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第 2 讲 光的波动性,知识点1 光的干涉 【思维激活1】如图是双缝干涉实验装置 的示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,P为光 屏。用绿光从左边照射单缝S时,可在光屏 P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是 ( ) A.减小双缝间的距离,干涉条纹间的距离减小 B.增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离增大 C.将绿光换为红光,干涉条纹间的距离减小 D.将绿光换为紫光,干涉条纹间的距离增大,【解析】选B。由双缝干涉条纹间距公式x= 可知,减小双缝间的距离d,干涉条纹间的距离x增大,A错误;增大双缝到屏的距离L,干涉条纹间的距离增大,B正确;将绿光换为红光,入射光的波长增大,干涉条纹间的距离应增大,C错误;将绿光换为紫光,入射光的波长变短,干涉条纹间的距离应减小,D错误。,【知识梳理】 1.产生条件：两列光的_相同,振动方向_,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样。,频率,相同,2.两种典型的干涉： (1)杨氏双缝干涉。 原理如图所示。,明、暗条纹的条件。 ()单色光：形成_的条纹,中央为明条纹。 a.光的路程差r=r2-r1=_(k=0,1,2),光屏上出现明条纹。 b.光的路程差r=r2-r1=_(k=0,1,2),光屏上出现暗 条纹。 ()白光：光屏上出现_条纹,且中央亮条纹是_(填写 颜色)。 条纹间距公式：x=_。,明暗相间,k,彩色,白色,(2)薄膜干涉。 相干光：光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面_的 两列光波。 图样特点：同双缝干涉,同一条亮(或暗)纹对应薄膜的_ 相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹,白光照射薄膜 时,形成彩色条纹。,反射,厚度,知识点2 光的衍射 【思维激活2】某同学使用激光器做光源,在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝,进行光的衍射实验,如图甲所示。则他在光屏上看到的条纹是图乙中的( ),【解析】选D。因为缝沿水平方向,所以衍射条纹也沿水平方向,A、C选项不对;选项B中明暗相间的条纹间距等大,为干涉图样,所以本题应选D。,【知识梳理】 1.发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长 _,甚至比光的波长_的时候,衍射现象才会明显。,相差不多,还小,2.衍射条纹的特点： (1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。,明暗相间,越弱,越小,明暗相间,越弱,越小,减小,逐渐变暗,逐渐变窄,同心圆环,(2)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到_(选填“透明” 或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心 出现_(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。,不透明,亮斑,知识点3 光的偏振现象 【思维激活3】如图所示,半径为R的圆形偏振片P的透振方向为竖直方向,一束横截面半径略小于R的平行自然光正对着偏振片P照射后射到屏上,现以光的传播方向OO为轴将偏振片P旋转90,则在偏振片P旋转的过程中( ),A.屏上出现圆形亮斑,亮度不变 B.屏上出现圆形亮斑,亮度逐渐变暗 C.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,且亮度不变 D.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,且亮度变暗,【解析】选A。圆柱状光束通过偏振片后,屏幕上出现圆形亮斑,偏振片是让特定方向振动的光透过去,只是相对光源的亮度减弱,故屏幕上依然出现圆形亮斑,C、D错。自然光包含在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同,故转动偏振片,透振方向虽然改变,但成像依然是圆形亮斑,且亮度不变,A正确,B错误。,某一特定,一切方向,强度,垂直,横波,【微点拨】 1.对相干光源获得方法的两点提醒： (1)将一束光分成两束而获得,此法称为分光法。 (2)利用激光。 2.研究干涉现象时的两点注意： (1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样,光的干涉是有条件的。 (2)单色光形成明暗相间的干涉条纹,白光形成彩色条纹。,3.偏振现象的两个易错提醒： (1)偏振现象在生活中非常普遍,并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光,生活中除光源直接发出的光外,我们看到的绝大部分光都是偏振光。 (2)当偏振光入射到偏振片上时,如果偏振方向与透振方向既不平行也不垂直,仍会有部分光透过偏振片。,考点1 光的干涉、衍射及偏振 1.单缝衍射与双缝干涉的比较：,对比分析,2.自然光和偏振光的比较：,【题组通关方案】 【典题1】(2014成都模拟)如图所示的四种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。则在下面四个图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是( ),A.黄紫红蓝 B.紫黄蓝红 C.红蓝紫黄 D.蓝红黄紫,【典题解析】选C。干涉条纹的特点是条纹宽度相等,且相邻条纹等间距,波长越大,条纹越宽。又因为红光的波长大于蓝光的波长,所以左边数第一幅图是红光的干涉条纹,第二幅图是蓝光的干涉条纹。衍射条纹的特点是条纹宽度不等,中央最宽且各相邻条纹间距不等,波长越大,中央条纹越宽。又因为黄光的波长大于紫光的波长,故左边数第三幅图对应紫光,第四幅图对应黄光,C正确,A、B、D错误。,【典题2】(2012江苏高考)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,【典题解析】选C。对白炽灯而言,无论偏振片P转动到哪个方向,获得的都是单一振动方向、强度都相同的偏振光,转动偏振片P时,只有振动方向和偏振片Q的透振方向相同时,透过的光最强,所以答案选C。,【加固训练】 1.(2012上海高考)如图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样,则( ) A.甲为紫光的干涉图样 B.乙为紫光的干涉图样 C.丙为红光的干涉图样 D.丁为红光的干涉图样,【解析】选B。对于干涉条纹,明条纹和暗条纹在比较多的条数之内都保持宽度相等,且波长越大,条纹越宽;对于衍射条纹,条纹宽度中间大,两边逐渐减小。由于红光波长大于紫光波长,故红光条纹比紫光条纹宽。因此,甲是红光干涉图样,乙是紫光干涉图样,丙是红光衍射图样,丁是紫光衍射图样,故选项B对,A、C、D错。,2.如图所示,甲、乙、丙、丁四个图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.甲、乙是光的干涉图样 B.丙、丁是光的干涉图样 C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短 D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短,【解析】选A。干涉条纹是等间距的条纹,衍射条纹是不等间 距的条纹。因此,甲、乙图是干涉图样,丙、丁图是衍射图样, A正确,B错误。由公式x= 可知,条纹宽度与l、d、均有关,故无法判断甲图样与乙图样光的波长的大小关系,C错。丙、丁两图中由于缝的大小关系没有限定,故无法比较丙、丁图样光的波长的大小关系,D错。,【学科素养升华】 区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 (1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹的宽度相同,而单缝衍射的条纹中央亮条纹最宽,两侧的亮条纹逐渐变窄。 (2)根据条纹的间距区分：双缝干涉条纹的间距是相等的,而单缝衍射的条纹越向两侧条纹间距越窄。 (3)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹,从中央亮纹往两侧亮度变化很小,而单缝衍射条纹中央亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。,考点2 用双缝干涉测光的波长 1.