人教版高中物理选修3-4光的干涉、衍射、偏振、激光

1、(4) il HI H 1 lull ! ： 1 复习课 第十三章第 2、5、6、8 节 光的干涉、衍射和偏振 激光的特性和应用 弓. 课前自主学习（学案） 、请学生自主复习教材第十三章第 2 2、5 5、6 6、8 8 节 P50P50 至 P52P52、P60P60 至 P67P67、P73P73 至 P75P75。 二、结合复习的内容思考如下问题： 1 1、双缝干涉的特征及规律、条纹分布情况及明、暗纹位置特征；薄膜干涉的特征及其应用；双 缝干涉实验测定光的波长。 2 2、 产生明显衍射现象的条件及条纹特征。 3 3、 光的偏振现象及应用。 4 4、 激光的特点及应用。 三、自主解答几道题

2、目 1 1、在双缝干涉实验中，如果将双缝中的一条挡住，其它都不改变，那么在光屏上观察到的现象 将是 （ ） A A 仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是亮纹的亮度变暗了 B B 仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是由于挡住一条缝，所以光屏上只有一半区域内有 干涉条纹，另一半区域内将没有干涉条纹 C C 仍然有明暗相间的条纹，只是条纹的宽窄和亮度分布不再是均匀的了 D D 由于只有单缝，不能形成相干光源，所以不会发生光的干涉现象，光屏上将没有任何条纹 光浙濾光片单縫双缝 遮光衙 屏 巒古F匚厂二戸 1 i 出现 2 2、如图（a a）所示是利用双缝干涉测定单色光波长的 A 2) B 2 3 于或

3、小于）图 B B 所对应的圆孔的孔径。 机械波不能发生偏振 B B 只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振 C C .自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D D 除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 实 验 装置，滤光片 的 作用是 ,单 缝 的作用是 _缝 和 双缝 之 间游标卡尺的示数为 _ mmmm.图 4 4 游标卡尺的示数为 _ mmmm 实验时测量多条干 涉条纹宽度的目的是 _ 所测单色光的波长为 _ n n 3 3、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示，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

4、成一个劈 形空气膜，当光垂直入射后，从上往下看的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有 如下特点：（1）任意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等（2）任意 相邻明纹或暗纹所对应的薄膜厚度恒定；现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当 图甲 图乙 光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹：（ ） A.变疏 E.变密 C.不变 D.消失 4 4、在如图中所示 ,A,A、B B 两幅图是由单色光分别入射到圆孔而 成成的的图像，其中图 A A 是光的 _ （填干涉或衍射）图 像，由此可以判断出图 A A 所对应的圆孔的孔径 _ （填大 5 5、有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（ A A .只

5、有电磁波才能发生偏振, 图 A A 图 B B 参考答案: 1 1、 C C 2 2、 获得单色光，产生线光源，产生相干光源，平行， 11.5mm 11.5mm , 16.7mm16.7mm，减小实验误差，6.56.5 X10107. 3 3、 A A 4 4、 衍射、小于 5 5、 BD BD （机械能中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。） 课堂主体参与（教案） 【学习目标】 1 1、 通过光的干涉现象，知道双缝干涉的规律、知道产生光的干涉现象的条件。会用双缝干涉实 验测量光的波长。 2 2、 通过光的衍射现象，知道产生光的衍射现象的条件。 3 3、 通过光的偏振现

6、象，知道光波是横波，了解光的偏振现象的应用。 4 4、 了解激光的特性和应用（不要求知道激光的产生原理）。 【重点、难点】 1 1、 正确认识光发生稳定干涉的条件。 用波动说来说明明暗相间的干涉条纹； 加强区和减弱区并 且互相间隔，理解“加强”和“减弱”。 2 2、 正确认识光发生明显衍射的条件。 3 3、 光的偏振实验的观察和分析，了解光振动与自然光和偏振光的联系。 4 4、 激光与自然光的区别以及激光特点和应用。 【学习内容】 、课前自主学习检查 1 1、在双缝干涉实验中，双缝到光屏上 P P 点的距离之差 0 0 . 6 6（im，若分别 用频率为 f fi=5.0 =5.0 X1014

