(共41张PPT)
第4节 光的偏振
第5节 激光与全息照相
第5章
2021
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标 思维导图
1.观察光的偏振现象,知道偏振光和自然光的区别,能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。(科学探究、物理观念)
2.知道激光的特点及其应用。(物理观念)
课前篇 自主预习
自主阅读
一、光的偏振
1.偏振现象
(1)偏振:横波只沿着某一个特定的方向振动的现象。
(2)偏振片和透振方向
偏振片是只让某一方向振动的光通过的一种光学元件。通常把这个透光方向称为偏振片的透振方向。
(3)光的偏振现象说明,光是一种横波。
(4)自然光
在垂直于传播方向的平面内,光波可沿任何方向振动,光振动在平面内的分布是大致均匀的,这样的光称为自然光。
(5)偏振光
①概念:在垂直于传播方向的平面内,只沿着某一个特定的方向振动的光。
②获得方法:a.自然光通过偏振片后就能获得偏振光。
让自然光通过偏振片后,只有振动方向与透振方向一致的光波才能完全通过,而振动方向与透振方向垂直的光波则完全不能通过。
b.自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光。
(6)起偏器和检偏器
用于获得偏振光的偏振片叫起偏器,用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫检偏器。
2.偏振现象的应用
(1)制作偏振镜,如观众戴上偏振镜观看立体电影;为了消除物体表面反射光的影响,在相机镜头前安装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,减弱了反射光进入镜头,使像更清晰。
(2)检查力的分布情况,如根据偏振光通过受力的塑料或玻璃时,偏振方向会变化,人们制作车辆、桥梁模型来检查它们的受力分布情况,为设计和制作提供重要参数。
二、激光与全息照相
1.激光及其特性
激光是原子受激辐射产生的光,激光光束中所有光子的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致,所以激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点。
2.激光的应用
(1)激光音乐喷泉
(2)激光扫描条形码
(3)激光测量
(4)激光治疗
3.全息照相
全息照相是应用光的干涉实现的。作为光源的激光被分成两部分:一部分通过凹透镜发散后射至胶片上;另一部分射向一个平面镜,经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍摄的物体。该物体把光反射到胶片上,并与第一束光发生干涉,两束光干涉的结果就在胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息,这就是全息照片。
自我检测
1.正误判断
(1)自然光是偏振光。( )
答案 ×
(2)光的偏振现象说明光是横波。( )
答案 √
(3)激光是人工产生的相干光,其单色性好、相干性好。( )
答案 √
2.(多选)对于激光的认识,以下说法正确的是( )
A.普通光源发出的光都是激光
B.激光是自然界普遍存在的一种光
C.激光是一种人工产生的相干光
D.激光已经深入我们生活的各个方面
解析 普通光源不能产生激光,A错误;激光要通过人工控制才能产生,B错误,C正确;激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特点,已深入我们生活的各个方面,D正确。
答案 CD
课堂篇 探究学习
探究一
自然光和偏振光的比较
情境探究
在观看立体电影时,观众要戴上特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。如果不戴这副眼镜,银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么
要点提示 立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向一致的光才能通过。
知识归纳
1.振动方向比较
自然光在垂直于光的传播方向的平面内,沿所有方向振动;偏振光在垂直于光的传播方向的平面内,沿某一特定的方向振动。
2.经过偏振片时现象比较
如图甲,自然光通过偏振片后变成偏振光,后面的屏是明亮的,转动偏振片时,偏振光的振动方向随之变化,但屏上亮度不变。
甲
如图乙、丙,偏振光经过偏振片时,若光的振动方向与偏振片的透振方向平行,屏是亮的;若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直,屏是暗的;若既不平行也不垂直,屏的亮度介于两者之间,随着振动方向与透振方向的夹角变大,亮度逐渐变暗。
3.自然光、偏振光产生方式的比较
太阳、电灯等直接发出的光是自然光;自然光经偏振片后都是偏振光。
不论是自然光还是偏振光,传播方向与振动方向一定垂直。
典例剖析
例题1(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
解析 自然光沿各个方向振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有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,则选项A错误;它通过偏振片A后,即变为偏振光,则选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,在P处看不到光亮,即选项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处可看到光亮,选项D正确。
答案 BD
规律方法 对偏振光的理解
(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光,透射光的偏振方向与偏振片的放置有关,但光的强度与偏振片的方向无关。
(2)偏振光通过偏振片时,透光的强度与偏振方向和偏振片方向的夹角大小有关。
变式训练1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
解析 白炽灯光是自然光,包含各个方向的光,且各个方向的光强度相等,所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同,故A点光的强度不变;白炽灯光经偏振片P后为偏振光,此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q,因此在旋转P时B点的光强有变化,选项C正确。
答案 C
探究二
激光及应用
情境探究
激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”,那么,激光切割是利用了激光的什么特点来完成的
要点提示 激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
知识归纳
1.激光的产生
激光是物质的原子受激辐射产生的光,其光束内所有光子的频率、相位、偏振方向、传播方向都一致。
2.激光的特点
(1)单色性好,相干性好。激光是很好的单色光源和相干光源。
(2)方向性好。从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而相同条件下,探照灯的光束能扩展到几十米范围。
(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,是目前最亮的光源。
典例剖析
