(共22张PPT)
第1节 光的干涉
学习目标：
1.通过双缝干涉现象的分析，认识光的干涉条纹特点及光的干涉条件．
2．理解薄膜干涉的原理及应用．
重点难点：
1.明暗条纹的产生条件及判断方法．
2．薄膜干涉现象的应用．
课标定位
第
1
节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、双缝干涉
1．史实
1801年，英国物理学家__________成功地观察到了光的干涉现象，证明了光的确是一种波．
2．实验
图5－1－1
托马斯·杨
如图5－1－1所示，让一束平行的__________投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是____的,两个波源发出的光在挡板后面的空间相互叠加.
3．现象
在屏上得到了__________的条纹．
二、出现明暗条纹的条件
当两个光源与屏上某点的_____差等于半波长的________时(即恰好等于波长的________时)，两列光在该点相互加强，该点出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的路程差等于半波长的________时，两列光在该点相互削弱，该点出现暗条纹．
红色激光
相同
明暗相间
路程
偶数倍
整数倍
奇数倍
三、计算波长的公式
相邻两条明条纹(或暗条纹)的间距为Δx＝ λ.(其中d为两缝间距，l为两缝到屏的距离，λ为光的波长)
四、薄膜干涉
1．原因：单色平行光射到肥皂泡液薄膜上，液膜的前后两个表面反射回来的两列光是________.
2．现象：(1)肥皂泡上出现__________的条纹或区域，不同波长的单色光照射，条纹间距_____.
(2)若用白光照射，液膜上出现__________.
3．光的干涉的应用
(1)利用薄膜干涉法检查平面的平整程度．
(2)利用双缝干涉实验可以测光的波长．
相干光
明暗相间
不同
彩色条纹
核心要点突破
一、对光的干涉的进一步理解
1．光的干涉现象及条件
(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域振动相互加强，出现亮纹，某些区域振动相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象．
(2)光的干涉条件：两列光波的频率相同、振动方向相同和相位差恒定．能发生干涉的两列光波称为相干波，如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源称为相干光源，相干光源可通过把同一束光分成两列来获得．
2．双缝屏的作用
平行光照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．
3．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的，即振动方向总是相同的，总是同时过最高点、最低点、平衡位置．暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为：
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1.从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为( )
A．手电筒射出的光不是单色光
B．干涉图样太细小看不清楚
C．周围环境的光太强
D．这两束光为非相干光源
解析：选D.两束光的频率不同，不满足干涉产生的条件：两束光是相干光源．
二、薄膜干涉的原理及应用
1．薄膜干涉原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置．前后两个面的反射光的路程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波相遇后被相互削弱，于是出现暗条纹．
2．应用：
图5－1－2
(1)等倾法检查平面平整度的原理：如图5－1－2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，从空气层的上、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，两列光波的路程差相同，两列光波叠加时相互加强或减弱的情况相同，因此若被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线，如果干涉条纹是弯曲的，就表明被测表面不平．
(2)被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法，即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹．让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被检板，头顶样板，在行走过程中：
图5－1－3
①若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下．(如图5－1－3中P点)
②若某处有一凸起，他要想过去，必向薄膜底部去绕，即条纹某处弯向薄膜底部方向时，该处必为一凸起．(如图5－1－3中Q点)
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2.如图5－1－4所示，是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源经滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的( )
图5－1－4
A．a的上表面和b的下表面
B．a的上表面和b的上表面
C．a的下表面和b的上表面
D．a的下表面和b的下表面
解析：选C.干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃之间的空气层．空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃板的上表面是否平整．因此选项C是正确的．
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干涉现象中亮、暗条纹的判断
例
在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光A、B垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？
图5－1－5
【自主解答】 如图5－1－5所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现明亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，S2到达波峰时，S1到达波谷，这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹．
单色光A的波长
【答案】 亮 暗
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本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
本章优化总结
知识网络构建
知识体系构建
专题归纳整合
对双缝干涉中亮、暗条纹的分析
例1
如图5－1所示，在某次双缝干涉实验中，Q处是中央亮条纹P往上数的第1条亮纹，已知从S1和S2发来的两束相干光到Q处的路程差是9×10－7m，则实验所用的单色光的频率是多少？第2条暗纹到两双缝的路程差为多少？
图5－1
【答案】 3.3×1014 Hz 1.35×10－6m
光的干涉和衍射的比较
1．双缝干涉和单缝衍射都是光的叠加的结果，只是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加．在双缝干涉实验中，光在通过其中的三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源．所以，一般现象中既有干涉又有衍射．
2．单缝衍射时，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光产生彩色条纹，且中央亮纹的边缘均呈红色．
3．干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹．只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮．
例2
指出下列现象中呈现彩色的原因
①浮在水面上的油膜；
②阳光照射下的肥皂泡；
③阳光照射下的露珠；
④眯着眼睛看太阳时．
【精讲精析】 浮在水面上的油膜和阳光照射下的肥皂泡的彩色是薄膜干涉的结果，由于阳光中不同频率的色光在膜的不同厚度的地方经膜的上下(或前后)两个表面反射产生加强和削弱，互相重叠形成彩色；
露珠在阳光照射下的彩色是由于水滴对不同频率的光折射率不同，产生色散而形成的；眯着眼睛看太阳时，眼睫毛相当于一个光栅，对阳光产生衍射，形成彩色条纹．
【答案】 见精讲精析
章末综合检测
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第2节 学生实验：用双缝干涉测量光的波长
学习目标：
掌握用双缝干涉测光的波长的实验原理并会测单色光的波长．
重点难点：
1.测单色光的波长的实验原理．
2．根据测量的数据计算波长．
课标定位
第
2
节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、实验目的
1．观察白光及单色光的干涉图样．
2．测定单色光的波长．
二、实验原理
光源发出的光经滤光片成为________，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹．
单色光
双缝间的距离
双缝
屏
四、实验步骤
1．按图5－2－1所示安装仪器．
图5－2－1
2．将光源中心、__________、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上．
单缝中心
3．使光源发光，在光源和单缝之间加红(或绿)色滤光片，让光通过单缝后的条形光斑恰好落在________，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜焦距观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)．
4．加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹,同时调节手轮，使________的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的______，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的_________.
