(共14张PPT)
第5章 光的干涉 衍射 偏振
条件频率相同,相位差恒定
分束法:设法把一个光源发出的光分成两列而获得相干光源
单色光的双缝干涉:等间距明暗相间的条纹4y
现象
复色光的双缝干涉
光的干涉
薄膜干涉
光
检查光学元件表面
应用增透膜
测量光波波长
牛顿环
条件:发生明显衍射的条件、直线传播与衍射
衍射偏振
光的衍射
单缝衍射:明暗(彩色)相间、宽度不均匀的条纹
现象圆孔衍射:环状纹
圆屏衍射:环状纹、泊松亮斑
光动沿各个方向均匀分布的光叫做自然光
光的偏振光振动只沿某一特定方向的光叫做偏振光
光的偏振现象证明光是一种横波
激光是一种人工产生的相干光
应用
激光激光的平行度非常高
全息照相
激光的亮度高
知识体系·网络构建
宏观把握·理清脉络
专题归纳,整合提升
归纳整合·深度升华本章优化总结
对光的干涉、衍射的理解
1.两者的产生条件不同：产生干涉的条件是两列光波频率相同，振动方向相同，相位差恒定；产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还要小.
2.图样特点不同：单色光双缝干涉产生的是等间距、明暗相间且亮度基本相同的条纹；单缝衍射产生的是中央最宽、最亮，其他窄且暗的明暗相间条纹，并且各相邻条纹间距不等.
3.波长对条纹间距的影响：无论是双缝干涉还是单缝衍射，所形成的条纹间距和宽度都随波长增加而增大，对于双缝干涉，相邻明纹或暗纹间距为Δy＝λ.
4.两者成因相同，都是波特有的现象，属于波的叠加.
表面附有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样，则（ ）
A.两者都是色散现象
B.两者都是干涉现象
C.前者是干涉现象，后者是色散现象
D.前者是干涉现象，后者是衍射现象
[解析] 光线照射到透明玻璃片的表面时，光线在油膜的前后表面分别反射，形成薄膜干涉，可在照射面前边看到彩色的条纹；同时，部分光线进入玻璃在玻璃中反射，有部分光线从边缘出来，玻璃片的边缘相当于棱镜，发生色散，可从玻璃片的旁边看到彩色图样，选项C正确.
[答案] C
用双缝干涉测量光的波长
1.光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹.
2.若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δy表示，则入射光的波长为λ＝.实验中d是已知的，测出l、Δy即可测出光的波长λ.
3.注意事项
（1）调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；
（2）放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上；
（3）调节测量头时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数.两次读数之差就表示这两条条纹间的距离；
（4）不要直接测Δy，要测几个条纹的间距，然后计算得Δy，这样可减小误差；
（5）白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外侧.
在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图所示.
（1）以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：
A.灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B.干涉条纹与双缝垂直
C.干涉条纹疏密程度与双缝间距有关
D.干涉条纹间距与光的波长有关
以上几点中你认为正确的是 .
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图所示，该读数为 mm.
（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图所示.则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值 （选填“大于”“小于”或“等于”）实际值.
[解析] （1）为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，由Δx＝λ可知，条纹的疏密程度与双缝间距离、光的波长有关，所以A、C、D选项正确.
（2）固定刻度读数为0.5 mm，可动刻度读数为20.2，所以测量结果为0.5 mm＋20.2×0.01 mm＝0.702 mm.
（3）测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，由几何知识可知测量头的读数大于条纹间的实际距离.
[答案] （1）ACD （2）0.702 （3）大于
双缝干涉测量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.
（2）相邻两亮条纹中心间距Δx＝＝.由Δx＝λ可得λ＝Δx·＝
＝ m
≈6.762×10－7 m.
答案：（1）2.190 7.870
（2） 6.762×10－7
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4章末过关检测（五）
（时间：60分钟，满分：100分）
一、单项选择题（本题共6小题，每小题6分，共36分，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确）
1.在下面几种有关光的现象中，不属于光的干涉的是（ ）
A.在水面的油膜上看到彩色条纹
B.通过游标卡尺两测脚间的狭缝，观看与狭缝平行的线光源时，看到彩色条纹
C.光通过照相机镜头上的增透膜
D.白光通过双缝后，在光屏上出现彩色条纹
解析：选B.由光的干涉和衍射的知识可以知道，A、C、D都是光的干涉，而B是光的衍射.
2.下列说法中正确的是（ ）
A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽
B.只有当障碍物或小孔尺寸小于波的波长时才能发生明显的衍射现象
C.两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，质点P的位移始终最大
D.超声仪器使用超声波而不用普通声波，是因为超声波容易发生衍射
解析：选A.红光波长大于绿光波长，所以红光干涉条纹比绿光的宽，A正确.波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多，B错误.两列水波干涉时，在P点两列波峰相遇，则P点是振动加强点，但不是P点位移始终最大，C错误.超声波的波长比普通声波小，不容易发生衍射，D错误.