例题2让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,就可以读取光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用了激光的( )
A.平行度好,可以会聚到很小的一点上
B.相干性好,可以很容易形成干涉图样
C.亮度高,可以在很短的时间内集中很大的能量
D.波长短,很容易发生明显的衍射现象
解析 激光的平行度好,容易会聚成一个很小的光点,让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理,还原出声音或图像,只有选项A正确。
答案 A
变式训练2(多选)关于激光,下列说法正确的是( )
A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光
B.自然界中某些天然物体也可以发出激光
C.激光可以像刀子一样切除肿瘤
D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象
解析 激光是用人工方法激发的一种特殊的光,具有很强的相干性,故选项A正确;普通光源发出的光是自然光,故选项B错误;医用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量强等特点切除肿瘤,故选项C正确;激光是一种特殊的光,光的一切规律都可以直接应用于激光,故选项D错误。
答案 AC
当堂检测
1.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是( )
A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同
B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光
C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光
D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
解析 自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确。
答案 BD
2.光的偏振现象说明光是横波,下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化
B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光与折射光之间的夹角恰好是90°时,反射光是偏振光
C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹
解析 通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,与偏振无关,故选项D不符合题目要求。
答案 D
3.关于激光的应用问题,下列说法正确的是( )
A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中进行传递信息
B.计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
解析 光纤通信主要利用激光的相干性,故选项A错误;计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好,故选项B错误;医疗中的激光“光刀”利用了激光亮度高的特点,故选项C正确;激光测距利用激光的平行性好,故选项D错误。
答案 C
4.关于自然光和偏振光,下列观点正确的是( )
A.自然光能产生干涉和衍射现象,而偏振光却不能
B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光
C.自然光只能是白色光,而偏振光不能是白色光
D.自然光和偏振光都能使感光底片感光
解析 振动沿各个方向均匀分布的光是自然光,而振动沿着特定方向的光是偏振光,但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射,所以A错;光的偏振现象并不罕见,除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的很多光,都是偏振光,所以B错;光的颜色由光的频率决定,与光的振动方向无关,所以C错;自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,D正确。
答案 D
5.在拍摄日落时水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是( )
A.减弱反射光,从而使景物的像清晰
B.增强反射光,从而使景物的像清晰
C.增强透射光,从而使景物的像清晰
D.减弱透射光,从而使景物的像清晰
解析 由于反射光的干扰,景物的像常常比较模糊,装上偏振片的目的是减弱反射光,且透振方向与反射光的振动方向垂直,但不能增强透射光。
答案 A
6.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像的信息
解析 激光是人造光,也是偏振光,故A错误;激光相干性好,只有频率相同的两束激光才会发生干涉,故B错误;用激光照射不透明挡板上小圆孔时,光屏上能观测到衍射条纹,间距不相等,故C错误;激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息,故D正确。
答案 D
7.应用激光平行性好的特性,可以精确地测量距离。对准目标发射一个极短的激光脉冲,测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔,就可以求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲,测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s,月球到地球的距离大约是多少
解析 真空中的光速c=3.0×108 m/s,
从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t=2.56 s,月球与地球距离为:
答案 3.84×105 km(共37张PPT)
第3节 光的衍射
第5章
2021
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标
1.观察光的衍射现象,知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件。(科学探究、物理观念)
2.初步了解衍射对分辨本领的影响和衍射光栅。(科学思维)
3.能用衍射知识对生活中的现象进行分析和解释。(科学思维)
思维导图
课前篇 自主预习
自主阅读
一、衍射现象
1.定义
光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射。
2.分类
(1)圆孔衍射:图样为明暗相间的圆环。
(2)单缝衍射:(单色光)图样为明暗相间的条纹,中央条纹最宽。
(3)边缘衍射:图样为明暗相间的条纹。
(4)泊松亮斑:影的中心有亮斑。
3.光的明显衍射的条件
只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时,衍射才是明显的。
二、衍射对分辨本领的影响
1.光学仪器的分辨本领:是指将两个相互靠近的物体的像分离开来的能力。
当一个物体的像的中心刚好落在另一个物体像的边缘时,这两个像刚好能被分辨。
2.光学显微镜和望远镜等光学仪器的分辨本领:
(1)其透镜相当于小圆孔,透镜直径越小,产生的衍射现象越明显,分辨本领就越低。
(2)增大放大率不能提高分辨率。
