（天津专用）2020届高考物理一轮复习 基础课34 光的干涉、衍射和偏振现象课件 新人教版

基础课34光的干涉、衍射和偏振现象-2-知识点一知识点二知识点三光的干涉1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被,出现亮纹,某些区域的光被,出现暗纹,且和互相间隔的现象叫作光的干涉现象。2.条件:两列光的,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。3.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的相干光,屏上某点到双缝的路程差是处出现亮条纹;路程差是半波长的处出现暗条纹。相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为。加强减弱加强减弱频率相等相同波长的整数倍奇数倍Δx=𝑙𝑑λ-3-知识点一知识点二知识点三4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度。前后表面相同-4-知识点一知识点二知识点三光的衍射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-5-知识点一知识点二知识点三2.衍射条纹的特点:(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较衍射类型单缝衍射圆孔衍射中央为亮且宽的条纹,两侧为的条纹,且越靠外,亮条纹的亮度,宽度①中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度越,宽度越;②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而明暗相间越弱越小明暗相间弱小减小-6-知识点一知识点二知识点三衍射类型单缝衍射圆孔衍射白光中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度、宽度的彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑,周围是不等间距的彩色的(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)。逐渐变暗逐渐变窄同心圆环不透明亮斑-7-知识点一知识点二知识点三光的偏振现象1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。2.偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个的方向振动的光。3.偏振光的形成:(1)让自然光通过形成偏振光。(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。4.光的偏振现象说明光是一种波。一切方向特定偏振片折射横-8-考点一考点二考点三光的双缝干涉(师生共研)1.明暗条纹的判断方法如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P'点的路程差为Δr=r2-r1。当Δr=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上P'处出现明条纹。当Δr=(2k+1)λ2(k=0,1,2,…)时,光屏上P'处出现暗条纹。2.条纹间距公式,对同一双缝干涉装置,光的波长越长,干涉条纹的间距越大。Δx=ldλ-9-考点一考点二考点三例1某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是()A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源B解析由公式知,光源到单缝距离不能影响条纹宽度,选项A错误;d减小时,Δx增大,选项B正确;l减小时,Δx减小,选项C错误;光的频率变高,波长变小,Δx变小,选项D错误。Δx=𝑙𝑑λ-10-考点一考点二考点三例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的距离之差为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,P点是亮条纹还是暗条纹?(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中的波长为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)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象。思维点拨根据折射定律和临界角知识求出两种光在真空中的波长,由路程差与波长的关系判断P点是亮条纹还是暗条纹;遮住其中一条缝,则出现单缝衍射现象。-11-考点一考点二考点三解析(1)设A光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n=𝑐𝑣得n=𝜆1𝜆2,得λ1=nλ2=6×10-7m。又光的路程差δ=2.1×10-6m,所以N1=𝛿𝜆1=3.5,即从S1和S2到P点的光的路程差δ是波长λ1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=1𝑛,得n=1sin37°=53,由此可知,B光在空气中的波长λ2为λ2=nλ介=5.25×10-7m,N2=𝛿𝜆2=4,可见用B光作光源,P点为亮条纹。(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹,但中央条纹最宽、最亮,两边条纹变窄、变暗。答案(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析-12-考点一考点二考点三方法规律双缝干涉中亮暗条纹分析步骤及注意的问题(1)一般解题步骤①由题设情况依λ空=nλ介,求得光在真空(或空气)中的波长。②由屏上出现亮、暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。③根据亮条纹的判断式Δr=kλ(k=0,1,2,…)或暗条纹的判断式Δr=(2k+1)(k=0,1,2,…),判断出k的取值,从而判断条纹数。(2)应注意的问题①λ空=nλ介可以根据c=λ空ν、v=λ介ν、n=三个式子推导得到。②两列光发生稳定干涉的条件是两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。λ2cv-13-考点一考点二考点三思维训练如图所示,在双缝干涉中,若用λ1=5.0×10-7m的光照射,屏上O点为中央亮条纹,屏上A点为第二级亮条纹所在处。若换用λ2=4.0×10-7m的光照射时,屏上O处是什么情况?屏上A处又是什么情况?-14-考点一考点二考点三解析屏上O点到双缝的距离之差,无论用何种光做实验,其距离差都是0,所以O处仍为亮条纹,此亮条纹为中央亮条纹。