高考物理一轮复习 热学 基础课时3 热力学第一定律与能量守恒定律课件（选修3-3） (48)

1、基础课时基础课时4光的干涉、衍射和偏振光的干涉、衍射和偏振 激光激光知识梳理知识梳理知识点一、光的干涉知识点一、光的干涉1.产生条件：产生条件：两列光的两列光的_相同相同,振动方向振动方向_,且具有恒定的相位差且具有恒定的相位差,才能才能产生稳定的干涉图样。产生稳定的干涉图样。2.两种典型的干涉：两种典型的干涉：(1)杨氏双缝干涉。杨氏双缝干涉。原理如图原理如图1所示。所示。图图1频率频率相同相同明、暗条纹的条件明、暗条纹的条件()单色光：形成单色光：形成_的条纹的条纹,中央为明条纹。中央为明条纹。a.光的路程差光的路程差rr2r1_(k0,1,2,),光屏上出现明条纹。光屏上出现明条纹。b.

2、光的路程差光的路程差rr2r1_(k0,1,2,),光屏上出现暗光屏上出现暗条纹。条纹。()白光：光屏上出现白光：光屏上出现_条纹条纹,且中央亮条纹是且中央亮条纹是_(填写颜色填写颜色)。相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：x_。明暗相间明暗相间k彩色彩色白色白色(2)薄膜干涉。薄膜干涉。相干光：光照射到透明薄膜上相干光：光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面从薄膜的两个表面_的两列的两列光波。光波。图样特点：同双缝干涉图样特点：同双缝干涉,同一条亮同一条亮(或暗或暗)纹对应薄膜的纹对应薄膜的_相相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹等。单色光照射薄膜时

3、形成明暗相间的条纹,白光照射薄膜时白光照射薄膜时,形形成彩色条纹。成彩色条纹。知识点二、光的衍射偏振知识点二、光的衍射偏振1.光的衍射光的衍射(1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长_,甚至比光的波长甚至比光的波长_的时候的时候,衍射现象才会明显。衍射现象才会明显。不多不多反射反射厚度厚度相差相差还小还小(2)衍射条纹的特点：衍射条纹的特点：单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。单缝衍射单缝衍射圆孔衍射圆孔衍射单单色色光光中央为亮且宽的条纹中央为亮且宽的条纹,两侧为两侧为_的条纹的条纹,且越靠外且越靠外,亮条纹

4、的亮度亮条纹的亮度_,宽度宽度_中央是大且亮的圆形亮斑中央是大且亮的圆形亮斑,周围周围分布着分布着_的同心圆环的同心圆环,且越且越靠外靠外,圆形亮条纹的亮度圆形亮条纹的亮度_,宽度宽度_；亮环或暗环间的亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而距离随圆孔半径的增大而_白白光光中央为亮且宽的白色条纹中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮两侧为亮度度_、宽度、宽度_的彩色条的彩色条纹纹,其中最靠近中央的色光是紫光其中最靠近中央的色光是紫光,离离中央最远的是红光中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑中央是大且亮的白色亮斑,周围是周围是不等间距的彩色的不等间距的彩色的_明暗明暗相间相间越弱越弱越小越小逐渐变暗逐渐

5、变暗变窄变窄明暗相间明暗相间减小减小同心圆环同心圆环越越弱弱越小越小泊松亮斑泊松亮斑(圆盘衍射圆盘衍射)：当光照到：当光照到_选填选填“透明透明”或或“不透明不透明”)的半径很小的小圆盘上时的半径很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心出在圆盘的阴影中心出现现_(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。2.光的偏振现象光的偏振现象(1)偏振偏振光波只沿光波只沿_的方向的振动。的方向的振动。(2)自然光自然光太阳、电灯等普通光源发出的光太阳、电灯等普通光源发出的光,包括在垂直于传播方向上包括在垂直于传播方向上沿沿_振动的光振动的光,而且沿各个方向振动的光波的而且沿各

6、个方向振动的光波的_都都相同相同,这种光叫做自然光。这种光叫做自然光。不透明不透明亮斑亮斑某一特定某一特定一切方向一切方向强度强度(3)偏振光偏振光在在_于传播方向的平面上于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光。光的只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是偏振证明光是_。自然光通过偏振片后。自然光通过偏振片后,就得到了偏振光。就得到了偏振光。垂直垂直横波横波知识点三、激光的特点及应用知识点三、激光的特点及应用1.是相干光是相干光,具有高度的相干性。可用来传递信息。具有高度的相干性。可用来传递信息。2.平行度非常好。可用来进行精确测距。平行度非常好。可用来进行精确测距。3.亮度高。利用激

