讲义 - 光的干涉、光的衍射

中小学1对1课外辅导专家龙文教育·教务管理部1龙文教育学科教师辅导讲义教师：______学生：______时间:_____年_____月____日____段光的干涉、光的衍射一、黄金知识点：1、光的波动说、粒子说；2、光的干涉；3、光的衍射；二、要点大揭密：（一）、历史上光的波动学说和光的粒子学说：1、17世纪同时出现了两种学说---牛顿的微粒说和惠更斯的波动说；2、两种学说对光的现象的解释各有成功和不足之处；3、19世纪从实验中观察到了光的干涉、衍射现象，证明了光具有波动性；4、19世纪末发现了光电效应，证明了光具有粒子性。所以光既具有波动性又具有粒子性。（二）、光的干涉1、产生稳定干涉的条件：①两个光源发出的光频率相同，②两个光源发出的光在空间叠加。2、双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是相同的相干光波。屏上某点到双缝的路程差是波长整数倍处出现亮纹，是半波长的奇数倍处出现暗纹，条纹间距与单色光波长成正比。杨氏实验：（1）、实验装置：用单色光源；双孔屏上的两个小孔离的很近，到前一小孔的距离相等，所以两小孔处光振动不但频率相等，而且总是同相的。（2）实验结果：在屏上出现明暗相间的干涉条纹。若用白光做该实验则屏上出现彩色的干涉条纹。双缝干涉实验：与前面杨氏实验原理相同，只是将双孔改为平行的双缝，双缝距离很近，大约0.1毫米左右。在单孔处是一线光源（可以通过光源照射滤光玻璃后经狭缝产生），使双缝与光源平行，即可在屏上得到比小孔实验更明亮的干涉条纹。分析双缝干涉示意图根据实验得：（1）当屏上某点到双缝S1S2的路程差是光波波长的整数倍时，在这些地方出现亮纹（2）当屏上某点到双缝S1S2的路程差是光波半波长的奇数倍时，在这些地方出暗纹（3）干涉条纹是等间距的；课题光的干涉、光的衍射中小学1对1课外辅导专家龙文教育·教务管理部2（4）同样条件的双缝实验，用红光和紫光得到的相邻暗条纹间的宽度不等。下面我们通过计算来分析其原因：O是S1S2的中垂线与屏的交点d是S1S2距离l是缝与屏的距离x是P点到O点的距离r1r2是屏上某点P到S1S2的距离条件：l≥d，且l≥x设SS到P点的路程差为﹠，则﹠=r2-r1从图上可以看出：r22=l2+（x+d/2）2………………①r12=l2+（x-d/2）2………………②①-②得:﹠=dx/l当﹠等于光波波长的整数倍时,两列波在P点同相,出现明条纹.k·λ=d/l·xk=0、1、2、…x=k·l/d·λ当﹠等于半波长的奇数倍时,两列波在P点反相,出现暗条纹.(2K+1)·λ/2=d/l·xk=0、1、2……x=(2k+1)·l/d·λ/2则相邻明暗相间条纹间的距离是△X=l/d·λa、同一实验中,任意两个相邻的亮纹间的距离是相等的b、△X与l、d、λ三因素有关，当l、d相同条件下，△X与λ成正比，所以红光和紫光分别做实验得到的条纹间隔是不同的，经光波长比紫光波长长，因而红光干涉条纹比紫光宽。c、波长与频率乘积等于波速而光在真空中的波速是相同的。故不同波长的色光它们的频率不同。P203各种色光的波长和频率表。（三）、薄膜干涉：利用薄膜前后表面的反射光得到相干光波。1、……虚线代表前表面反射——实线代表后表面反射竖直放置的肥皂液薄膜由于重力作用而形成楔形薄膜。图中所画的波都是反射波，是从楔形薄膜前表面和后表面分别反射的两列波叠加，这两列波是同一光源发出的，所以是相干波，由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹。若用白光照射，则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强，而另一些波长的光反射后弱，这样薄膜的像上就出现彩色条纹。在水面的油膜上常常看到彩色花纹就是由于油膜的各部分的厚度不均匀，从油膜的上表面和下表面分别反射的光发生干涉而形成的。2、薄膜干涉技术的应用。（1）干涉法检查工件表面：用干涉法检查平面的平整程度，精度可达10-6cm；（2）镜片增透膜：透镜和棱镜表面镀增透膜(MgF2)，其厚度是入射光在薄膜中波长的1／4。（四）、光的衍射1、光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。2、产生明显衍射现象的条件；障碍物或孔的尺寸比波长小或者相差不多。