【物理】2019届一轮复习人教版光的波动性激光学案 9页

第57讲　光的波动性　激光 考情剖析 考查内容 考纲要求 考查年份 考查详情 能力要求 光的干涉、衍射和偏振 激光的特性及应用 Ⅰ ‎14年 T12B(1)—选择，考查双缝干涉实验中观察到的条纹与光源双缝、光屏之间距离的关系 ‎16年 T12B(2)、(3)—填空，考查双缝干涉实验中观察到的条纹与光源双缝、光屏之间距离的关系 ‎,理解 知识整合 一、光的干涉 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．定义：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现______纹，某些区域相互减弱，出现______纹，且加强和减弱的区域相间．‎ ‎2．现象：若是单色光干涉，在光屏上______条纹，中央为______条纹．若是白光干涉，在光屏上出现______条纹，中央为______条纹．‎ ‎3．意义：光的干涉现象表明光是一种______．‎ ‎4．条件：光的干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源．(相干波源的______必须相同)．‎ 形成相干波源的方法有两种：‎ ‎(1)利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)；‎ ‎(2)设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等)．‎ ‎5．双缝干涉中，屏上某一位置，亮纹、暗纹的判定 ‎(1)亮纹：双缝到屏上某点的光程差等于波长的______倍，即ΔS＝nλ(n＝0，1，2，…)．‎ ‎(2)暗纹：双缝到屏上某点的光程差等于半波长的______倍，即ΔS＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)．‎ ‎6．应用双缝干涉测波长 ‎(1)测量的原理如图所示．‎ ‎(2)测量所用的规律：Δx＝λ，其中各符号的意义：相邻亮纹(暗纹)间的距离为________，双缝到屏的距离为________，双缝间距为________，光波的波长为________．‎ ‎7．薄膜干涉 ‎(1)现象：当光照射到薄膜上时，可以看到在薄膜上出现明暗相间的条纹．当入射光是白光时，得到彩色条纹(如肥皂泡)，当入射光是单色光时，得到单色条纹．‎ ‎(2)相干光源的获得：参与薄膜干涉的两列光是分别从薄膜的________表面和________表面反射出来的两列光．‎ ‎(3)应用：用薄膜干涉可以检查工件表面是否平整，在透镜表面涂上增透膜以增大透射光．‎ 二、光的衍射 ‎1．光的衍射：光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象．‎ ‎2．发生明显衍射现象的条件是__________________________________．‎ ‎3．衍射图样 ‎(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．‎ ‎(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．‎ ‎(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板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．应用：衍射光栅根据________原理制成，广泛应用于样品的化学分析、鉴定、标准化测量．利用光栅摄谱，可以探寻原子、分子的内部结构，可以揭示太阳、星星的物质成分．‎ 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________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．‎ 四、激光具有的特点、产生机理及其应用 ‎1．特点 ‎(1)激光的________好；‎ ‎(2)激光的________非常好；‎ ‎(3)激光的________度非常高；‎ ‎(4)激光的________性很好．‎ ‎2．应用 ‎(1)激光是人工产生的相干光可应用于光纤通信．‎ ‎(2)激光的平行度非常好，可应用于激光测距测速．‎ ‎(3)激光亮度高、能量大，可应用于切割物体、焊接金属，医学上应用激光刀做外科手术，另外，利用激光可引起核聚变．‎ 方法技巧考点1　干涉区域内产生的亮、暗纹 相邻亮纹(暗纹)间的距离Δx＝λ∝λ.用此公式可以测定单色光的波长．用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎【典型例题1】　(16年江苏高考)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同．如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”、“B”或“C”)点会出现暗条纹．‎ ‎【典型例题2】　在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源，如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则(　　)‎ ‎ A．不再产生干涉条纹 ‎ B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变 ‎ C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移 ‎ D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移 ‎　1.(多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　 甲　　　　　　　　　　乙 ‎ A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 ‎ B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 ‎ C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 ‎ D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的 考点2　光的偏振　激光 光的偏振充分说明光是横波，只有横波才有偏振现象．‎ 除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是偏振光．‎ 例如自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，使反射光与折射光的夹角是90°，这时反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直．‎ ‎【典型例题3】　如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧．旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是(　　)‎ ‎ A．