3.如图所示，光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转换成水的内能.真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是（ ）
A.光的直线传播 B．光的粒子性
C.光的干涉 D．光的衍射
解析：选C.真空玻璃管上采用镀膜技术，利用的是从镀膜前后表面反射回的光相互叠加，增加透射光的强度，故该技术运用了光的干涉原理.
4.激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理.用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距.实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏的距离l以及相邻两条亮纹间距Δx.若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ）
A.v＝ B．v＝
C.v＝ D．v＝
解析：选B.两缝间距d＝v·Δt，由Δx＝·λ得v＝，B正确.
5.如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则（ ）
A.λa<λb，na>nb B．λa>λb，naC.λa<λb，naλb，na>nb
解析：选B.一束光经过三棱镜折射后，折射率小的光偏折较小，而折射率小的光波长较长.所以λa>λb，na6.虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可利用白光照射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示.M、N、P、Q点的颜色分别为（ ）
A.紫、红、红、紫 B．红、紫、红、紫
C.红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红
解析：选A.七色光中红光的折射率最小，紫光的折射率最大，故经玻璃球折射后红光的折射角较大，由玻璃球出来后将形成光带，而两端分别是红光和紫光，根据光路图可知M、Q点为紫光，N、P点为红光，故选A.
二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分）
7.在下面几种有关光的现象中，说法正确的是（ ）
A.在竖立的肥皂膜上看到彩色条纹是光的干涉现象
B.光的波长比孔或者障碍物的尺寸小得多时，能发生衍射现象
C.对于单缝衍射，波长一定时，缝越窄，中央明纹越窄，且亮度越暗
D.观众要戴上一副特制的眼镜看立体电影是利用了光的偏振现象
解析：选ABD.竖立肥皂膜上的彩色条纹是白光经薄膜干涉后的结果，A正确.光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多时，能发生衍射现象，只是不明显，B正确.发生单缝衍射时，波长一定，缝越窄，中央明纹越宽，但亮度越暗，C错误.立体电影的拍摄与观看都是利用了光的偏振，D正确.
8.用单色光做双缝干涉实验，下述说法中正确的是（ ）
A.相邻干涉条纹之间的距离相等
B.中央明条纹的宽度是两边明条纹宽度的2倍
C.屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D.在步骤装置不变的情况下，红光的条纹间距大于蓝光的条纹间距
解析：选AD.对于单色光通过双缝产生的干涉图样，相邻的两条亮纹（或暗纹）间的距离是相等的，屏与双缝之间的距离越小，条纹间的距离越小，单色光产生的条纹间的距离随着波长的增大而增大，由于红光波长较蓝光长，所以红光的条纹间距较蓝光大.或者根据公式判断：相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离Δy＝λ，其中d表示两个缝间的距离，L表示缝到屏的距离，λ表示光的波长，故选AD.
9.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（ ）
A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样利用了光的衍射现象
C.光导纤维传递信息利用了光的全反射现象
D.光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象
解析：选CD.检查光学平面的平整程度是利用了薄膜干涉现象，故选项A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用了色散现象，故选项B错误；光导纤维传递信息是利用了全反射现象，故选项C正确；增透膜利用了光的薄膜干涉现象，故选项D正确.
三、非选择题（本题共3小题，共46分.按题目要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
10.（14分）某同学用如图甲所示的实验装置，做《用双缝干涉测光的波长》的实验，他用带有游标尺的测量头（如图乙所示）测量相邻两条亮条纹间的距离Δy.转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮条纹）的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示，读数用y1表示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，读数用y6表示.则图丙的示数y1＝ mm；则图丁的示数y6＝ mm.如果实验中所用的双缝间的距离d＝0.20 mm，双
缝到屏的距离L＝60 cm，则计算波长的表达式λ＝ （用d、L、y1、y6表示）.根据以上数据，可得实验中测出的光的波长λ＝ m.
解析：由题图丙可知y1＝0.15 mm，
由题图丁可知y6＝8.95 mm，
所以Δy＝＝1.76 mm，
由λ＝可得λ＝＝5.9×10－7 m.
答案：0.15 8.95 5.9×10－7
11.（16分）用波长未知的单色光做双缝干涉实验，若两缝间的距离为1 mm，缝到屏的距离为1 m，第20级亮条纹中心在中央亮条纹（零级亮条纹）中心上方1.178 cm处，则该单色光的波长是多少？
解析：d＝1 mm＝1×10－3 m，L＝1 m，则相邻两亮条纹的中心距离为Δy＝＝ m＝5.89×10－4 m，
因为Δy＝λ，
故λ＝Δy＝×5.89×10－4 m＝5.89×10－7 m＝589 nm.
答案：589 nm
12.（16分）如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？说明理由.
（1）在单色自然光源S后加一偏振片P.
（2）在（1）情况下，再加P1、P2，P1与P2透振方向垂直.
解析：（1）到达S1、S2的光是从同一偏振光分解出来的，它们满足相干条件，故能看到干涉条纹.
（2）由于从P1、P2射出的光透振方向相互垂直，不满足干涉条件，若P1和P2中有一个与P的透振方向垂直，在光屏上也没有其中之一的光波，两振动方向相互垂直的光不能产生干涉现象，故不能看到与双缝平行的干涉条纹.
答案：见解析
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