7、HZ和 f f2= = 7 7 . 5 5 X1014HZ的单色光垂直照射双缝，则 P P 点出现明、暗条纹的情况是（ ） A A .单色光 f fi和 f f2分别照射时，均出现明条纹 B B .单色光 f fi和 f f2分别照射时，均出现暗条纹 C C .单色光 f fi照射时出现明条纹，单色光 f f2照射时出现略条纹 D D .单色光 f fi照射时出现暗条纹，单色光 f f2照射时出现明条纹 2 2、如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（ ） A A.人从右侧向左看，可看到彩色条纹 B B .人从左侧向右看，可看到彩色条纹 3 3、市场上有种灯具俗称“冷光灯”，

8、用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低, 从而广泛地应用于博物馆，商店等处，这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻 璃表面上镀了一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著 的红外线。 以 Z Z 表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（ ） A A. 8 B B. 4 C C. 2 D D .入 4 4、平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有（ ） A A .在衍射图样的中心都是亮斑 B B .泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽 C C .小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑 D D .小孔衍

9、射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间 距是不均匀的 5 5、 如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片 P和 Q Q，以光的 C C .彩色条纹平D D .彩色条纹竖直排列 传播方向为轴旋转偏振片 P和Q,可以看到透射光的强度会发生变 化，这是光的偏振现象，这个实验表明（ ） A A .光是电磁波 B B.光是一种横波 C C.光是一种纵波 D D .光是概率波 6 6、 下列有关光的说法中，表述正确的是（ ） A A 光盘记录信息的密度很高，是利用了激光的相干性好的特点 B B 光纤通信中，用激光可以携带大量信息，是利用了激光相干性好的特点 C C 激光全息

10、照相技术是利用了光的干涉，照相底片上得到的是干涉条纹 D D 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，可以看到透射光的强 度发生变化，这说明光是横波 参考答案： 1 1、 C C 解析：如图所示，双缝 S Si、S S2,到光屏上任一点 P P 的路程之差 d d = S S2 S S2/,当 d d 等于单色 光波长的整数倍时。由 S Si和S S2发出的光在 P P 点互相加强，P P 点出现明条纹，当 d d 等于单色光半个 波长的奇数倍时。这样由 S Si和 S S2发出的光在 P P,互相抵消，出现暗条纹。本题中单色光 f fi的波长 为入i= C C/f fi

11、= 0 0 . 6 6（im，单色光 f f2 的波长为 A2 = C C/f f2= 0 0 . 4 4（im 可见 d=d=入i、d=3d=3 乃/2/2 2 2、 BCBC 解析：白光从左侧照射到薄膜上经两个表面反射回来的光相遇产生干涉现象这样人 从左侧向右看可以看到彩色条纹。故选 B B 弃 A A。由于薄膜从上到下逐渐变厚，且同一水平线上厚度 相同，两列反射光叠加时振幅相同，故彩色条纹是水平的，选 C C 弃 D D。 3 3、 B B 解析：若使膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应，即让膜的前后两表面反射光叠 加作用减弱，为减小反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后

12、表面反射后叠加作用减 弱，即光程差为半波长的奇数倍，故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的i/4i/4。 4 4、ABAB 解析：从课本上的图片可以看出： A A、B B 选项是正确的，C C、D D 选项是错误的。 5 5、B B 解析：太阳光或白炽灯发出的光是自然光，它包含有垂直于传播方向上沿一切方向振动的 光，且沿着各个振动方向的光强相同。当这种光经过偏振片后，就变成了偏振光，即只有振动方向 与偏振片透振方向平行的光通过了偏振片 P P，形成偏振光，这种偏振光传到偏振片 Q Q 时，当偏振片 P P 和 Q Q 透振方向平行时，会完全穿过，垂直时不会穿过，透射程度与二偏振片的透振方向间的夹