中小学1对1课外辅导专家龙文教育·教务管理部33、用单色光进行单缝衍射时，屏上出现明暗相间的条纹，但中间的亮条纹宽且亮，用白光做实验，屏上出现中间宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹。4、泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。三、好题解给你：（一）本课习题：1、下列哪些现象属于干涉现象：A、雨后美丽的彩虹；B、对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹；C、阳光下肥皂膜上的彩色条纹；D、光通过三棱镜产生的彩色条纹。2、如图所示，用干涉法检查某厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的？A、a的上表面和b的下表面；B、a的上表面和b的上表面；C、a的下表面和b的上表面；D、a的下表面和b的下表面。3、从两支手电筒射出的光，当它们照射到同一点时看不到干涉花纹，是因为：A、手电筒射出的光不是单色光；B、干涉图样太细小，看不清楚；C、周围环境的漫反射光太强；D、两个光源是非相干光源。4、对增透膜的叙述不正确的有：A、摄影机的镜头上涂一层增透膜后，可提高成像质量；B、增透膜是为了增加光的透射，减小光的反射；C、增透膜的厚度应为入射光在增透膜中波长的1/4；D、增透膜的厚度应为入射光在空气中波长的1/4。5、如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二亮纹，改用频率较高的单色光重做实验（其它不变）时，则第二亮纹的位置：A、仍在P处；B、在P点上方；C、在P点下方；D、要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹。参考答案：1、C2、C3、D4、D5、C（二）基础题：1、凡是波都具有衍射现象，而把光看做直进的条件是：_____________________，要使光产生明显的衍射的条件是_____________________________________。2、认为光波和无线电波都是电磁波的理由有以下几方面，不正确的理由是：A、真空中传播速度相同；B、都能发生反射、衍射、折射等现象；C、传播都不依靠别的介质；D、都是由振荡电路中自由电子的运动产生的。3、对所有的机械波和电磁波，正确的是：A、都能产生干涉、衍射现象；B、在同一介质中传播速度相同；C、都能在真空中传播；D、传播都不依靠别的介质。参考答案：1、光在同一种均匀介质中传播；障碍物或小孔的尺寸接近于或小于光波的波长。2、D；3、A；ab标准样板厚玻璃板SS1S2ABOP中小学1对1课外辅导专家龙文教育·教务管理部4（三）应用题：1、黄、红、绿三种单色光以相同的入射角到达同一介质和空气的界面，若黄光恰好发生全反射，则：A、绿光一定能够发生全反射；B、红光一定能发生全反射；C、绿光在该介质中波长最短；D、只有红光从介质进入空气。2、两个独立的点光源S1、S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的小屏，则小屏上呈现的情况是：A、明暗相间的干涉条纹；B、屏上出现一片红光；C、屏仍是呈白色；D、屏是黑色的。3、一束白光通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是：A、各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同；B、各色光的速度不同，造成条纹的间距不同；C、各色光的强度不同；D、各色光通过双缝的距离不同。参考答案：1、A、C2、B3、A（四）提高题：1、表面附有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在玻璃片的表面和边缘分别看到彩色图样，这两种现象：A、都是色散；B、都是干涉；C、前者是干涉，后者是色散；D、前者是色散，后者是干涉。2、干涉条纹和衍射条纹的区别是什么？3、红光在玻璃中的波长与绿光在真空中的波长相等，若玻璃对红光的折射率为1.5，求红光与绿光在真空中的波长之比以及红光与绿光的频率之比。参考答案：1、选C。2、[分析与解答]干涉现象和衍射现象的本质都是光波的叠加，在用单色光做实验时，干涉条纹和衍射条纹都是明暗相间的花纹，但它们之间还是有区别的。