双缝上
分划板
读数
条纹数n
核心要点突破
一、测量条纹间隔的方法
两处相邻明(暗)条纹间的距离Δx1用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图5－2－2甲所示．转动手轮，分划板会左、右移动．测量时，应使分划板中心刻线对齐明(暗)条纹的中心(如图5－2－2乙所示)，记下此时手轮上的读数x1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明(暗)条纹中心时，记下手轮上的读数xn，两次读数之差就是相邻两条明(暗)条纹间的距离．即Δx＝|xn－x1|.
图5－2－2
二、注意事项及误差分析
1．注意事项
(1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行．
(2)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上．
(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心．
(4)要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx.
(5)调节的基本依据是：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所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行．
2．误差分析
(1)①测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差．
②通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差．
(2)测条纹间距Δx带来的误差．
①干涉条纹没有调到最清晰的程度．
②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心．
③测量多条亮条纹间距离时读数不准确．
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对实验器材的考查
例1
(2011年浙江杭州高二检测)如图5－2－3所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的_______．
图5－2－3
A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏
B．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏
C．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏
D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏
对于某种单色光，为增加相邻亮纹(或暗纹)之间的距离，可采用的方法是(任写一种方法)________．
【答案】 C 增加双缝到屏的距离，也可以减小双缝间距
实验数据的处理及原理的应用
例2
(2011年北京西城区模拟)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5－2－4甲)，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．
图5－2－4
(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；
(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.
【精讲精析】 (1)主尺读数为15 mm，游标尺读数为1×0.02 mm＝0.02 mm，二者相加即可．
【答案】 (1)15.02 (2)2.31 6.6×102
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第3节 光的衍射与偏振
第4节 激 光
学习目标：
1.认识光的衍射现象和偏振现象，知道光波是一种横波．
2．知道光产生明显衍射的条件及衍射图样与波长、缝宽的定性关系．
3．了解激光的特性及其应用．
重点难点：
1.光发生明显衍射的条件．
2．衍射条纹的特点及影响中央条纹宽度的因素．
课标定位
核心要点突破
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知能优化训练
课前自主学案
课标定位
第3节
~
第4节
课前自主学案
一、光的衍射
1．单缝衍射现象
(1)当单缝_____时，光沿着直线方向通过单缝，在光屏上可以看到一条跟单缝(或圆孔)宽度相当的_____ ．
(2)把单缝调窄些，可以看到屏上亮线也随之_____ ．
较宽
亮线
减小
(3)当单缝调到很窄时，光通过单缝后就明显地偏离了__________方向，到达屏上以后，不再是一条很窄的亮线而是照到了相当宽的地方，并且出现了__________的条纹；再调小单缝，条纹也随之变得清晰、细小．
2．光的衍射
按直线传播应该出现_____的区域出现亮条纹或亮斑，应该出现______的地方出现暗条纹或暗斑的现象．
3．衍射图像：衍射时产生的_________或光环．
直线传播
明暗相间
阴影
亮区
明暗条纹
二、光的偏振
1．光的干涉和衍射现象说明光具有________，光的偏振现象说明光是_____．
2．偏振片：由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做__________．
3．线偏振光：光的__________限在一个平面内的光．
4．自然光：通常光源发出的光是由大量的、__________不同而互不相干的________光组成．
5．光的偏振现象证明光是___波．
波动性
横波
透振方向
振动方向
振动方向
线偏振
横
三、激光的特性及其应用
1．激光的特性体现在以下几个方面：强度大、__________、__________、__________、覆盖波段宽而且可调谐．
2．激光的应用：根据激光的特性，在工农科技及社会各方面有广泛应用，体现在以下几方面:激光加工、_____________、激光检测、__________、激光医学、激光照排光盘．
方向性好
单色性好
相干性好
激光全息照相
激光通信
核心要点突破
一、对衍射现象及图像特征的认识
1．衍射现象
当单色光通过很窄的缝或者很小的孔时，光离开了直线路径，绕到障碍物的阴影里，光所达到的范围会远远超过它沿直线传播所对应照明的区域，形成明暗相间的条纹或光环，这就是光的衍射现象．
2．产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸跟波长相近或比光的波长还小时，能产生明显的衍射．对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显．
3．常见三种衍射图像的比较
(1)单缝衍射图样的特点
①中央条纹亮而宽．
②两侧亮纹具有对称性，亮纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱．
