【物理】2018届一轮复习人教版光的干涉、衍射和偏振现象教案 5页

第 55 讲 光的干涉、衍射和偏振现象 【教学目标】 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件. 2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件. 3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 【教学过程】 ★重难点一、光的干涉★ 1．光的干涉 (1)明暗条纹的判断方法 ①单色光 a．如图所示，光源 S1、S2 发出的光到屏上 P 点的路程差 r2－r1＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏 上出现明条纹。 b．光的路程差 r2－r1＝(2k＋1) λ 2 (k＝0，1，2…)时，光屏上出现暗条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹。 ③中央条纹为明条纹。 (2)双缝干涉条纹是等间距的，相邻明条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比(装置已确定的 情况下)。利用双缝干涉实验可测量光波的波长。 (3)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 单色光 a．在 P1、P2 处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr 等于波长的整数倍，即Δr＝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Δr 等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1) λ 2 (n＝ 0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。 白光：薄膜上出现水平彩色条纹。 (4)薄膜干涉的应用 干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检 平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则 干涉条纹发生弯曲。 [典题 1] (2016·成都模拟)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 和 S2 距离之差为 2.1×10－6 m，今分别用 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 n＝1.5 的介质中波长为 4×10－7 m； (2)已知 B 光在某种介质中波长为 3.15×10－7 m，当 B 光从这种介质射向空气时,临界角为 37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)； (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。 【答案】 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析 【解析】 (1)设 A 光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由 n＝ c v＝ λ1 λ2得 λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m 根据路程差Δx＝2.1×10－6 m 所以 N1＝ Δx λ1＝ 2.1×106 m 6×107 m ＝3.5 由此可知，从 S1 和 S2 到 P 点的路程差Δx 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 sin C＝ 1 n得 n＝ 1 sin 37°＝ 5 3 由此可知，B 光在空气中波长λ3 为 λ3＝nλ介＝ 5 3×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m 所以 N2＝ Δx λ3＝ 2.1×10－6 m 5.25×10－7 m＝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。 ★重难点二、光的衍射★ 1.干涉和衍射的比较 内容 干涉 衍射 现象 在光重叠区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小 典型实验 杨氏双缝实验 单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射) 图 样 特 点 不 同 点 条纹 宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽 条纹 间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度 情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 2.对光的衍射的理解 ①干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显。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。 ②衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光 才可以看做是沿直线传播的。 3.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，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍 射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。 【典型例题】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 仪器和同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮条纹)。则属于蓝光的干涉图样的是 【答案】 C 【解析】 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，根据双缝 干涉条纹间距Δx＝ l dλ可知波长λ越大，Δx 越大，故左边第一个是红光，第三个是蓝光。单缝 衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故从 左向右依次是红光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)。以上分 析可知，故 A、B、D 错误，C 正确。 ★重难点三、光的偏振★ 1.自然光和偏振光的比较 自然光(非偏振光) 偏振光 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光 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 振动的光的强度相同 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。 【典型例题】（多选）如图所示，电灯 S 发出的光先后经过偏振片 A 和 B，人眼在 P 处迎 着入射光方向，看不到光亮，则( ) A．图中 a 光为偏振光 B．图中 b 光为偏振光 C．以 SP 为轴将 B 转过 180°后，在 P 处将看到光亮 D．以 SP 为轴将 B 转过 90°后，在 P 处将看到光亮 E．无论以 SP 为轴将 B 转过多大角度后，在 P 处都将看到光亮 【答案】BD 【解析】 自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定 方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，则 A 错误；它通过 A 偏振片后，即变为偏 振光，则 B 正确；设通过 A 的光沿竖直方向振动，P 点无光亮，则 B 偏振片只能通过沿水 平方向振动的偏振光，将 B 转过 180°后，P 处仍无光亮，C 错误；若将 B 转过 90°，则该 偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过 B，即在 P 处有光亮，D 正确，E 错误。