7、光束来切割、焊接及在很硬的材料上打孔。亮度高。利用激光束来切割、焊接及在很硬的材料上打孔。思考思考下列说法是否正确下列说法是否正确,正确的画正确的画“”,错误的画错误的画“”。(1)横波、纵波都能发生偏振现象。横波、纵波都能发生偏振现象。()(2)当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于0时时,出现亮条纹。出现亮条纹。()(3)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。()(4)阳光在水面的反射光是偏振光。阳光在水面的反射光是偏振光。()参考答案参考答案(1)(2) (

8、3)(4)诊断自测诊断自测 1.下列属于光的干涉现象的是下列属于光的干涉现象的是_。解析图解析图A属于单缝衍射属于单缝衍射,图图B属于薄膜干涉属于薄膜干涉,图图C属于薄膜干涉属于薄膜干涉,图图D属于白光的色散属于白光的色散,故属于光的干涉现象的是故属于光的干涉现象的是B、C。参考答案参考答案BC2.单色光源发出的光经一狭缝单色光源发出的光经一狭缝,照射到光屏上照射到光屏上,可观察到的图样是下可观察到的图样是下图中的图中的_。解析光的双缝干涉条纹是等间距、等宽度的明暗相间的条解析光的双缝干涉条纹是等间距、等宽度的明暗相间的条纹纹,而在光的单缝衍射图样中而在光的单缝衍射图样中,中间是宽度最大、最亮

9、的明纹中间是宽度最大、最亮的明纹,在中央条纹两边的明条纹宽度越来越小在中央条纹两边的明条纹宽度越来越小,亮度也越来越低亮度也越来越低,故故只有只有A正确。正确。参考答案参考答案A3.下述实验现象中下述实验现象中,由于光的干涉而形成的现象有由于光的干涉而形成的现象有_。A.水面上油膜的彩色条纹水面上油膜的彩色条纹B.肥皂泡上的彩色条纹肥皂泡上的彩色条纹C.两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹D.通过两支铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹通过两支铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹解析水面上油膜、肥皂泡、两块捏紧在一起的玻璃片上产生解析水面上油膜、肥皂泡、两块

10、捏紧在一起的玻璃片上产生的彩色条纹均为薄膜干涉。油膜上的彩色条纹是由于光经油膜的彩色条纹均为薄膜干涉。油膜上的彩色条纹是由于光经油膜上、下表面反射相遇干涉而形成的上、下表面反射相遇干涉而形成的,肥皂泡上的彩色条纹是光经肥皂泡上的彩色条纹是光经肥皂薄膜的前、后表面反射相遇干涉而形成的肥皂薄膜的前、后表面反射相遇干涉而形成的,两块捏紧在一起两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹是光经玻璃片之间的空气层的上、下表的玻璃片上的彩色条纹是光经玻璃片之间的空气层的上、下表面反射相遇干涉而形成的面反射相遇干涉而形成的,而通过两支铅笔的狭缝所看到的日光而通过两支铅笔的狭缝所看到的日光灯的彩色条纹是单缝衍射的结果。

11、灯的彩色条纹是单缝衍射的结果。参考答案参考答案ABC4.如图如图2所示所示,偏振片偏振片P的透振方向的透振方向(用带有箭头的实线表示用带有箭头的实线表示)为竖直为竖直方向。下列四种入射光束中方向。下列四种入射光束中,能在能在P的另一侧观察到透射光的是的另一侧观察到透射光的是()图图2A.太阳光太阳光B.沿竖直方向振动的光沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成沿与竖直方向成45角方向振动的光角方向振动的光解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过,当偏振片的透振当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时方向与光的振动方向不同时,透射

12、光的强度不同透射光的强度不同,它们平行时最它们平行时最强强,而垂直时最弱。太阳光是自然光而垂直时最弱。太阳光是自然光,光波可沿任何方向振动光波可沿任何方向振动,所所以在以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光,振动方振动方向与偏振片的透振方向相同向与偏振片的透振方向相同,当然可以看到透射光；沿水平方当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光向振动的光,其振动方向与透振方向垂直其振动方向与透振方向垂直,所以看不到透射光；所以看不到透射光；沿与竖直方向成沿与竖直方向成45角方向振动的光角方向振动的光,其振动方向与透振方向其振动方向与透振方向不垂直不垂直