（1）光强度的分布不同：在缝距很小的时候，干涉条纹中各明条纹的光强差不多（实际上两侧花纹比中央条纹稍暗些），在衍射条纹中，能量集中在中央明条纹，随着条纹级数的增加，光的强度迅速衰减。即中央亮纹特别亮，两侧的其他亮纹较暗。（2）条纹的宽度不同在双缝干涉条纹中，条纹间距均匀而且不管是相邻的两条暗条纹之间的距离都相等；在单缝衍射条纹中，中央明条纹中，中央亮纹不仅特别亮而且特别宽，两侧的其他明条纹较窄，除靠近中央亮纹较窄，除靠近中央部分的几条外，其余的几乎都不易看清。3、[分析与解答]红光在真空中频率为f红，进入玻璃后它的频率仍为f红，若红光在真空中波长为λ红，则它进入玻璃中的波长为λ红’=v/f红=红//CnC=n红因为：λ红’=λ绿’所以：λ红/n=λ绿，所以红光与绿光在真空中波长之比为绿红=23红光与绿光频率之比为：f红/f绿=32。中小学1对1课外辅导专家龙文教育·教务管理部5（五）课后演武场：1、关于双缝干涉条纹的以下说法中正确的是：A、用同一单色光做双缝干涉实验，能够观察到明暗相间的条纹；B、用同一单色光经双缝后干涉的明条纹距两缝的距离之差为该色光波长的整数倍；C、用同一单色光经双缝后干涉的明条纹距双缝的距离之差一定为该色光波长的奇数倍；D、用同一单色光经双缝后干涉条纹的暗条纹处距两缝的距离之差一定是该色光半波长的奇数倍。2、取两块平玻璃板，合在一起用手捏紧，会从玻璃板上看到彩色条纹，这是光的干涉现象。有关这一干涉的以下说法中正确的是：A、这是上、下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果；B、这是上面那块玻璃的上、下两个表面的反射光干涉的结果；C、这是两玻璃间空气薄层上、下两表面反射光相干涉的结果；D、这是下面玻璃的上、下两个表面反射光相干涉的结果。3、以下说法中正确的是：A、肥皂泡上呈现彩色花纹是光的色散现象；B、肥皂泡上呈现彩色花纹是光的干涉现象；C、水面上的油膜呈现彩色花纹，是油膜表面反射光与入射光相叠加的结果；D、水面上油膜呈现彩色花纹，是油膜的上、下两表面反射光叠加的结果。4、对衍射现象的定性分析，不正确的是：A、光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲传播的现象；B、衍射花纹图样是光波相互叠加的结果；C、光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据；D、光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论。5、下列现象中哪些是光的衍射产生的：A、著名的泊松亮斑；B、阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑；C、光照到细金属丝后在后面的屏上的阴影中间的亮线；D、阳光经凸透镜后形成的亮斑。6、点光源照射到一个障碍物，在屏上所形成的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是：A、光的反射；B、光的折射；C、光的干涉；D、光的衍射。7、关于衍射现象的下列说法中，正确的是：A、衍射现象中衍射花样的明暗条纹的出现是光干涉的结果；B、双缝干涉中也存在着光衍射现象；C、影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实；D、一切波都可以产生衍射。8、下列现象中能产生明显衍射的是：A、光的波长比障碍物或孔的尺寸大得多；B、光的波长与孔或障碍物的尺寸可相比；C、光的波长等于孔或障碍物的大小；D、光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多。9、将一个大的不透明障碍板上的正三角形孔从边长10cm逐渐减小到零，让阳光从孔中通过，在障碍板后面暗箱中的白屏上可看到的现象是_______________________________________________________________________________________________10、右图表示某双缝干涉的实验装置，当用波长为0.4微米的紫光做实验时，由于像屏的大小有限，屏上除中央亮纹外，两侧只看到各有3条亮条纹。若换用波长为0.6微米的橙光做实验，那么该像屏上除中央亮纹外，两侧各有几条亮条纹？SS1S2A