減弱 B到達到達O處光的強度不會明顯減弱處光的強度不會明顯減弱 C將偏振片將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度處光強度最大，偏振片最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于轉(zhuǎn)過的角度等于 D將偏振片將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得轉(zhuǎn)動一
19、個角度，使得O處光強度處光強度最大，偏振片最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于轉(zhuǎn)過的角度等于此裝置中此裝置中A為起偏器，為起偏器，B為檢偏器，自然光為檢偏器，自然光通過通過A后會變?yōu)槠窆夂髸優(yōu)槠窆?當轉(zhuǎn)動當轉(zhuǎn)動B時，到達時，到達O處的光強度會處的光強度會變化變化. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)(1)自然光源發(fā)出的光不是偏振光，但當自然光源發(fā)出的光不是偏振光，但當自然光經(jīng)過偏振片后就變成了偏振光，因此偏振片自然光經(jīng)過偏振片后就變成了偏振光，因此偏振片A的作的作用是把自然光變成偏振光用是把自然光變成偏振光 (2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種橫波偏振現(xiàn)象證明了光是一種橫波 (3)因為因為A、B的透振方向一致，故的透振方
20、向一致，故A、B間不放糖溶液時，間不放糖溶液時，自然光通過偏振片自然光通過偏振片A后變成偏振光，通過后變成偏振光，通過B后到后到O.當在當在A、B間加上糖溶液時，由于溶液的旋光作用，使通過間加上糖溶液時，由于溶液的旋光作用，使通過A的偏振光的偏振光的振動方向轉(zhuǎn)動了一定角度，不能再通過的振動方向轉(zhuǎn)動了一定角度，不能再通過B，但當，但當B轉(zhuǎn)過一個轉(zhuǎn)過一個角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動方向角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動方向一致時，一致時，O處光強又為最強，故處光強又為最強，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度若偏振片光度若偏振片B不動而將不動而將A旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)糖溶液旋光旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動方向恰與后光的振動方向恰與B的透振方向一致，則的透振方向一致，則A轉(zhuǎn)過的角度也為轉(zhuǎn)過的角度也為，故選項，故選項A、C、D正確正確答案答案 見解題指導(dǎo)見解題指導(dǎo)
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