三、衍射光栅
1.定义
在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线,或者在玻璃片上刻上许多均匀的细槽。因为它有类似栅栏的形状,所以被称为衍射光栅。衍射光栅可分为透射光栅和反射光栅。
2.图样的特点
(1)在接收屏上得到的光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。
(2)光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多。
3.应用
(1)科学实验和技术应用中的重要光学器件。
(2)制作光谱仪中的分光器:复色光经过光栅后会彼此分开。
自我检测
1.正误判断
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的。( )
答案 ×
(2)所有光都能发生衍射现象。( )
答案 √
(3)日常生活中很难看到光的衍射现象是因为一般物体的线度都比光的波长大得多的缘故。( )
答案 √
(4)多缝干涉的结果使光栅衍射的宽度比单缝衍射时更宽。( )
答案 ×
2.关于衍射,下列说法正确的是( )
A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B.只有光能够发生衍射现象
C.一切波都很容易发生明显的衍射现象
D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
解析 衍射图样是复杂的光波的叠加现象,一切波(包括机械波)都能发生衍射,但要发生明显的衍射,需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件,故A正确、B、C、D错误。
答案 A
3.点光源照在一个剃须刀片上,在屏上形成了它的影子,其边缘较为模糊,原因是( )
A.光的反射 B.光强太小
C.光的干涉 D.光的衍射
解析 在剃须刀片边缘有部分光绕过障碍物进入到阴影中去,从而看到影子的边缘模糊,光绕过障碍物偏离直线传播是光的衍射现象。
答案 D
课堂篇 探究学习
探究一
三种衍射图样的比较
情境探究
一单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上,可观察到的图像是下图中的哪一个 为什么
要点提示 A。因为单缝衍射时,中央亮条纹最宽、最亮,两侧依次变窄、变暗,这是单缝衍射条纹的特征。
知识归纳
1.单缝衍射图样的特点
(1)中央条纹最亮、越向两边越暗;中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄。
(2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。
(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关。入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。
(4)用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽、最亮。
2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环。
(2)圆孔衍射的图样特征
①单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外,圆(亮)环亮度越低。
②白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,周围是彩色圆环。
3.圆板衍射
(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物,会发现在影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,如图丙所示。
丙
(2)形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
典例剖析
例题1对于单缝衍射现象,下列说法正确的是( )
A.缝的宽度d越小,衍射条纹越亮
B.缝的宽度d越小,衍射现象越明显
C.缝的宽度d越小,光的传播路线越接近直线
D.入射光的波长越短,衍射现象越明显
解析 单缝宽度越小,衍射条纹的亮度越小,选项A错;入射光的波长越长,单缝宽度越小,衍射现象越明显,选项B对,选项C、D错。
答案 B
规律方法 对衍射现象的理解
(1)衍射现象是否明显方面:入射光波长越长,障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小,衍射现象越明显。
(2)衍射条纹的亮度方面:小孔和狭缝的尺寸越小,衍射条纹的亮度越小。
探究二
单缝衍射和双缝干涉的比较
情境探究
在光的干涉和衍射实验中均可观察到明、暗相间的条纹,下列四幅图样中哪幅为双缝干涉图样,哪幅为单缝衍射图样
要点提示 a为双缝干涉图样;b、d为单缝衍射图样。
知识归纳
单缝衍射与双缝干涉的比较
名称 单缝衍射 双缝干涉
不 同 点 产生条件 只要狭缝足够小,任何光都能发生 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度 条纹宽度不等,中央最宽 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 中央条纹最亮,两边变暗 条纹清晰,亮度基本相等
相 同 点 成因 都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果
意义 都是波特有的现象,表明光是一种波
光波的波长越长,干涉条纹、衍射条纹的宽度都变大。
典例剖析
例题2关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是( )
A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原理
B.白光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的
C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一点
D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果
解析 光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象,都是光波叠加的结果,白光的干涉条纹是彩色的,白光的衍射条纹也是彩色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。
答案 D
规律方法 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:双缝干涉的条纹是等宽的,条纹间的距离也是相等的;而单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄。
(2)根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。
变式训练(多选)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验,比普通光源效果更好,图像更清晰。如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是( )
A.当做单缝实验时,光强分布图如乙所示
B.当做单缝实验时,光强分布图如丙所示
C.当做双缝实验时,光强分布图如乙所示
D.当做双缝实验时,光强分布图如丙所示
