2020届二轮复习光的干涉、衍射和偏振课件（23张） 23页

光 的干涉、衍射和 偏振 - 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 Δ x 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 - 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 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 (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 S 1 、 S 2 发出的光到屏上 P' 点的路程差为 Δ r=r 2 -r 1 。   当 Δ r=k λ (k=0,1,2, … ) 时 , 光屏上 P' 处出现明条纹。 当 Δ r=(2k+1) (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。 - 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 ,Δ x 增大 , 选项 B 正确 ; l 减小时 ,Δ x 减小 , 选项 C 错误 ; 光的频率变高 , 波长变小 ,Δ x 变小 , 选项 D 错误。 - 10 - 考点一 考点二 考点三 例 2 如图所示 , 在双缝干涉实验中 ,S 1 和 S 2 为双缝 ,P 是光屏上的一点 , 已知 P 点与 S 1 、 S 2 的距离之差为 2.1×10 -6 m , 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 -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 ° ; (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 (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 =n λ 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 Δ r=k λ (k=0,1,2, … ) 或暗条纹的判断式 Δ r=(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 ① λ 空 =n λ 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。 - 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 λ 1 =5.0×10 -7 m 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 λ 2 =4.0×10 -7 m 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 Δ x , 因用 λ 1 = 5 . 0 × 10 - 7 m 的光照射时 , A 处为第二级亮条纹 , 有 Δ x= 2 λ 1 , 设对 λ 2 的入射光来说 Δ x=k λ 2 , 故 Δ x= 2 λ 1 = 1 × 10 - 6 m =k λ 2 =k× 4 . 0 × 10 - 7 m 有 k= 2 . 5, 即 Δ x 为 的奇数倍 , 所以 A 处为暗条纹 , 则 Δ x= (2 n+ 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 - 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 Δ r, 等于薄膜厚度的 2 倍。 在 P 1 、 P 2 处 , Δ r=n λ (n=1,2,3, … ), 薄膜上出现明条纹。 在 Q 处 , Δ r=(2n+1) (n=0,1,2,3, … ), 薄膜上出现暗条纹。 - 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 =8.1×10 14 Hz 。 (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 答案 (1) 两反射光叠加后加强 　 (2)1 . 23 × 10 - 7 m 　 (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 - 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 (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 答案 解析 关闭 - 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