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第2讲光的干涉、衍射和偏振知识梳理知识梳理一、光的干涉一、光的干涉1.光的干涉光的干涉:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被加强,出现亮条纹,某些区域的光被减弱,出现暗条纹,且加强区域和减弱区域互相间隔的现象叫做光的干涉现象。2.干涉的条件干涉的条件:两列频率相同频率相同 、振动步调差别恒定(即相位差恒定)的光相遇。双缝干涉薄膜干涉(1)光的路程差r2-r1=k(k=0,1,2)光屏上出现亮亮 条纹。(2)光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2)光屏上出现暗暗 条纹。(3)相邻亮(暗)条纹间距公式:x=(1)薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面前后两表面 的反射光相遇而形成的干涉。(2)水平状的明暗相间的条纹,同一条纹对应薄膜的厚度相等。(3)a.应用增透膜:膜厚度d=;b.用干涉法检查平面3.典型的干涉实验典型的干涉实验2Ld141.光的衍射光的衍射:光绕过障碍物障碍物 或(穿过小孔)偏离直线直线 传播的现象。二、光的衍射二、光的衍射2.光发生明显衍射现象的条件光发生明显衍射现象的条件:只有当障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长相当,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显。单缝衍射圆盘衍射与泊松亮斑1.偏振偏振:横波只沿某一特定的方向振动振动 ,称为波的偏振。三、光的偏振三、光的偏振2.自然光和偏振光的比较表自然光和偏振光的比较表自然光(非偏振光)偏振光光的来源举例太阳、电灯等光源直接发出的光自然光通过偏振片后的光等光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向光振动的强度相同相同在垂直于光的传播方向的平面内,光的振动沿特定特定 方向1.在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是()A.光的折射现象、色散现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、偏振现象D.光的直线传播现象、反射现象答案答案C衍射、干涉现象是波特有的现象,而横波具有偏振现象,均能反映光的波动性,所以C选项正确。C2.用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时,以下推断正确的是()A.狭缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时,双缝就成了两个振动情况总是相同的光源B.若入射光是白光,则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹C.像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时,该点处一定是亮条纹D.双缝干涉中亮条纹之间的距离相等,暗条纹之间的距离不相等A答案答案 A题图是利用分光法获得相干光源,所以A正确;白光的干涉条纹是彩色的,不是黑白相间的,B错;屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时,该处应是暗条纹,C错;双缝干涉实验中,亮条纹之间的距离相等,暗条纹之间的距离也相等,D错。3.下面四种光现象,与光的干涉有关的是()A.用光导纤维传播电磁波信号B.一束白光通过三棱镜形成彩色光带C.用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整度D.用平行光照射不透光的小圆盘,在圆盘的影的中心形成泊松亮斑答案答案 C用光导纤维传播电磁波信号是利用光的全反射,A错误;白光通过三棱镜形成彩色光带是光的色散,B错误;检查平面的平整度是利用光的干涉,C正确;泊松亮斑的形成是光的衍射的结果,D错误。C深化拓展深化拓展考点一考点一双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分布规律双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分布规律考点二考点二薄膜干涉的产生及其应用薄膜干涉的产生及其应用考点三考点三光的衍射和偏振光的衍射和偏振深化拓展深化拓展考点一双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分考点一双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分布规律布规律1.相干光源发出的两列光波到达某点的路程差等于波长的整数倍时,该处光相互加强,出现亮条纹;当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时,该处光互相减弱,出现暗条纹。2.双缝干涉条纹是等间距的,相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比(装置已确定的情况下),即x=。利用双缝干涉实验可测量光波的波长。Ld1-1(2011北京理综,14,6分)如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以()A.增大S1与S2的间距B.减小双缝屏到光屏的距离C.将绿光换为红光D.将绿光换为紫光C答案答案 C由双缝干涉条纹间距公式x=可知:增大S1与S2的间距d,x将减小,A项错误;减小双缝屏到光屏的距离L,x将减小,B项错误;红光波长大于绿光,变大,x将变大,C项正确;紫光波长小于绿光,变小,x将变小,D项错误。Ld1-2关于红光和紫光,下列说法正确的是()A.红光的频率大于紫光的频率B.在同一种玻璃中红光的速度小于紫光的速度C.用同一装置做双缝干涉实验,红光的干涉条纹间距大于紫光的干涉条纹间距D.当红光和紫光以相同入射角从玻璃射入空气时,若紫光刚好能发生全反射,则红光也一定能发生全反射C答案答案 C红光的频率小于紫光的频率,f红v紫;以相同入射角由玻璃射入空气发生全反射时,sinC=,C为临界角,紫光刚好发生全反射时,红光不能发生全反射,选项A、B、D错误。条纹间距x=,红紫,因此x红x紫,C正确。cn1nLd考点二薄膜干涉的产生及其应用考点二薄膜干涉的产生及其应用1.产生和条纹分布产生和条纹分布如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA和后表面BB分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加。(1)在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差x等于波长的整数倍x=n(n=1,2,3,)。波峰和波峰叠加,波谷和波谷叠加,使光波振动加强,形成亮条纹。(2)在Q处,两列反射回来的光波的路程差x等于半波长的奇数倍x=(2n+1)(n=1,2,3,)。反射回来的两列光,波峰和波谷叠加,使光波振动抵消,形成暗条纹。根据上述分析,可知在薄膜上形成明暗相间的干涉条纹。22.薄膜干涉的应用薄膜干涉的应用(1)检查精密零件的表面是否平整用干涉法检查平面:如图甲所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照射,入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波,形成干涉条纹。如果被检测平面是光滑平整的,得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下去,则对应明纹(或暗纹)提前出现,如图乙所示;如果某处凸起来,则对应条纹延后出现,如图丙所示。(注:“提前”与“延后”不是指在时间上,而是指由左向右的位置顺序上)(2)增透膜在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁),当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长,因而相互抵消,达到减弱反射光、增大透射光强度的目的。142-1用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐),图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是()A.当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30B.当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90C.当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30D.干涉条纹保持原来状态不变D答案答案 D金属丝圈的转动,改变不了肥皂液薄膜的上薄下厚的形状,由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关,仍然是水平的干涉条纹,A、B、C错误,D正确。2-2(多选)把一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,如图所示,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()A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果B.干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧AC答案答案 AC根据薄膜干涉的产生原理,题述现象是由空气劈尖膜上下表面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时,振动加强,形成亮条纹,当波峰与波谷相遇叠加时,振动减弱,形成暗条纹,所以A项对,B项错;因相干光是反射光,故观察薄膜干涉时,应在入射光的一侧,故D项错误;条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当上玻璃板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,故C项正确。考点三光的衍射和偏振考点三光的衍射和偏振1.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射与双缝干涉的比较种类项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等,中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮,两边较暗清晰条纹,亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象,均是由波的叠加形成的;干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的偏振光的偏振除了从光源直接发出的光外,日常生活中遇到的光大都是偏振光。3-1如图所示,a、b、c、d四个图样是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是()A.a、b是光的干涉图样B.c、d是光的干涉图样C.形成a图样中光的波长比形成b图样光的波长短D.c、d中央条纹为暗纹A答案答案A单色光的干涉条纹等间距,衍射条纹间距不等,A正确,B错误;波长越大,干涉条纹间距越大,C错误;衍射图样中央为亮条纹,D错误。3-2如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是()。A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变C答案答案 C白炽灯光经过偏振片P后成为偏振光,旋转P时P、Q间偏振光的振动方向改变,但光的强度不变,B、D错误。由于偏转片Q的透振方向不变,故旋转P时Q右侧的偏振光强度发生周期性变化,故A错误,C正确。
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