2019年高考物理一轮复习第十六章光与电磁波相对论简介第2讲光的波动性学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 2 讲 光的波动性 板块一 主干梳理 夯实基础 【知识点 1】 光的干涉 1条件和方法 (1)两列光的 频率 相同，相位差恒定，才能产生稳定的干涉现象。 (2)将同一列光分为两列光，可以获得相干光源。双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源。 2双缝干涉 (1)原理如图所示。 (2)明、暗条纹的条件 单色光 a光的路程差 r2 r1 k (k 0,1,2?) 光屏上出现明条纹。 b光的路程差 r2 r1 (2k 1) 2 (k 0,1,2?) 光屏上出现暗条纹。 白光：光屏上出 现 彩色 条纹。 (3)条纹间距公式： x ld 。 3薄膜干涉 (1)原理：薄

2、膜厚度上薄下厚，入射光在薄膜的同一位置的来自前后两个面的反射光 路程差 不同，叠加后出现明暗相间的条纹。 (2)应用 增透膜。 利用光的干涉检查工件平整度。 (3)图样特点：同双缝干涉，同一条明 (或暗 )纹对应薄膜的 厚度 相等。 【知识点 2】 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 相差不多 ，甚至比光的波长 还小 的时候，衍射现象才会明显。 2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

3、 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 亮斑 (在阴影外还【 精品教育资源文库 】 有不等间距的明暗相间的圆环 )。 【知识点 3】 光的偏振现象 1偏振 横波在 垂直 于传播方向的平面上，只沿 某一特定 的方向的振动。 2自然光 太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿 一切方向 振动的光，而且沿各个方向振动的 光波的强度都相同，这种光叫做自然光。 3偏振光 在 垂直 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 横波 。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 【知识点 4】 实验：用双缝干涉

4、测光的波长 1实验目的 (1)观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 (2)测定单色光的波长。 2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 ld 。 3实验器材 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。 4实验步骤 (1)安装仪器。 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上。 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)观察记录与数据处理。 调单缝与双缝间

5、距为 5 10 cm 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 条明条纹的中心，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 条明条纹中心对齐时，记下手轮上的读数 a2，则相邻两条纹间的距离 x |a1 a2|n 1 。 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离 l，由公式 dl x 计算波长。 【 精品教育资源文库 】 换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间距的变化，测量相应色光的波长。 5注意事项 (1)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

6、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，应使分划板中心刻度线和条纹的中心对齐，记录此时 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，记下这时手轮的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。 (4)不要直接测量相邻两条纹的间距 x，测量间隔若干个条纹的间距，计算得到相邻两条纹的平均间距 x，这样可以减小误差。 (5)观察白光的干涉，看到的是彩色条纹，中央为白色亮条纹。 板块二 考点细研 悟法培优 考点 1 光的干涉、衍射 对比分析 1单缝衍射与双缝干涉的比较 2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 ，

7、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。 例 1 (多选 )如图所示，甲、乙为单色光通过狭缝后形成的明暗相间的两种条纹图样。下列选项中说法正确的【 精品教育资源文库 】 是 ( ) A 甲为单缝衍射的图样 B乙为双缝干涉的图样 C甲为双缝干涉的图样 D乙为单缝衍射的图样 (1)从条纹的宽度和间距上如何区别双缝干涉和单缝衍射？ 提示： 双缝干涉：条纹宽度相等，相邻条纹间距也相等。单缝衍射：条纹宽度不等，中央最宽，相邻条纹间 距也不等。 (2)干涉条纹和衍射条纹的宽度与波长有何关系？ 提示： 波长越长

8、，产生的干涉条纹和衍射条纹越宽。 尝试解答 选 AB。 干涉条纹的特点是条纹宽度相等，且相邻条纹等间距，故乙图为干涉条纹， B 正确。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，故甲图为衍射条纹， A 正确， C、 D 都错误。 总结升华 区分光的干涉和衍射 (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。 跟踪训练 (多选 )下列说法正确的是 ( ) A用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理 B紫外线比红外线更容易发生衍射现象 C其他条件相

9、同，经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光的条纹宽度大 D光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的 E光的偏振现象说明光是一种横波 答案 ACE 解析 光导纤维传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理， A 正确。紫外线比红外线的波长更短，更不容易发生衍射现象， B 错误。其他条件相同，经同一双缝所得的干涉条纹，波长越长条纹越宽，红 光的波长比绿光的波长长，因此红光比绿光的条纹宽度大， C 正确。折射、衍射、干涉都可以引起光的色散现象， D 错误。偏振是横波所特有的，光的偏振说明光是一种横波， E 正确。 考点 2 光的双缝干涉 深化理解 1双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻明条纹或两相邻暗条纹

10、间距离与波长成正比，即 x ld 。 2用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。 【 精品教育资源文库 】 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 2.11 0 6 m，已知 A 光在折射率为 n 1.5 的介质中的波长为 410 7 m， B 光在某种介质中波长为 3.1510 7 m，当B 光从这种介质射向空气时，临界角为 37 ，分别用 A、 B 两种单色光在空气中用此装置做双缝干涉实验，问P 点是明条纹还是暗条纹？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

11、象。 (1)如何判定 P 点是明条纹还是暗条纹？ 提示： 光程差是半波长的奇数倍时是暗条纹，是偶数倍时是明条纹。 (2)如何判定是干涉还是衍射？ 提示： 双缝是干涉，单缝是衍射。 尝试解答 暗条纹 _明条纹 _仍 出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两侧明条纹逐渐变窄、变暗，相邻两条明条纹或暗条纹间距逐渐减小 。 设 A 光在空气中波长为 1，在介质中波长为 2，由 n cv得， n 12，则 1 n 2 610 7 m。又光的路程差 2.110 6 m， N1 1 3.5，即从 S1和 S2到 P 点的光的路程差 是波长 1的 3.5 倍，所以 P 点为暗条纹。用 B 光作光源，根据临界

12、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 2 n 介 5.2510 7 m， N2 2 4， P 点为明条纹。若用 A 光照射时，把其中一条缝遮住，光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽、最亮，两侧条纹逐渐变窄、变暗，相邻两条明条纹或暗条纹间距逐渐减小。 总结升华 双缝干涉中明暗条纹的分析步骤和应注意的问题 (1)一般解题步骤 由题设情况依 真 n 介 ，求得光在真空 (或空气 )中的波长。 由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹。 根据明 条纹的判断式 x k (k 0,1,2， ?) 或暗条纹的判断式 x (2k

13、 1) 2(k 0,1,2， ?) 判断出 k的取值，从而判断条纹数。 【 精品教育资源文库 】 (2)应注意的问题 真 n 介 可以根据 c 真 ， v 介 ， n cv三个式子推导得到。 两列光发生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。 相干光的获得方法。 a将一束光分成两束而获得，此法称为分光法。 b利用激光。 跟踪训练 2018 嘉峪关校级模拟 用氦氖激光器 进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离 d 0.1 mm，双缝到屏的距离 l 6.0 m，测得屏上干涉条纹中明纹的间距是 3.8 cm，则氦氖激光器发出的红光的波长 是多少？假如把整个装置放入折射率是 43的水中，这时屏上的明条纹间距是多少？ 答案 6.310 7 m 2.8510 2 m 解析 根据 x ld ，解得红光的波长为： dl x 0.110 36 3.810 2 m6.310 7 m。 红光在水中的波长： v cn n 所以 x ld xn 2.8510 2 m 故这时屏上的明条纹间距是 2.8510 2 m。 考点 3