(共9张PPT)
第五章 光的波动性
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条件:两列波频率相等、相位差恒定、振动情况相同
干涉图样:单色光是明暗相间、均匀分布的条纹
明暗条纹的产生条件
Δr=Hλ,k=0,1,2…,出现明条纹
双缝干涉
Δr=(2k+1),k=0,1,2…,出现暗条纹
条纹间距Ax=入
实验:用双缝干涉测光的波长
光薄膜涉/用干涉法检查平面
增透膜的应用
波
发生明显衍射的条件:孔或障碍物尺寸可以与光的波长相比拟,甚至比光的波长还小
性光的衍射{行射图样:中央条纹最宽,两侧条纹变窄条纹间距不相等
单缝衍射圆孔衍射圆板衍射的特点
偏振光与自然光的区别
光的偏振获取偏振光的两种方法:(1)用偏振片;(2)让反射光与折射光垂直,则它们都成为偏振光
偏振现象说明它们都是横波
激光实验室里激发出的一种自然界中没有的光/点
应用
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·深度升华章末过关检测(五)
(时间：90分钟，满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1.以下说法正确的是( )
A．真空中蓝光的波长比红光的波长长
B．天空中的彩虹是由光干涉形成的
C．光纤通信利用了光的全反射原理
D．机械波在不同介质中传播，波长保持不变
解析：选C．红光的频率小于蓝光的频率，在真空中红光和蓝光的传播速度相同，由λ＝，得红光波长比蓝光波长长，故选项A错误.天空中的彩虹是水滴对不同色光的折射程度不同造成的，选项B错误.光纤通信利用了光的全反射原理，选项C正确.机械波在不同介质中传播时，其频率不变，但传播速度不同，由v＝λf知，波长也不同，选项D错误.
2.a、b两种单色光以相同的入射角从空气中射入介质中时，如图所示发现b的折射线更靠近法线，由此可判定( )
A．a比b更容易发生衍射现象
B．当光从介质射向空气中，a、b要发生全反射的临界角分别为Ca、Cb，则CaC．在介质中b的速度较大
D．单色光b的频率较低
解析：选A．由＝n可知b的折射率大于a的折射率.所以b的频率较大，a的频率较小，D错误.由频率大小进一步可知，a频率较小更容易发生衍射现象，A正确.由n＝可知介质中va>vb，C项错误.由sin C＝可知Ca>Cb，B错误.
3.下列对增透膜的叙述，不正确的有( )
A．摄影机的镜头涂上一层增透膜后，可提高成像质量
B．增透膜是为了增加光的透射，减小反射
C．增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的四分之一
D．增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的四分之一
解析：选D． 增透膜利用薄膜干涉中反射光互相抵消的特点起到使透射光增加的作用，因而可以提高成像质量，A、B两项正确；为达到反射相消，薄膜厚度为入射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜两表面分别反射的光正好抵消.
4.如图所示的4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(灰黑色部分表示亮纹).则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄
C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫
解析：选B．双缝干涉条纹平行等距，且波长越大，条纹间距越大，红光波长大于蓝光波长，故甲中为红光，丙中为蓝光；单缝衍射条纹是中间宽两边窄的平行条纹，且波长越大，中央明纹越宽，黄光波长比紫光波长大，故丁中图为黄光的衍射图样，乙中为紫光的衍射图样.故B正确.
5.表面附有油膜的透明玻璃片，当有白光照射时，可在照射面及玻璃片的边缘分别看到彩色图样，则这两者( )
A．都是色散现象
B．都是干涉现象
C．前者是干涉，后者是色散
D．前者是色散，后者是干涉
解析：选C．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.
6.下列说法正确的是( )
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．用光导纤维传送图像信息，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，这是光的偏振现象
D．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可使景物清晰
解析：选D．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，是由于不同色光在介质中折射率不同产生的色散现象，A错；用光导纤维传送图像信息是利用了光的全反射，B错；眯着眼睛看发光的灯丝时观察到彩色条纹是光的衍射现象，C错；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，滤去了水面的反射光，使景物清晰，D对.
7.一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.现在将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到( )
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些
B．与原来不同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的明条纹
D．无条纹，只存在一片红光
解析：选B．红光通过双缝时，产生了干涉现象，说明每一条缝宽都很窄，满足这束红光发生明显衍射的条件.这束红光通过双缝在光屏上形成的干涉图样的特点是，中央出现明条纹，两侧对称出现等间隔的明暗相间的条纹.而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是，中央出现较宽的明条纹，两侧对称出现不等间隔的明暗相间的条纹，且距中央明条纹远的明条纹亮度迅速减小，所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少，本题正确选项是B项.
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)
8.下列说法中正确的是( )
A．当你听到一列鸣笛的火车音调由低变高，可以判断火车正向你驶来
B．光照射遮挡物形成的影，轮廓模糊，是光的衍射现象
C．太阳光是偏振光
D．如果做振动的质点所受的合外力总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动
解析：选AB． 根据多普勒效应原理可知当波源向观察者靠近时，观察者接受到的频率会变大，故当听到一列鸣笛的火车的音调由低变高，可以判断火车正向你驶来，A对；光照射遮挡物的边缘时，光会发生衍射现象，B对；太阳光是自然光，C错；如果做振动的质点所受的合外力总是指向平衡位置，且满足F＝－kx，质点的运动就是简谐运动，D错.