解析 当做单缝实验时,中间亮条纹最亮,两侧亮条纹亮度逐渐降低,且亮条纹的宽度不等,所以其光强分布如题图乙所示,A项正确,B项错误;当做双缝实验时,在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布如题图丙所示,C项错误,D项正确。
答案 AD
当堂检测
1.观察单缝衍射现象时,把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm,看到的现象是( )
A.衍射条纹的间距逐渐变小,衍射现象逐渐不明显
B.衍射条纹的间距逐渐变大,衍射现象越来越明显
C.衍射条纹的间距不变,只是亮度增强
D.以上现象都不会发生
解析 观察衍射图样发现:狭缝的宽度逐渐变小,衍射现象越来越明显,衍射条纹间距变大。本题是缝宽增大,所以选项A正确。
答案 A
2.(多选)关于光栅,下列说法正确的是( )
A.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变窄
B.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变宽
C.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变暗
D.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变亮
答案 AD
3.(多选)对于光的衍射现象的定性分析,下列说法正确的是( )
A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光波长还要小的时候,才能产生明显的衍射现象
B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论
D.光的衍射现象说明了光具有波动性
解析 光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性,而小孔成像说明光沿直线传播,而要出现小孔成像,孔不能太小,光的直线传播规律只是近似的,只有在光的波长比障碍物小很多的情况下,光才可以看成是直线传播的,所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的,它们是在不同条件下出现的两种现象,故上述选项中正确的是A、B、D。
答案 ABD
4.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到( )
A.黑白相间的直条纹
B.黑白相间的弧形条纹
C.彩色的直条纹
D.彩色弧形条纹
解析 白炽灯发出的是复色光,其中各种色光的波长不同,产生的衍射条纹间距不同,各单色光相互叠加,成为彩色直条纹。
答案 C
5.一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条缝挡住,让这束红光只通过一条缝,则在光屏上可以看到( )
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是亮条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央亮条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的亮条纹
D.无条纹,只存在一片红光
解析 本题一开始告诉我们产生了干涉现象,说明两缝都很窄,能够满足使红光发生明显衍射的条件,挡住一条缝后,在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现亮条纹,但衍射图样中央亮条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹;干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。只有选项B正确。
答案 B
6.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是( )
A.这里应用的是光的衍射现象
B.这里应用的是光的干涉现象
C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗
D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细
解析 当障碍物的尺寸与波的波长相当或小于波的波长,会发生明显的衍射现象,该装置的原理是应用光的衍射现象,如果屏上条纹变宽,则金属丝变细。故A、D正确,B、C错误。
答案 AD(共28张PPT)
第2节 科学测量:用双缝干涉测光的波长
第5章
2021
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标 思维导图
1.会调节各个仪器共轴,单、双缝平行。(科学探究)
2.能正确安装、使用测量头,会读数。(科学探究)
3.会用“累积法”测量微小距离,进而测量亮条纹间距,光的波长。(科学探究)
课前篇 自主预习
自主阅读
一、实验目的
1.用双缝干涉实验装置测量光的波长。
2.学习测量微小距离的方法。
二、实验原理
三、实验器材
双缝干涉仪(包括:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃光屏等)、测量头(包括:分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。
四、实验步骤
1.观察双缝干涉图样
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃光屏依次安放在光具座上,如图所示。
(2)接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。
(3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝
平行,两者间距5~10 cm,这时可观察白光的干涉条纹及图样的特点。
(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。看条纹色彩、间距的变化、相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等。
2.测量单色光的波长
(1)安装测量头,调节至清晰观察到干涉条纹。
(2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,将该条纹记为第n条亮纹,则相邻两亮条纹间距
五、数据处理
1.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。
2.将测得的l、d、Δy代入λ= Δy,求出光的波长。重复测量、计算,求出波长的平均值。
3.换用不同颜色滤光片,重复实验。
六、误差分析
1.光波的波长很小,Δy、l的测量对波长λ的影响很大。
2.在测量l时,一般用毫米刻度尺;而测Δy时,用千分尺且采用“累积法”。
3.多次测量求平均值。
七、注意事项
1.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。
2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸轻轻擦去。
3.安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且竖直,间距大约5~10 cm。
4.调节的基本依据:照在像屏上的光很弱。主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。
