【物理】2019届二轮复习光的干涉、衍射和偏振现象学案（全国通用） 11页

第十四章 选修3-4‎ 本章考查的热点有简谐运动的特点及图象、波的图象以及波长、波速、频率的关系，光的折射和全反射，题型以选择题和填空题为主，难度中等偏下，波动与振动的综合及光的折射与全反射的综合，有的考区也以计算题的形式考查．‎ 复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的变化规律、振动与波动的关系及两个图象的物理意义，注意图象在空间和时间上的周期性，分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图；光和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，不可忽视任何一个知识点.‎ ‎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．‎ ‎1． 光的干涉 ‎(1)定义 两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象．‎ ‎(2)相干条件 只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波．‎ ‎2． 双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为.‎ ‎3． 薄膜干涉：利用薄膜 (如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同．‎ ‎4． 光的衍射 ‎(1)定义 光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．‎ ‎(2)发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．‎ ‎(3)衍射图样 ‎①单缝衍射 a．单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性．‎ b．白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．‎ ‎②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积．学 ‎ ‎③圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑．‎ ‎5．光的偏振 ‎(1)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振．‎ ‎(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，叫做偏振光．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．‎ 考点一 光的干涉现象的理解 ‎1、光的双缝干涉现象的理解 ‎（1）光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．‎ ‎（2）双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即.‎ ‎（3）用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．‎ ‎2、薄膜干涉现象的理解 ‎（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 ‎①单色光 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．‎ Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹．学 ‎ 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．Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．‎ ‎②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．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、两束振动情况相同的光源产生的光相互叠加时：‎ ‎(1)出现明条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即 ‎|PS1－PS2|＝kλ＝2k· (k＝0,1,2,3…)‎ 当k＝0时，即PS1＝PS2，此时P点处的明条纹叫做中央亮条纹．‎ ‎(2)出现暗条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于半波长的奇数倍，即 ‎|PS1－PS2|＝(2k＋1) (k＝0,1,2,3…)‎ ‎★典型案例★对下列现象解释不正确的是（ ）‎ A．图甲和泊松亮斑的原理一样 B．图乙和三棱镜色散的原理一样 C．图丙和利用光学技术检查镜面的平整程度的原理一样 D．图丁和偏振太阳镜的原理一样 ‎【答案】 A ‎【解析】‎ 考点：光的干涉和衍射；光的偏折；全反射 ‎【名师点睛】考查光的全反射与折射的区别，掌握光的干涉应用，注意光的干涉色散与折射色散不同；记住生活中常见的光学现象，并能用所学知识来解释．‎ ‎★针对练习1★下面是四种与光有关的事实：①白光通过棱镜在屏上呈现彩色；②雨后的天空出现彩虹；③肥皂泡的表面呈现彩色；④白光通过双缝在光屏上呈现彩色条纹其中，与光的干涉有关的是（　　）‎ A． ①② B． ①③ C． ②③ D． ③④‎ ‎【答案】 D ‎【解析】白光是复色光，而同一种玻璃对不同的单色光的折射率不同，故不同的单色光的入射角相同但经玻璃折射后的出射角不同即发生了色散，故折射的结果与光的干涉无关，‎ 雨后天空中的彩虹是光的色散现象，肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹，太阳光肥皂泡经过内外膜的反射后叠加，从而出现彩色条纹，这是光的干涉，白光通过双缝在光屏上呈现彩色条纹是光的干涉现象，综上所述，故D正确。学 ‎ ‎★针对练习2★某同学用单色光做双缝干涉实验时，观察到在条纹如甲图所示，改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是 A． 减小了单色光的波长 B． 减小了双缝之间的距离 C． 减小了光源到单缝的距离 D． 减小了双缝到光屏之间的距离 ‎【答案】 B 考点二 光的衍射现象的理解 ‎1．衍射与干涉的比较 两种现象 比较项目 单缝衍射 双缝干涉 学 ] 学 ]‎ 不同点 学, , ,X,X,K]‎ 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 学 ‎ 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 特别提醒　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，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．‎ ‎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，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．‎ ‎★重点归纳★‎ 光的干涉和衍射比较 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小得多 典型实验 杨氏双缝干涉实验 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 ‎★典型案例★下列属于光的衍射现象的是 A． 阳光照射到树叶上，在地面上形成圆形亮斑 B． 光照射细金属丝，在其后形成的阴影中有亮线 C． 在阳光照射下，肥皂泡呈现彩色条纹 D． 光照射到凸透镜上，在其后形成圆形亮斑 ‎【答案】 B ‎【点睛】绕过阻碍物继续传播的现象称为光的衍射；衍射条纹是明暗相同；阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑属于光的直线传播，而经凸透镜后形成的亮斑是光的折射现象．‎ ‎★针对练习1★如图，用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘，例如小分币，我们可以在光屏上看到的图样为下图中的（ ）‎ A． 　　B． 　　C． 　　D． ‎ ‎【答案】 B ‎【解析】用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘，会产生光的衍射现象，中央出现两点，图样为B所示；故选B. 学 ‎ ‎★针对练习2★一束激光照在一个很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在影的中心有一个亮斑，这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是 A． 圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象 B． 圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象 C． 圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象 D． 圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象 ‎【答案】 B 考点三 光的偏振现象的理解 ‎1． 偏振光的产生方式 ‎(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．‎ ‎(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．‎ 特别提醒　不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．‎ ‎2． 偏振光的理论意义及应用 ‎(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．‎ ‎(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．‎ ‎★重点归纳★‎ 自然光和偏振光的比较 自然光(非偏振光)‎ 偏振光 光的 ‎ 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 ‎★典型案例★（多选）如图所示，P是一偏振片，P的透振方向（用带箭头的实线表示）为竖直方向。下列入射光束照射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450角振动的光 ‎【答案】 ABD 分析：根据光的现象，只要光的振动方向不与偏振片的狭逢垂直，都能有光通过偏振片．‎ 点评：D选项容易漏选，其实题中另一侧能观察到光即可．‎ ‎★针对练习1★下列说法中正确的是（ ）‎ A． 托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波 B． 自然光斜射到玻璃、水面、木质桌面时，反射光和折射光都是偏振光 C． 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄 D． 麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由他又用实验证实电磁波的存在 ‎【答案】 B ‎【解析】‎ ‎★针对练习2★人们对光的认识经历了一个漫长的过程，下列有关对光的阐述中正确的是（ ）‎ A． 当一束光射到两种介质的分界面上时，一定会同时发生反射和折射现象 B． 光在水中的传播速度可能大于光在真空中的速度 C． 光的偏振现象说明光是一种横波 D． 光的干涉和衍射现象说明光是一种纵波 ‎【答案】 C ‎【解析】若光在界面上发生全反射现象，则没有折射现象发生，A错误；光在真空中的传播速度最大，在水中的传播速度小于在真空中的传播速度，B错误；偏振是横波的特点，光的偏振现象说明光是一种横波，C正确；光的干涉和衍射现象仅说明光具有波动性，D错误．学 ‎