13、角 有关，因此才出现题中所述的现象，该现象说明：光是一种横波。 6 6、CDCD （教师在学生完成后收上来进行批改，以了解学生学习情况） 、构建知识框架、剖析典型概念 （编写说明：教师采用启发式教学，帮助学生形成知识的逻辑体系，着重复习典型的概念和规 律） 1 1、光的干涉 （1 1 ）现象：符合一定条件的相干光在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域。 （2 2）相干条件：两束光频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）。 当然振动情况 完全相同的波源一定是相干波源。 （3 3 ）双缝干涉：（杨氏双缝实验） =9 _ri Lx =n d ，时，出现亮条纹(n=0 n=0 , 1 1

14、 , 2 2 , 3 3) 符合J :二r2 片=Lx =（2n 亠 1）_ d 2时，出现暗条纹（n=0 n=0 , l l, 2 2, 3 3，）。相邻亮 条纹（或相邻暗条纹）之间的间距（相邻亮条纹中央间距，相邻暗条纹中央间距）为 图象特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。 红光明、暗条纹宽度最宽，紫光明、暗条纹宽度最窄。推导：如图所示，若 S Si、S S2光振动情况完全相同，则符合 Lx 二丄， 白光干涉图象中央明条纹的最外侧为红色。 （4 4 ）薄膜干涉：（等厚干涉） 相干光源的由来：利用薄膜（如肥皂液膜）前后两表面的反射光束相遇而形成干涉现象。 图象特点：同一条亮（或

15、暗）条纹上所对应薄膜厚度完全相等。 单色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平状明暗相间条纹（白光入射形成彩色条纹）。 应用：检查工件平整度、增透膜。 （5 5 ）实验：用双缝干涉测光的波长 实验目的 I、观察双缝干涉现象 n、学会利用双缝干涉测定光波波长的方法 pi点叠加时得到明条纹；当路程差 R2S2 -R2S1 =（2k 1）5 （k= 0 0、1 1、2 2）时，在R2点叠加时 得到暗条纹。相邻两条明条纹间距 Ax，与入射光波长 人双缝Si、S2间距d及双缝与屏的距离 L有 关，其关系式为：Ax=-入，只要测出I、d、Ax,根据这一关系就可求出光波波长 k d 测量方法 实验原理 如图实所示

16、，灯丝发出的光，经过滤光片后变 成单色光，单色光通过单缝 S,这时单缝S相当于 一单色光源，光波同时达到双缝 Si和S2, Si、 S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源， RS2 -RS =2k （ k= 0 0、1 1、2 2）时，在 2 Axi用测量头测出。测量头由分划 参见课本上的有关示意图，两条相邻明（暗）条纹间的距离 板、目镜、手轮等构成，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条纹 的中心，记下此时手轮上的读数 ai，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另 条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数 a2，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距

17、离，即 x= | |ai a2| |。 Ax很小，直接测量时相对误差较大，通常测出 n条明条纹间距离 a,再推算相邻两条明(暗) 条纹间的距离，即条纹宽度 Ax=。 n 1 实验注意事项 I、单缝与双缝的距离大约为 5 5 10cm10cm，且相互平行 H、单缝、双缝的中心应大致位于遮光筒的轴线上 川、测 n n 条亮纹之间的距离 a a 时，分划线应在条纹的中心 V、计算相邻的亮(或暗)条纹的间距 x时，应注意 x=a/(n -1) 2 2、 光的衍射 (1) 现象：光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象。 (2) 产生条件：障碍物或孔的尺寸与波长可比(相差不多)。 由于可见光波波长较

18、小，所以光的衍射需在特定的条件下才能被明显观察到。 (3) 单缝衍射： 图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹(白光入射为彩色条纹)。 例子：小孔衍射、圆盘衍射等。 (4) 泊松亮斑：当光照到不透光的极小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑。当形成泊松 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。 3 3、 光的偏振 (1) 自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的 光，而且沿各个方向振动 的光波的强度都相同，这种光叫自然光。 （2 2）偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上, 叫偏振光。自然光射

19、到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰 好是 9090。这时，反射光和折射光就都是偏振光， 且它们的偏振方向互相垂直。 我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。 （3 3）只有横波才有偏振现象。光的偏振也证明了光是一种波，而且是横 波。各种电磁波中电场 E的方向、磁场 B的方向和电磁波的传播方向之间， 两两互相垂直。 （4 4） 光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度 E E 引起的，因此将 E E 的振动称为光振动 （5 5） 应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。 4 4、激光 （1 1） 由来：是一种人工产生的相干光。 （2 2） 特点：高单色性-频率单一