实验原理：相邻两条明条纹间距x与入射光波长, 双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为x= 2.实验器材：双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。,深化 理解,3.实验步骤： (1)安装仪器。,将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光。调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝的缝平行。,(2)观察与记录。 调单缝与双缝间距为510cm时,观察白光的干涉条纹。 在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。 调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心, 记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划 板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时,记下手轮上 的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离x= 换用不同的滤光片,测量其他色光的波长。,(3)数据处理：用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公 式= x计算波长,重复测量、计算,求出波长的平均值。,4.注意事项： (1)调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (2)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。,(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。 (4)不要直接测x,要测几个条纹的间距,计算得x,这样可以减小误差。 (5)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。,【题组通关方案】 【典题3】(2012福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)：,(1)下列说法哪一个是错误的 。 A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝 B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a, 求出相邻两条亮纹间距x=,(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm。,【典题解析】(1)选A。应先调节光源高度、遮光筒中心及光 屏中心后再放上单、双缝,A选项不正确。目镜分划板中心应 与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,B选 项正确。目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距x= ,C选项正确。 (2)主尺读数是1.5mm,螺旋读数是47.00.01 mm,因此示数为1.970 mm。 答案：(1)A (2)1.970,【典题4】(2014杭州模拟)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。,(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由 左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、 _、_、A。 (2)本实验的步骤有： 取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光 筒轴线把屏照亮; 按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位 于遮光筒的轴线上; 用米尺测量双缝到屏的距离; 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤时还应注意_。,(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图乙中手轮上的示数 mm,求得相邻亮纹的间距x为 mm。,(4)已知双缝间距d为2.010-4m,测得双缝到屏的距离l 为0.700m,由计算式= ,求得所测红光波长 为 nm。,【典题解析】(1)滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是获取线光源,双缝屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏上,所以排列顺序为C、E、D、B、A。(顺序不能交换) (2)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时,单缝、双缝间距离大约为510cm;使单缝与双缝相互平行。 (3)螺旋测微器的读数应该先读整数刻度,然后看半刻度是否露出,最后看可动刻度,图乙读数为13.870mm,图甲读数为2.320mm,所以相邻条纹间距,(4)由条纹间距离公式x= 得： = ，代入数值得： =6.610-7 m=6.6102 nm。 答案：(1)E D B (2)单缝与双缝必须平行，其间距为510 cm，保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上 (3)13.870 2.310 (4) 6.6102,【加固训练】 1.在用红光做双缝干涉实验时,已知双缝间的距离为0.5mm,测得双缝到光屏的距离为1.0m,在光屏上第一条暗条纹到第六条暗条纹间的距离为7.5mm。则： (1)此红光的频率为多少?它在真空中的波长为多少? (2)假如把整个装置放入折射率为 的水中,这时屏上相邻明条纹的间距为多少?,【解析】(1)相邻两条暗条纹间的距离 x= 根据= 得 = 由= 得此光的频率 =,(2)在水中红光的波长 = 相邻两条明条纹间的距离为 答案：(1)4.01014 Hz 7.510-7 m (2)1.12510-3 m,2.如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1、S2距离之差为2.110-6m,分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条纹?,(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为410-7m。 (2)已知B光在某种介质中波长为3.1510-7m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37。 (3)若让A光照射S1,B光照射S2,试分析光屏上能观察到的现象。,【解析】(1)设A光在空气中波长为1,在介质中波长为2, 由n= 得1=n2=1.5410-7m=610-7m,根据路程 差r=2.110-6m,所以N1= =3.5。由此可知,从S1和S2到P点的路程差是波长1的3.5倍,所以P点为暗条纹。,(2)根据临界角与折射率的关系sinC= 得n= 由此可知,B光在空气中波长3=n介= 3.1510-7 m =5.2510-7 m。路程差r和波长3的关系为N2= 可见,用B光作光源,P点为亮条纹。 (3)若让A光和B光分别照射S1和S2,这时既不能发生干涉,也不发生衍射,此时在光屏上只能观察到亮光。 答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析,【学科素养升华】 “用双缝干涉测光的波长”问题的解决方法 (1)明确双缝干涉条纹间距公式x= 中各物理量的意义,其中x是相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距,d是双缝之间的距离,l是双缝到屏的距离,为光在真空中的波长。,(2)熟记求解相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离的公式 中各物理量的意义。 a1是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮纹，a2是转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数，并将该条纹记为第n条亮纹。 (3)若将装置放入水中，必须根据介质中的波长介、真空中 的波长真与介质的折射率n间的关系介= 求出水中的 波长，并用水中的波长代替x= 中的。 (4)将各物理量统一为国际单位制代入求解。,
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