5.测量头在使用时,应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心。
6.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行靠近。
自我检测
正误判断
(1)单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源。( )
答案 ×
(2)双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源。( )
答案 √
(3)光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹。( )
答案 ×
(4)在光屏上能看到光的干涉图样,但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生。( )
答案 ×
课堂篇 探究学习
探究一
对实验装置及原理的考查
典例剖析
例题1在用双缝干涉测光的波长实验中(实验装置如图):
(1)下列说法错误的是 。(填选项前的字母)
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条
(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm。
解析 (1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距Δx= ,选项C正确。故选A。
(2)主尺读数是1.5 mm,螺旋读数是47.0×0.01 mm,因此示数为1.970 mm。
答案 (1)A (2)1.970
探究二
实验数据处理和误差分析
典例剖析
例题2在用双缝干涉测光的波长实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),并选用缝间距d=0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离l=700 mm。然后,接通电源使光源正常工作。
甲
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图乙(b)中游标尺上的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数x2= mm。
乙
丙
(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx=
mm;这种色光的波长λ= nm。
答案 (1)15.02 (2)2.31 6.6×102
当堂检测
1.(多选)某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于( )
A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大
B.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
解析 光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项A、C正确。
答案 AC
2.(多选)某同学按实验装置安装好仪器后,观察光的干涉现象,获得成功。若他在此基础上对仪器的安装有如下改动,则仍能使实验成功的是( )
A.将遮光筒的光屏向靠近双缝的方向移动少许,其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动
C.将单缝向双缝移动少许,其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动
解析 干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果,双缝后面的区域处处存在光,所以移动光屏或改变单缝与双缝间距,条纹仍然形成,故A、C正确;将滤光片移至单缝和双缝之间,照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源,故B正确;将单缝与双缝的位置互换,失去了产生干涉的条件,故D错误。
答案 ABC
3.双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离l1=100 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1= mm,对准第4条时读数x2=
mm。
(2)写出计算波长λ的表达式,λ= (用符号表示),λ= m。
解析 (1)读数x1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm。(共53张PPT)
第1节 光的干涉
第5章
2021
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标
1.通过实验观察,认识光的干涉现象。理解光是一种波,干涉是波特有的性质。(科学探究、物理观念)
2.明确光产生干涉的条件。(科学思维)
3.理解干涉的原理、干涉条纹形成的原因及特点,能够利用明暗条纹产生的条件解决相应的问题。(科学思维)
4.理解薄膜干涉实验的原理、现象、应用。(科学思维)
思维导图
课前篇 自主预习
自主阅读
一、光的干涉及其产生条件
1.干涉现象
两束光相遇时,如果满足一定的条件,就会产生干涉现象,在屏上出现
明暗相间的干涉条纹。
2.相干条件
要使两列光波相遇时产生干涉现象,两列光波必须具有相同的频率和
振动方向,还要满足相位差恒定。
3.结论
干涉是波特有的一种现象,光具有波的特性。
二、光的双缝干涉公式
1.杨氏双缝干涉实验
1801年,英国物理学家托马斯·杨首次在实验室成功进行了光的双缝干涉实验。
2.双缝干涉实验的过程
让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两条狭缝相距很近。如果光是一种波,狭缝就成了两个波源,它们的频率、相位和振动方向总是相同的。两波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,发生干涉现象;来自两个光源的光在一些位置相互加强,在另一些位置相互削弱,在屏上得到明暗相间的条纹。
3.出现亮(或暗)条纹的条件
(1)亮条纹的条件
如果两列光波到达某点时,路程差Δr为波长的整数倍,即满足Δr=±nλ(n=0,1,2,3,…)时,这两列光波互相加强,在那里就出现亮条纹。
(2)暗条纹的条件
如果两列光波到达某点时,路程差Δr为半个波长的奇数倍,即满足
4.双缝干涉条纹间距公式
在双缝干涉实验中,相邻两条亮条纹或暗条纹中心间距Δy= 。式中,λ为光波的波长,d为双缝间距离,l为双缝到光屏的距离。
三、薄膜干涉及其应用
1.薄膜干涉
由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象。
2.干涉原理
竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚、上面薄,因此在膜上不同位置,来自前后两个面的反射光所走的路程差不同。在某些位置,光波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了暗条纹。
3.应用举例
(1)劈尖干涉是一种劈形空气薄膜干涉,可用于平面平整程度检查;
(2)在照相机、望远镜等高质量的光学仪器中,在其镜头的表面镀上透明的增透膜,用来增加透射光的能量。
自我检测
1.正误判断
(1)两只完全相同的灯泡发出的光能产生干涉现象。( )
解析 不符合相干光源的条件,因此不能产生干涉现象。
答案 ×
(2)水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果。( )