设屏上A点到双缝的距离差为Δx,因用λ1=5.0×10-7m的光照射时,A处为第二级亮条纹,有Δx=2λ1,设对λ2的入射光来说Δx=kλ2,故Δx=2λ1=1×10-6m=kλ2=k×4.0×10-7m有k=2.5,即Δx为的奇数倍,所以A处为暗条纹,则Δx=(2n+1)(n=0,±1,±2,±3,…),解得n=2,而n=0时为第一级暗条纹,因n=2,所以A处为第三级暗条纹。答案O处为亮条纹A处为第三级暗条纹𝜆22𝜆22-15-考点一考点二考点三薄膜干涉现象理解(自主悟透)1.形成原因如图所示,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。2.明暗条纹的判断方法两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr,等于薄膜厚度的2倍。在P1、P2处,Δr=nλ(n=1,2,3,…),薄膜上出现明条纹。在Q处,Δr=(2n+1)(n=0,1,2,3,…),薄膜上出现暗条纹。λ2-16-考点一考点二考点三思维训练(2018·山东潍坊模拟)登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消除的紫外线的频率为ν=8.1×1014Hz。(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是。(2)这种“增反膜”的厚度是多少?(3)(多选)以下有关薄膜干涉的说法正确的是()A.薄膜干涉说明光具有波动性B.如果薄膜的厚度不同,产生的干涉条纹一定不平行C.干涉条纹一定是彩色的D.利用薄膜干涉也可以“增透”-17-考点一考点二考点三解析(1)为了减少进入眼睛的紫外线,应使入射光分别从该膜的前、后两个表面反射后形成的反射光叠加后加强,从而使透射的紫外线减弱。(2)路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍,即x=2d=Nλ'(N=1,2,…),因此,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的12,紫外线在真空中的波长是λ=𝑐𝜈=3.7×10-7m。在膜中的波长是λ'=𝜆𝑛=2.47×10-7m,故膜的厚度至少是1.23×10-7m。(3)干涉和衍射都证明光具有波动性,如果薄膜厚度均匀变化,则干涉条纹一定平行,白光的干涉为彩色条纹,单色光的干涉则为该色光颜色,当膜的厚度为14波长时,两反射光叠加后减弱则会“增透”。答案(1)两反射光叠加后加强(2)1.23×10-7m(3)AD-18-考点一考点二考点三方法规律关于薄膜干涉的两点理解(1)薄膜干涉是由于光在薄膜前、后两个表面上反射的光引起的。一般来说,在不同厚度的薄膜上的光程差不同,所以同一厚度薄膜的两个表面反射的光发生干涉即形成同一条纹。(2)薄膜干涉中条纹间距与厚度变化快慢有关,厚度变化越快,条纹间距越小。-19-考点一考点二考点三光的衍射和偏振现象(师生共研)1.单缝衍射与双缝干涉的比较比较项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情况中央条纹最亮,两边变暗条纹清晰,亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹-20-考点一考点二考点三2.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通光源发出的光自然光通过起偏振器后的光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,且沿各个方向振动的光的强弱相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向(2)偏振光的应用:加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。-21-考点一考点二考点三例1如图所示的4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(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是()A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫答案解析解析关闭双缝干涉条纹是等间距的,而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外,两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小,因此1、3为双缝干涉条纹,2、4为单缝衍射条纹。双缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、暗条纹间距)Δx=𝑙𝑑λ,红光波长比蓝光波长长,则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距,即1、3分别对应于红光和蓝光。而在单缝衍射中,当单缝宽度一定时,波长越长,衍射越明显,即中央条纹越宽越亮,2、4分别对应于紫光和黄光。综上所述,1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是红、紫、蓝、黄,B正确。答案解析关闭B-22-考点一考点二考点三例2(多选)如图所示,P是偏振片,P的透振方向为竖直方向。下列四种入射光束中,照射P时能在P的另一侧观察到透射光的是()A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45°角振动的光答案解析解析关闭太阳光包含垂直传播方向向各个方向振动的光,当太阳光照射P时能在P的另一侧观察到偏振光,A正确;沿竖直方向振动的光能通过偏振片,B正确;沿水平方向振动的光不能通过偏振片,因为它们已经相互垂直,C错误;沿与竖直方向成45°角振动的光也能通过偏振片,D正确。答案解析关闭ABD-23-考点一考点二考点三思维训练(2018·浙江温州模拟)(多选)以下关于光学知识的叙述中,正确的是()A.甲图是著名的泊松亮斑图案,这是光的衍射现象B.乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的C.丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜,增透膜利用了光的偏振原理D.丁图是医学上的内窥镜,其核心部件光导纤维能传输光信号,是利用光的全反射答案解析解析关闭甲图是著名的泊松亮斑图案,这是光的衍射现象,A正确;乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的,从而导致偏折程度不同,进而出现色散现象,B正确;增透膜是利用光的干涉,将反射光相互减弱,从而增强透射,C错误;光导纤维束内传送图像,是利用光的全反射原理,D正确。答案解析关闭ABD