2013届高考物理一轮复习第十三章 光学与电磁波、 相对论简介 13.2 光的干涉、衍射和偏振现象

第2节光的干涉、衍射和偏振现象一、光的干涉现象1．杨氏双缝干涉(1)原理如图所示．(2)明、暗条纹的条件①单色光a．光的路程差Δx＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹．b．光的路程差Δx＝r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹．(3)条纹间距公式：Δx＝ldλ2．薄膜干涉(1)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．(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．(3)原理分析①单色光a．在P1、P2处，在两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整数倍．Δx＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹．b．在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍Δx＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．②白光：薄膜上出现水平彩色条纹．(4)应用：①增透膜②利用光的干涉检查平整度．(1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样．(2)单色光形成明暗相间的单色干涉条纹，白光形成彩色条纹．(3)观察薄膜干涉条纹时，应该与光源处在薄膜的同一侧观察．二、光的衍射1．光的衍射光绕过障碍物偏离直线传播的现象．2．发生明显衍射的条件只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．3．衍射条纹的特点(1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹．(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．(3)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，在圆盘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)．4．衍射与干涉的比较5.干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但其光学本质不同．(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可以从条纹宽度，条纹间距、亮度等方面加以区分．(3)干涉和衍射是波的特性，波长越长，干涉和衍射现象越明显．光在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别．三、光的偏振1．光的偏振光振动沿各个方向均匀分布的光叫自然光，光振动只沿着某个特定方向的光叫偏振光，只有横波才有偏振现象.2.由自然光获得偏振光的方法(1)让自然光通过偏振光片(2)让自然光在介质表面以适当角度入射，相互垂直的反射光和折射光都为偏振光．3．偏振光的应用应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．4．自然光和偏振光的比较表(1)偏振片并非刻有狭缝，而是其具有一种特性，即存在一个透振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．(2)自然光经过偏振片后就变成了偏振光．(3)平时我们所见的光，除直接从光源发出的光外，其余都是偏振光．双缝干涉和薄膜干涉的应用[例1](2012年南京模拟)用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25mm，在距离双缝为1.2m处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5mm.(1)求这种单色光的波长．(2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则增透膜的厚度应取多少？[思路点拨]解答本题的关键是：(1)掌握条纹间距公式Δx＝ldλ.(2)增透膜的原理是薄膜干涉，理论上增透膜的厚度为(n＋14)λ，λ为光在介质中的波长，考虑到增透性，膜的厚度取λ4.[自主解答](1)根据公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx由题意知Δx＝xn－1＝7.55－1×10－3ml＝1.2m，d＝0.25×10－3m所以λ＝dlΔx＝0.25×10－3×7.5×10－31.2×4m＝3.9×10－7m(2)根据公式n＝cv，c＝λƒ，v＝λ′ƒ知n＝λλ′λ′＝λn＝3.9×10－71.3m＝3.0×10－7m故增透膜厚度d＝14λ′＝7.5×10－8m.[答案](1)3.9×10－7m(2)7.5×10－8m光的衍射和光的偏振现象[例2](1)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是_________现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是________现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是________现象．(2)凡是波都具有衍射现象，而把光看做直线传播的条件是_____．要使光产生明显的衍射，条件是________．(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时，用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别是________．(4)如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明________________________．[思路点拨]解答此题应把握以下三点：(1)色散、衍射、干涉原理与现象的区别．(2)发生明显衍射的条件．(3)光的偏振的实验．[解析](1)肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象．(2)障碍物或孔的尺寸比波长大得多时，可把光看做沿直线传播；障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，可产生明显的衍射现象．(3)红光的中央亮纹比紫光宽，红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹比紫光远．(4)这个实验说明了光是一种横波．[答案]见解析