答案 √
(3)如果两列光波到达某点时,路程差为波长的整数倍,这两列波互相加强,在那里就出现亮条纹。( )
答案 √
(4)在干涉条纹中,相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是相等的。( )
答案 √
(5)薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的。( )
答案 ×
2.关于薄膜干涉,下列说法正确的是( )
A.干涉条纹的产生是光在膜的前、后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B.干涉条纹中的暗条纹是A项中所述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等
D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧观察
解析 薄膜前、后两个面反射的光波的光程不同,在一些地方,波峰(波谷)与波峰(波谷)相遇,相互加强,出现亮条纹;在另一些地方,波峰(波谷)与波谷(波峰)相遇,相互削弱,出现暗条纹,故选项A正确,选项B错误;干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜是理想的劈尖干涉,即薄膜厚度是均匀变化的,故选项C错误;人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果,因此人应与入射光在同一侧观察,故选项D错误。
答案 A
课堂篇 探究学习
探究一
双缝干涉实验原理透析
情境探究
波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的,是波的特性。产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等、振动方向相同、相位差恒定的两列波,干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和“减弱区”。在1801年英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象,这对研究光的本性提供了什么样的帮助作用
要点提示 光的干涉现象的发现,从实验的角度证实光是一种波。
知识归纳
1.双缝干涉实验的装置示意图:实验装置如图所示,有光源、单缝、双缝和光屏。
(1)单缝屏的作用:获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况。
(2)双缝屏的作用:平行光照射到单缝S上,又照射到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动方向相同、相位差恒定的相干光。
2.屏上某处出现亮、暗条纹的条件:频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致,即振动方向总是相同;暗条纹处振动步调总是相反。
具体产生亮、暗条纹的条件:
(1)亮条纹产生的条件:屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即
n=0时,PS1=PS2,此时P点位于屏上的O处,为亮条纹,此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。n为亮条纹的级次。
(2)暗条纹产生的条件:屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1-PS2|=(2n+1)· (n=0,1,2,3,…),n为暗条纹的级次,从第1级暗条纹开始向两侧展开。
双缝干涉的条件必须是相干光源,且双缝间的间距必须很小。
典例剖析
例题1双缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为6×10-7 m的橙光做实验时,光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是( )
A.P和P1都是亮条纹
B.P是亮条纹,P1是暗条纹
C.P是暗条纹,P1是亮条纹
D.P和P1都是暗条纹
解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P的路程差为零,因此P处是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P处都是中央亮纹中心。而P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,则两列光波到达P1时的振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1-P1S2|=600 nm=
λ紫,则两列光波到达P1时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项B正确。
答案 B
规律方法分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤
(1)明确光在真空(或空气)中的波长。
(2)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。
(3)根据明条纹的判断式Δr=±nλ(n=0,1,2,…)或暗条纹的判断式Δr=±(2n+1)(n=0,1,2,…),判断出n的取值,从而判断条纹数。
变式训练1(多选)线光源a发出的光波长为480 nm,线光源b发出的光波长为672 nm,则( )
A.用a做双缝实验,屏上与双缝距离差为s1=1.68 μm的P处将出现暗纹
B.用b做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.68 μm的P处将出现亮纹
C.用a做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.44 μm的Q处将出现亮纹
D.用b做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.44 μm的Q处将出现亮纹
解析 题中两光源发出的光的半波长分别为
可见,用a、b两光源做双缝实验时,屏上P处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍,均为暗纹,故选项A正确,B错误;用a做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差恰等于半波长的偶数倍,Q处应为亮纹,选项C正确;用b做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差不等于半波长的偶数倍,选项D错误。
答案 AC
探究二
双缝干涉图样的特点
情境探究
如图所示,几种单色光的双缝干涉图样,请问:
(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗
(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗
要点提示 (1)相等。(2)不一样。
知识归纳
1.相邻明条纹(或暗条纹)间的距离Δy与入射光波长λ之间的定量关系推导
如下图所示,双缝间距d,双缝到屏的距离l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为y的一点P,两缝与P的距离PS1=r1,PS2=r2。在线段PS2上作PM=PS1,则S2M=r2-r1,因d l,三角形S1S2M可看作直角三角形。则:
2.单色光的干涉图样