9.在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光.为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有( )
A．改用红光作为入射光
B．改用蓝光作为入射光
C．增大双缝到屏的距离
D．增大双缝之间的距离
解析：AC．由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，要增大条纹间距，可以增大l，C项正确，减小d，D项错误，增大λ，B错误，A正确.
10.如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线.则( )
A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度
B．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
C．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失
D．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
解析：选AC．通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项B错误.由n＝知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A正确.入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，选项C正确.因a光的频率大于b光的频率，由c＝λf知a光的波长小于b光的波长，故做双缝干涉实验时，根据Δx＝λ得a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，选项D错误.
三、非选择题(本题共6小题，共54分，按题目要求作答.计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
11.(7分)登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力.有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜.他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014Hz.
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是_____________________________.
(2)这种“增反膜”的厚度是___________________________________________.
(3)请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是_____________________________.
A．薄膜干涉说明光具有波动性
B．如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行
C．干涉条纹一定是彩色的
D．利用薄膜干涉也可以“增透”
解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1，2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的.紫外线在真空中的波长是λ＝c/f＝3.7×10－7 m.在膜中的波长是λ′＝λ/n＝2.47×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7 m.干涉和衍射都证明光具有波动性，如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行，白光的干涉为彩色条纹，单色光的干涉则为该色光颜色，当膜的厚度为四分之一波长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”.
答案：(1)两反射光叠加后加强 (2)1.23×10－7 m (3)AD
12.(7分)某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图中的黑点代表亮点的中心位置.
(1)这个现象说明激光具有______________性.(填“波动”或“粒子”)
(2)通过测量相邻光点的距离可算出激光的波长.该同学测得双缝到感光片的距离L＝1.0×103 mm、双缝的缝间距d＝0.220 mm，用带有十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图所示.图中第1到第4个光点的距离为________ mm；通过计算可得实验中激光的波长等于________ m.(保留两位有效数字)
(3)如果实验时将红激光换成绿激光，屏上相邻两光点间的距离将____________.(填“增大”或“减小”)
答案：(1)波动 (2)8.7 6.38×10－7 (3)减小
13.(8分)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，干涉条纹有如下特点：任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定，现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？
解析：光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹.设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻明条纹，如图所示，则两处光的路程差分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2因为δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ，设条纹间距为Δl，则由几何关系得＝tan θ，即Δl＝.当抽去一张纸片时θ减小，Δl增大，即条纹变疏.
答案：条纹变疏
14.(8分)如图所示，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？
解析：第1条亮纹到双缝的路程差应等于光波的波长，故可知该单色光的波长λ＝9×10－7m.由波长、波速和频率的关系可知该单色光的频率f＝＝ Hz＝3.3×1014 Hz.第1条暗纹到双缝的路程差等于，第2条暗纹到双缝的路程差等于λ，即是1.35×10－6 m.
答案：3.3×1014 Hz 1.35×10－6 m
15.(12分)两个狭缝相距0.3 mm，位于离屏50 cm处，现用波长为6 000 A。的光照射双缝，求：
(1)两条相邻暗条纹间的距离是多少？
(2)若将整个装置放于水中，那么两条相邻暗条纹间的距离是多少？(水的折射率为，1 A。 ＝10－10 m)
解析：(1)Δx＝λ＝ m＝1×10－3 m＝1 mm.
(2)λ′＝＝ ＝4 500 A。
Δx′＝λ′＝ m＝0.75 mm.
答案：(1)1 mm (2)0.75 mm
16.(12分)如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，求P点是亮条纹还是暗条纹.
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.
解析：(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m.
根据光程差：δ＝2.1×10－6 m＝3λ1，知A光在P点是暗条纹.
(2)设B光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝，得λ1＝nλ2，又临界角C＝37°，所以n＝
所以λ1＝＝ m＝5.25×10－7 m.
根据光程差：δ＝2.1×10－6 m＝4λ1知，B光在P点是亮条纹.
答案：见解析
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- 6 -本章优化总结
专题 对光的干涉、衍射的理解
1.双缝干涉
(1)形成条件：两列光波频率相同.
(2)产生明暗条纹的条件
明条纹：路程差δ＝2k·，
暗条纹：路程差δ＝(2k＋1)·(k＝0，1，2，…).
(3)图样特点：单色光照射时是明暗相间的条纹，白光照射时为彩色条纹.
(4)相邻两亮纹或暗纹间距公式：Δx＝λ
2.单缝衍射
(1)发生明显衍射条纹的条件：当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时.
(2)图样特点：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.
3.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.
(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.
如图所示，用频率为f的单色光照射双缝，在光屏上P点处出现第3条暗纹，设光速为c，则P点到双缝S1和S2的距离之差r2－r1应为( )
A． B．
C． D．
[解析] Δs＝(2n＋1)·(n＝0，1，2…)时为暗纹，第三条暗纹n＝2，Δs＝.
[答案] D
(多选)甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx，若Δx甲>Δx乙，则下列说法正确的是( )
A．甲光能发生偏振现象，则乙光不能
B．真空中甲光的波长一定大于乙光的波长
C．甲光的频率大于乙光的频率
D．在同一种均匀介质中甲光的传播速度大于乙光
[解析] 偏振现象是横波特有的现象，甲乙都可以有偏振现象发生；由Δx甲>Δx乙，Δx＝λ可以比较两种光的波长，而光子频率与波长成反比，同一种介质中甲光的传播速度比乙大.
[答案] BD
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