高考物理一轮复习 2.2光的波动性课件 沪科版选修3-4.ppt

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 知识梳理 1 偏振 光波只沿 的方向的振动 2 自然光 太阳 电灯等普通光源发出的光 包括在垂直于传播方向上沿 振动的光 而且沿各个方向振动的光波的 都相同 这种光叫作自然光 3 偏振光 在 于传播方向的平面上 只沿某个特定方向振动的光 光的偏振证明光是 自然光通过偏振片后 就得到了偏振光 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5 10cm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 0 0 01mm 因此示数为1 970mm 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 0 10 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5 10cm 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 6 10 7m 6 6 102nm 答案 1 EDB 2 单缝与双缝必须平行 其间距为5 10cm 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 8702 310 4 6 6 102 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 0 1014Hz7 5 10 7m 2 1 125 10 3m 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 1 10 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4 10 7m 2 已知B光在某种介质中波长为3 15 10 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 n 2 1 5 4 10 7m 6 10 7m 根据路程差 r 2 1 10 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 15 10 7m 5 25 10 7m 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