(1)若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等。
(2)用不同的单色光做双缝干涉实验,得到的条纹之间的距离不一样,但都是明暗相间的单色条纹。由Δy= λ知,红光波长最长,Δy最大,紫光波长最短,Δy最小。
3.白光的干涉图样
若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的。这是因为:
(1)从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹。各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。
(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的亮条纹间距宽度最大,紫光的亮条纹间距宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹。
双缝干涉的相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的。
典例剖析
例题2如图甲为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时,在屏上观察到的条纹情况,a为中央亮条纹,丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况,a'为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长,紫光的波长最短。则以下说法正确的是( )
A.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长
B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长
C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短
D.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短
解析 根据双缝干涉图样的特点,入射光的波长越长,同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大。由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长,因此A正确,B、C、D错误。
答案 A
规律方法 对干涉条纹间距的理解
干涉条纹间距是两个相邻的同类条纹中线间的距离,既可以是两相邻亮条纹中线间的距离,也可以是两相邻暗条纹中线间的距离。
变式训练2关于光的干涉,下列说法正确的是( )
A.在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B.在双缝干涉现象中,把入射光由波长较长的红光换成波长较短的紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽
C.在双缝干涉现象中,将绿光换为红光,相邻两个亮条纹间距将变宽
D.在双缝干涉现象中,入射光为白光时得到的彩色条纹为内红外紫
解析 在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,故选项A错误;入射光的波长越长,相邻两个亮条纹的间距越大,故选项B错误,C正确;由于各色条纹间距不同,且红光条纹最宽,紫光条纹最窄,故除中间条纹外,前几条彩色条纹应为内紫外红,越往外由于重叠严重,没有明显干涉条纹,只是看到彩光,选项D错误。
答案 C
探究三
薄膜干涉现象及其应用
情境探究
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同 如果用白光做实验情况又会如何
要点提示 灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成。如果用白光做实验,肥皂膜上会出现彩色条纹。
知识归纳
1.薄膜干涉的成因及特点
(1)形成原因
①由薄膜的前、后表面的反射光叠加而成明、暗相间条纹。
②如果膜的厚度为h,折射率为n,前、后表面的反射光的路程差为2h。若满足2h为膜中波长的整数倍时,该处出现亮条纹;满足2h为膜中半波长的奇数倍时,该处出现暗条纹。
(2)特点:因为在同一水平高度处,薄膜的厚度相同,从前、后两表面反射的光的路程差均相同,如果此时两反射光互相加强,则此高度水平方向各处均加强,因此,明暗相间的干涉条纹应为水平方向。
2.应用
(1)等倾法检查平面平整度
如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光照射时,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气厚度相同的地方,两列波的路程差相同,两列波叠加时互相加强或减弱的情况相同,因此若被测面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测平面不平整。
(2)增透膜
①原理:为了减少光学装置中的反射光的损失,可在元件表面涂一层透明薄膜,一般是氟化镁。如图所示,在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波,相互叠加,当路程差为半波长的奇数倍时,在两个表面反射的光产生相消干涉,反射光的能量几乎等于零。透射光的能量得到加强。
②厚度:一般取最小厚度d满足2d= λ(此波长为光在该种介质中的波长)。
③特征:由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相消。因为人对绿光最敏感,一般选择对绿光起增透作用的膜,所以在反射光中绿光强度几乎为零,而其他波长的光并没有完全抵消,尤其是与绿光波长相差较大的紫光,所以增透膜呈现淡紫色。
典例剖析
例题3图甲为用薄膜干涉检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。若待检板的上表面平整,则当平行的单色光照射到标准板上时,可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。若观察到的条纹如图乙所示,则说明待检板的上表面( )
A.有一个凸起的圆台
B.有一个凹陷的圆坑
C.有一个沿ab方向凸起的高台
D.有一个沿ab方向凹陷的沟
解析 由薄膜干涉原理知,如果被检玻璃板表面是平整的,则干涉条纹疏密均匀,薄膜同一厚度处出现同一条纹,相邻干涉条纹的光程差等于入射光的波长。从图乙所示情况来看,明条纹向左弯曲,说明弯曲处光程差与该条纹上其他位置的光程差相同,因此弯曲处比原薄膜厚,即玻璃表面向下凹陷,选项A、C不正确。如果有一个沿ab方向凹陷的沟,那么所有条纹都应向同一方向弯曲,因此不是选项D所说的情况。本题正确选项为B。
答案 B
技巧点拨这类题目要抓住“任意一条明(或暗)条纹所在位置下面的薄膜厚度相等”进行判断。
变式训练3劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。
现将甲图装置中的纸片增加一张,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,则条纹( )
A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失
解析 根据形成明条纹的条件可知,相邻明条纹对应的路程差等于入射光的波长。增加一张纸片,样板的倾角变大,要使相邻明条纹对应的路程差仍等于入射光的波长,则样板上条纹间的距离将会减小,即干涉条纹将变密。
答案 B
当堂检测