A、B均不变 ‎ B．A、B均有变化 ‎ C．A不变，B有变化 ‎ D．A有变化，B不变 ‎　2.关于光的偏振现象，下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ A．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同 ‎ B．自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光 ‎ C．光的偏振现象说明光是一种纵波 ‎ D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用 ‎【典型例题4】　激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用的叙述正确的是(　　)‎ ‎ A．激光是纵波 ‎ B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同 ‎ C．两束频率不同的激光能产生干涉现象 ‎ D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 当堂检测　　1.(多选)下列属于光的干涉现象的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　A　　　　　　　　B ‎　　　　　　C　　　　　　　　D ‎2．(16年南通、泰州、扬州、淮安二模)2016年，科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据．关于激光，下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ A．激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光 ‎ B．激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉 ‎ C．用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环 ‎ D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图象的信息 ‎3．下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ A．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果 ‎ B．用光导纤维束传送图象信息，这是光的衍射的应用 ‎ C．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的干涉现象 ‎ D．照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱 ‎4．如图所示的四种明暗相间的条纹，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(黑色部分表示亮纹)．则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)‎ 第4题图 ‎ A．红　黄　蓝　紫 B．红　紫　蓝　黄 ‎ C．蓝　紫　红　黄 D．蓝　黄　红　紫 ‎5．如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里出现的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”、“变窄”或“不变”)．‎ 第5题图 第57讲　光的波动性　激光 知识整合 基础自测 一、1.亮　暗　2.明暗相间　明　彩色　白　3.波　4.频率　5.(1)整数　(2)奇数 ‎6．(2)Δx　L　d　λ　7.(2)前　后 二、2.障碍物(或孔)的尺寸跟波长差不多，甚至比波长还小 ‎4．光的衍射 三、1.横波 四、1.(1)相干性　(2)平行度　(3)亮 ‎(4)单色 方法技巧 ‎·典型例题1· 频率　C　【解析】　产生光的干涉的前提是频率相等．波峰与波峰或者波谷与波谷相叠加振动加强，所以A、B点出现明条纹，波峰与波谷叠加振动减弱，所以C点出现暗条纹．‎ ‎·典型例题2·D　【解析】　本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移．‎ ‎·变式训练1·AC　【解析】　牛顿环的相干光源来源于平板玻璃、凸薄透镜之间形成厚度不均匀的空气膜的前后表面，属于薄膜干涉．相干光源也可以说是来源于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光．A正确．由于透镜是曲线的，空气膜厚度不均匀变化，所以干涉条纹是不等间距的．C正确．‎ ‎·典型例题3·C　【解析】　白炽灯光为自然光，经过P后为偏振光．在A处看到的偏振光亮度不变；在B处看到的光线亮度一会儿由强变弱，一会儿由弱变强．故选C.‎ ‎·变式训练2·B　【解析】　自然光是在垂直于传播方向的上沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同，偏振光沿各个方向振动的光波的强度不同．A错误．自然光在水面反射时，反射光和折射光的振动方向不同，都是一定程度的偏振光．B正确．光的偏振现象说明光是一种横波．C错误．照相机的增透膜，使得反射光发生干涉从而使其减弱，是光的干涉现象，故D错误．‎ ‎·典型例题4·D　【解析】　激光是横波，选项A错误；激光在不同介质中的波速不同，由λ＝可以判断选项B错误；发生干涉现象的条件是两束光必须为频率相同的相干光，选项C错误；利用激光平行度好的特点，可以通过光的反射测量激光往返所用的时间，达到测量月球到地球距离的目的，选项D正确．‎ 当堂检测 ‎1．BC　【解析】　图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是BC.‎ ‎2．D　【解析】　激光是人造光，也是偏振光，故A错误；激光相干性好，但必须频率相同两束激光才能发生干涉，故B 错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到不等间距的光环，故C错误；激光全息照片是利用光的干涉现象，故D正确．‎ ‎3．D　【解析】　A项太阳光通过三棱镜，由于各种单色光的折射率不同，而发生色散现象形成彩色光谱．故A错误．‎ B项用光导纤维束传送图象信息是利用光在纤维中不停地发生全反射进行传递信息．故B错误．C项当光通过狭缝时，若缝的尺寸与光的波长相当，则会发生明显的衍射现象．故C错误．D项照相机、望远镜的镜头表面镀一层增透膜，从膜的前表面和玻璃表面反射的光出现叠加，光程差是半个波长，则相互减弱，从而增加投射能力，故D正确．故选D.‎ ‎4．B　【解析】　从图样可以看出从左数第1、3个图为干涉图样，由Δx＝λ可知，从左数第1个图为红光的干涉图样，第3个图为蓝光的干涉图样；第2、4个图为衍射图样，且第4个图衍射明显，故第4个图应为黄光的衍射图样，故选B.‎ ‎5．暗条纹　变宽　【解析】　当到双缝的距离差为半波长的奇数倍时，出现暗条纹，7.95×10－7＝3×，所以应出现暗条纹；根据Δx＝λ，随着波长变长，条纹间的距离变宽．‎