20、高相干性-频率相同，相位恒定高定向性 -平行 度好亮度高、高功率-（能在很小空间、很短时问内集中很大的能量） （3 3） 广泛应用： 产生明显的干涉图象（频率单一相干性好）。 利用激光通过光导纤维实现通讯（利用相于性好进行“调制”）。 激光雷达测距测速（平行度好，结合多普勒效应）。 VCDVCD、CDCD 唱机，电脑光驱（平行度好）。 医学上“激光刀”（光强度大）。 受控核聚变（光强大、能量集中）。只沿一个特定的方向振动， 1 1、如图所示是双缝干涉实验装置，屏上 三、自主研究例题（教师投影出典型例题，让学生先自主完成后再公布答案） 距离相等。当用波长为 0.750.75 呵的单色光照射时，P

21、是位于O上方的第二条亮纹位置，若换用波长 为 0.60.6 的单色光做实验，P处是亮纹还是暗纹？在 OP之间共有几条暗纹? 解：当用波长为 入 1=0.75 =0.75 g 单色光时P为O上方第二条亮纹，所以 P到双缝Si、S2的距离差 5 r= 2入i=2 X0.75=2 X0.75 呵=1.5 1.5 m.m.改用 Z0.6Z0.6 呵.的单色光时，路程差厶r= 0 所以P为暗纹，从 O 2 到P路程差由零逐渐增大，必有路程差为 2和3七的两点，即OP之间还有两条暗纹。 2 2 2 2、用红光做光的双缝干涉实验，光屏上出现明、暗相间直间距均匀的红色的干涉条纹，今用不 透光的障碍物堵起一条缝

22、，则屏上（ ） A A .一片黑暗 B B .一片红色 C C .仍然是红色的干涉条纹，只是亮相减弱 D D 仍然是明、暗相间的红色条纹，但条纹间距不相同 解：堵起一条缝后红光只能透过单缝而射到屏上发生单缝衍射现象， 也 应将在屏上产生明、 暗相间的红色条纹，只是单缝衍射所产生的衍射条纹间 距不均匀，由此知：此例应选 D D。 3 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），这时（ C C ） A A 只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失 P P P O O O

23、 O 点到双缝Si、 B B 红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在 C C 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D D .屏上无任何光亮 4 4、如图所示，人眼隔着起偏器 B B、A A 去看一只电灯泡 S S, 束透射光都看不到，那么，以下说 法中哪些是正确的（AC AC ） B B .单使 B B 转过 90 90 过程中，看到光先变亮再变暗 C C .单使 B B 转过 90 90 过程中，看到光逐渐变亮 D D .单使 A A 转动时，始终看不到透射光 5 5、纳米技术是跨世纪的新技术， 将激光束的宽度集中到纳米范围内， 可修复人体已损坏的器官, 对

24、 DNADNA 分子进行超微型基因修复，把诸如癌症等彻底根除。在上述技术中，人们主要利用了激光 的：（C C ） A.A.单色性好 B.B.平行性好 C.C.亮度高 D.D.波动性好 四、小组讨论质疑 （学生分组研讨刚才完成的典型例题，相互解决部分疑难问题，对个性问题，教师可直接帮助 小组解决，对共性问题准备在全班研讨，对大家都争论较大的问题，教师要及时提醒学生停止争论， 下一环节共同解决） （此内容在教案中不要编写，因为是课堂生成的） 五、 师生合作研讨 （每个学习小组安排 1 1 个人，代表本组汇报本小组交流过程中仍然不能解决的、仍有困惑的、 新生成的问题，教师先请能够解决的同学帮助解决，学生不能解决的，教师要引导学生掌握思考问 题的方法。同时要注意：若教师事先思考的典型的、重要的问题在研讨过程中学生并未提出，教师 则要主动提出来并引导学生进行分析、解决，体现主动教