1.关于薄膜干涉,下列说法正确的是( )
A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象
B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象
C.厚度均匀的薄膜,会形成干涉条纹
D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在薄膜的同一侧
解析 当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两面反射回来的光波的光程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。要形成明暗相间的条纹,只有在薄膜厚度不均匀时才会出现,但对薄膜的形状没有要求,因此选项A、B错误。当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但能发生干涉现象,如果是复色光照射,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些颜色的光因干涉而加强,减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,这时会看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但没有形成干涉条纹,故选项C错误。由薄膜干涉中相干光的来源可知,干涉的区域应在入射光一侧,因此选项D正确。
答案 D
2.两盏普通白炽灯发出的光相遇时,我们观察不到干涉条纹,这是因为( )
A.两盏灯亮度不同 B.灯光的波长太短
C.两灯光的振动情况不同 D.电灯发出的光不稳定
解析 一般情况下,两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的,由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的。
答案 C
3.在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),已知红光与绿光频率、波长均不相等,这时( )
A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失
B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮
解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相等,利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率不等,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹,但因有红光和绿光通过双缝照到屏上,所以屏上有光亮,故只有选项C正确。
答案 C
4.(多选)a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示,若只将a光换成b光照射同一干涉仪,形成的光的干涉图样如图乙所示。则下述正确的是( )
A.a光的频率较大
B.b光的频率较大
C.a光的波长较大
D.b光的波长较大
解析 由干涉图样可知a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距,所以有λa>λb,选项C正确,D错误;根据f= 得fa答案 BC(共16张PPT)
本章整合
第5章
2021
内容索引
01
02
知识网络体系构建
重点题型归纳整合
知识网络体系构建
本章知识属于物理光学范畴,包括光的干涉、衍射、偏振和激光的特点及其应用。
思考并回答下列问题:
频率相同、相位差恒定、振动方向相同
明暗相间的条纹
路程差是波长的整数倍
路程差是半波长的奇数倍
障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小
一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮
偏振光
相干性好、单色性好、方向性好、亮度高
重点题型归纳整合
一、光的干涉
1.产生干涉的条件:两列频率相同、相位差恒定、振动方向相同的光。
2.产生亮暗条纹的条件:当Δs=kλ时出现亮条纹;当Δs=(2k+1) 时出现暗条纹(其中k=0,1,2,…)。
3.双缝干涉图样的特点:单色光照射时为间距相同的明暗相间的条纹,白光照射时为彩色条纹。
5.薄膜干涉
(1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在光源这一侧干涉形成的。
(2)肥皂薄膜上同一条纹上的点厚度相同,所以实验得到的条纹为横条纹。
例题1下图为双缝干涉实验,甲图为用绿光照射时的结果,a为中央亮条纹,a'为相邻亮条纹;乙图为换用另一种单色光照射的结果,a为中央亮条纹,a'为相邻亮条纹,两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离相等,以下说法正确的是( )
A.乙图可能是用红光照射,表明红光波长较长
B.乙图可能是用紫光照射,表明紫光波长较长
C.乙图可能是用紫光照射,表明紫光波长较短
D.乙图可能是用红光照射,表明红光波长较短
解析 由题图知甲图中条纹间距大,由Δy= λ可知,在l和d相同的情况下,Δy大,则λ大,所以乙图中所用单色光波长较短,因紫光比绿光波长短,故选项C正确。
答案 C
变式训练(多选)在用双缝干涉测量光的波长实验中,为使光屏上相邻的条纹间距增大些,可采取的措施是( )
A.换用缝距大些的双缝片
B.换用缝距小些的双缝片
C.适当调大双缝与屏的距离
D.适当调小双缝与屏的距离
解析 根据相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距表达式Δy= λ可知,减小d值和增大l值都能达到增大条纹间距的目的。
答案 BC
二、几何光学与光的本性的结合
几何光学和光的本性(例如干涉、衍射等)结合点是折射率n和光的频率f,n和f间虽然不存在公式关系,但它们的大小存在对应关系:频率f越大,折射率n越大,再由c=λf找出与波长的关系,由波长关系可联系双缝干涉、光的衍射等现象的应用。如表所示。
各种色光特性的比较
例题2(多选)半圆形玻璃砖横截面,AB为直径,O点为圆心。在该界面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖,两入射点到O点的距离相等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示,则a、b两束光( )
A.在同种均匀介质中传播,a光的传播速度大
B.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角大
C.从同一介质以相同的入射角射向空气,若a光不能进入空气,则b光也不能进入空气
D.分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距大
解析 由于两束光的入射点到O点的距离相等,因此它们在半圆边界上的入射角相同,由于b光发生全反射,而a光能够折射,说明b光的全反射临界角小于a光的全反射临界角,由n= 可知,b光在介质中的折射率大于a光的折射率,b光的频率比a光的频率高,由v= 可知,在同种介质中a光的传播速度大,故A项正确;以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射程度大,折射角小,故B项错误;由于b光全反射临界角小,故C项正确;通过同一双缝干涉装置,频率低的波长长,干涉条纹间距大,故D项正确。
答案 ACD