13、,仍可看到透射光。仍可看到透射光。参考答案参考答案ABD5.在观察光的双缝干涉现象的实验中：在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图将激光束照在如图3乙所示的双缝上乙所示的双缝上,在光屏上观察到的现象在光屏上观察到的现象是图是图3甲中的甲中的_。图图3(2)换用间隙更小的双缝换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观在光屏上观察到的条纹宽度将察到的条纹宽度将_；保持双缝间隙不变；保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝减小光屏到双缝的距离的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将在光屏上观察到的条纹宽度将_(以上均选填以上均选填“变变宽宽”、“变窄变窄”或或

14、“不变不变”)。参考答案参考答案(1)A(2)变宽变窄变宽变窄考点一光的干涉及衍射考点一光的干涉及衍射单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象两种现象比较项目比较项目单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉不不同同点点条纹宽度条纹宽度条纹宽度不等条纹宽度不等,中央最宽中央最宽条纹宽度相等条纹宽度相等条纹间距条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距各相邻条纹等间距亮度情况亮度情况中央条纹最亮中央条纹最亮,两边变暗两边变暗条纹清晰条纹清晰,亮度基本相等亮度基本相等相同点相同点干涉、衍射都是波特有的现象干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加；干涉、属于波的叠加；干涉、

15、衍射都有明暗相间的条纹衍射都有明暗相间的条纹【例【例1】关于杨氏双缝干涉实验】关于杨氏双缝干涉实验,下列说法正确的是下列说法正确的是_。A.单缝的作用是获得频率相同的两相干光源单缝的作用是获得频率相同的两相干光源B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C.光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹D.照射到单缝的单色光的频率越高照射到单缝的单色光的频率越高,光屏上出现的条纹越宽光屏上出现的条纹越宽参考答案参考答案B【例【例2】抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细】抽制高强度纤维细丝可用

16、激光监控其粗细,如图如图4所示所示,激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断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是下列叙述中正确的是_。图图4A.这里应用的是光的衍射现象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这里应用的是光的干涉现象C.如果屏上条纹变宽如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细表明抽制的丝变细解析由于是激光束越过

17、细丝即绕过障碍物解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物,所以是光的衍射现所以是光的衍射现象象,当抽制的丝变细的时候当抽制的丝变细的时候,丝的直径较接近激光的波长丝的直径较接近激光的波长,条纹间条纹间距就大距就大,A、D正确。正确。参考答案参考答案AD【变式训练】【变式训练】1.干涉和衍射的图样干涉和衍射的图样如图如图5所示所示,甲、乙为单色光通过窄缝后形成甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样。下列选项中说法正确的是的明暗相间的两种条纹图样。下列选项中说法正确的是_。图图5A.甲为单缝衍射的图样甲为单缝衍射的图样 B.乙为双缝干涉的图样乙为双缝干涉的图样C.甲为双缝干涉的图样甲为双

18、缝干涉的图样 D.乙为单缝衍射的图样乙为单缝衍射的图样解析干涉图样是等间距的解析干涉图样是等间距的,衍射图样是中间宽两边窄的。衍射图样是中间宽两边窄的。参考答案参考答案AB2.薄膜干涉薄膜干涉把一平行玻璃板压在另一个平行把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上玻璃板上,一端用薄片垫起一端用薄片垫起,组成空气劈尖组成空气劈尖,让单色光从上方射入让单色光从上方射入,如图如图6所示。这时可所示。这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是说法中正确的是_。图图6A.干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射

19、形成的两列光波叠加的结果波叠加的结果B.干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果结果C.将上玻璃板平行上移将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动条纹向着劈尖移动D.观察薄膜干涉条纹时观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧应在入射光的另一侧解析根据薄膜干涉的产生原理解析根据薄膜干涉的产生原理,上述现象是由空气膜前后表上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成面反射的两列光叠加而成,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时加时,振动加强振动加强,形成亮条纹形成亮条纹,所以所以A项正确项正确,B项错误；因相

20、干光项错误；因相干光是反射光是反射光,故观察薄膜干涉时故观察薄膜干涉时,应在入射光的同一侧应在入射光的同一侧,故故D项错项错误；条纹的位置与空气膜的厚度是对应的误；条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当上玻璃板平行上当上玻璃板平行上移时移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动故条纹向着劈尖移动,故故C项正确。项正确。参考答案参考答案AC考点二光的偏振现象考点二光的偏振现象自然光和偏振光的比较自然光和偏振光的比较自然光自然光(非偏振光非偏振光)偏振光偏振光光的来源光的来源直接从光源发出的光直接从光源发出的光自然光通过起偏器后自然光通过起偏器后的光的光光的振动光