③波长一定时，单缝较窄的中央条纹较宽，各条纹间距较宽；单缝宽度不变时，光波波长较长的中央条纹较宽，各条纹间距较宽．
④白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮纹的条纹内侧为紫色．
(2)圆孔衍射图样的特点
图5－3－1
①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小．如图5－3－1所示．
②用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越长，中央圆形亮斑的直径越大．
③同一种单色光，圆孔越小，中央亮斑半径越大，同时亮度越弱．
④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．
(3)障碍物的衍射特点
各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清．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．形成泊松亮斑时，圆形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，亮环或暗环间距随半径的增大而减小．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1.在一次观察光衍射的实验中，观察到如图5－3－2所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是(黑线为暗线)( )
图5－3－2
A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明的圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
解析：选D.图样为清晰的衍射图样，故B错；图样中心为亮斑，说明障碍物为D；若为A，则中央有一个小亮点，亮点外为大暗环；若为C，则图样为大暗斑，只是边缘稍模糊．
二、对偏振光的理解
1．自然光与偏振光的比较
自然光(非偏振光) 偏振光
光的
来源 直接从光源发出的光 ①自然光透过偏振片(起偏器)后的光；②自然光经过反射和折射后的光，如反射光和折射光的夹角为90°，则它们为偏振光
光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各方向振动的光强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向
2.获得偏振光的方法
(1)让自然光通过一块偏振片(起偏器)
(2)自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，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：(1)光的偏振现象表明光是一种横波．(2)平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外，绝大部分是偏振光．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2.关于自然光和偏振光，下列说法正确的是( )
A．自然光能产生光的干涉现象和衍射现象，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．自然光只能是白光，而偏振光不能是白光
D．自然光和偏振光都能使感光底片感光
解析：选D.自然光和偏振光都产生干涉和衍射，都能使感光底片感光，A错，D对；光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的光绝大部分都是偏振光，B错，光的颜色由光的频率决定，与光的偏振方向无关，C错．
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衍射现象的分析
例1
关于光的衍射现象，下列说法正确的有( )
A．只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，才会产生光的衍射现象
B．当光的波长大于障碍物尺寸时，完全不产生衍射现象
C．发生小孔衍射时，若减小小孔直径，条纹变亮
D．发生小孔衍射时，若略为增大小孔直径，条纹变亮
【精讲精析】 对A、B选项，没有很好地理解衍射的条件．光离开直线传播的路线进入障碍物的几何阴影里去的现象叫做光的衍射．任何障碍物都可以使光产生衍射，但当障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或小于光的波长时，将产生明显的衍射现象．现象明显了，才容易被观察到，所以衍射并不要求波长与障碍物或孔的尺寸一定相等．对选项C，没有正确理解产生明显衍射现象与衍射条纹亮度的关系，认为衍射越明显就是衍射条纹越亮，犯了想当然的错误．当发生小孔衍射时，孔径越小，衍射越明显(屏上衍射图样分布的范围越大)．但由于通过孔的光的能量少．故而图样将变暗．
【答案】 D
【方法总结】 光遇到任何障碍物时都产生衍射现象，只是明显程度不同；衍射现象明显与否，并不是指条纹是否明亮，小孔越小，衍射现象越明显，但由于通过小孔的光的能量少，故而图样将变暗．
光的偏振现象的分析
例2
两个偏振片紧靠在一起．将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象( )
A．透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零
B．透过偏振片的光强先增强，然后减小到非零的最小值
C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强
D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
【精讲精析】 起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过，偏振方向互相平行时，光强度最大，当一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的偏振方向会由垂直到平行再到垂直，所以透过的光强先增强，又减小到零．
【答案】 A
【方法总结】 (1)偏振片是由特殊材料制成的，其“狭缝”用肉眼不能看见，它只允许振动方向与“狭缝”平行的光波通过．通常把偏振光能完全通过的方向叫这个偏振片的偏振方向．(2)自然光与偏振光的区别一个是自然光在各方向上振动强度相同，而偏振光只在特定方向上振动，再就是必须知道反射光、折射光都是偏振光．
激光特性的应用
例3
如图5－3－3所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角i照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信号转变成电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化．
图5－3－3
知能优化训练
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