21、的振动方向方向在垂直于光的传播方向的平面在垂直于光的传播方向的平面内内,光振动沿任意方向光振动沿任意方向,且沿各且沿各个方向振动的光的强度相同个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方在垂直于光的传播方向的平面内向的平面内,光振动沿光振动沿特定方向特定方向【例【例3】如图】如图7所示所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和和Q,A点点位于位于P、Q之间之间,B点位于点位于Q右侧。旋转偏振片右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强两点光的强度变化情况是度变化情况是_。图图7A.A、B均不变均不变B.A、B均有变化均有变化C.A不变不变,B有变化有变化D.A有变化有变化,

22、B不变不变解析白炽灯光包含向各方向振动的光解析白炽灯光包含向各方向振动的光,且各个方向振动的光且各个方向振动的光的强度相等的强度相等,所以旋转偏振片所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同时各方向透射光强度相同,故故A点点光的强度不变；白炽灯光经偏振片光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后变为偏振光后变为偏振光,当当P旋转时旋转时,只有与只有与Q的偏振方向一致时才有光透过的偏振方向一致时才有光透过,因此因此B点的光强有变化点的光强有变化,选项选项C正确。正确。参考答案参考答案C【变式训练】【变式训练】3.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光的偏振现象说明光是横波。下列现象中不能反映

23、光的偏振特性的是特性的是_。A.一束自然光相继通过两个偏振片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以光束为轴旋转其中一个偏振片偏振片,透射光的强度发生变化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一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是光线之间的夹角恰好是90时时,反射光是偏振光反射光是偏振光C.日落时分日落时分,拍摄水面下的景物拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰片可以使景像更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹可以看到彩

24、色条纹解析在垂直于传播方向的平面上解析在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的沿着某个特定方向振动的光是偏振光光是偏振光,选项选项A、B反映了光的偏振特性反映了光的偏振特性,C是偏振现象的应是偏振现象的应用用,D是光的衍射现象。是光的衍射现象。参考答案参考答案D1.在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,以白色光为光源以白色光为光源,在屏上观察到了彩色干涉在屏上观察到了彩色干涉条纹条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光只能透过红光),另另一缝前放一绿色滤光片一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光只能透过绿光),这时这时_。A.只有红色和绿色的双缝干涉

25、条纹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其他颜色的双缝干涉条纹消失消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹都不存在红色和绿色的双缝干涉条纹都不存在,其他颜色的双缝干涉其他颜色的双缝干涉条纹依然存在条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮但屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮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同解析两列光波发生干涉的条件之一是频率相同,利用双缝将一利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光束光分成能够发生干涉的两束光,可在光屏上形成干涉条纹可在光屏上形成干涉条纹,当当分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后分别

26、用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率红光和绿光频率不同不同,不能发生干涉不能发生干涉,因此屏上不会存在双缝干涉条纹因此屏上不会存在双缝干涉条纹,选项选项C正正确。确。参考答案参考答案C2.如图如图8所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒是点燃的酒精灯精灯(在灯芯上洒些盐在灯芯上洒些盐),图图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的观察到的现象是现象是_。图图8A.当金属丝圈旋转当金属丝圈旋转30时干

27、涉条纹同方向旋转时干涉条纹同方向旋转30B.当金属丝圈旋转当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转时干涉条纹同方向旋转90C.当金属丝圈旋转当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转时干涉条纹同方向旋转30D.干涉条纹保持原来状态不变干涉条纹保持原来状态不变解析金属丝圈的转动解析金属丝圈的转动,改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状,由由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关,仍然是水平的干涉条纹仍然是水平的干涉条纹,A、B、C错误错误,D正确。正确。参考答案参考答案D3.如图如图9所示所示,让太阳光通过

28、让太阳光通过M上的小孔上的小孔S后照射到后照射到M右方的一偏振右方的一偏振片片P上上,P的右侧再放一光屏的右侧再放一光屏Q,现使现使P绕着平行于光传播方向的轴绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周匀速转动一周,则关于光屏则关于光屏Q上的亮度变化情况上的亮度变化情况,下列说法中正确下列说法中正确的是的是_。图图9A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮,转到其他位转到其他位置时光屏上无亮光置时光屏上无亮光B.光屏上亮、暗交替变化光屏上亮、暗交替变化C.光屏上亮度不变光屏上亮度不变D.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动C4.如图如图10所示所示,当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时,在圆在圆盘后屏上的阴影中