第4讲 光的干涉 衍射 偏振

1、第第4讲讲光的波动性光的波动性2、干涉的条件：两列、干涉的条件：两列频率频率相同、相同、振动振动情况完全相同的情况完全相同的光源光源一光的干涉一光的干涉1、光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域的光、光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被被加强加强，出现明纹，某些区域的光被，出现明纹，某些区域的光被减弱减弱，出现暗纹，出现暗纹，且且明暗明暗相间的现象叫做光的干涉现象相间的现象叫做光的干涉现象3、原理：根据波的叠加原理，振动加强的地方出现明、原理：根据波的叠加原理，振动加强的地方出现明条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。第一课时第一课时 光的干涉光的衍射光的

2、干涉光的衍射 光的偏振光的偏振 出现暗条纹：两列光波到达某点的路程差等于半波出现暗条纹：两列光波到达某点的路程差等于半波长的奇数倍长的奇数倍(21)2Sn4、出现明条纹和暗条纹的条件：出现明条纹和暗条纹的条件：出现明条纹：两列光波到达某点的路程差等于波长出现明条纹：两列光波到达某点的路程差等于波长的整数倍的整数倍Sn 5、两种典型的干涉、两种典型的干涉双缝干涉及其图样特点双缝干涉及其图样特点SS1S2P单色光单色光单缝单缝双缝双缝光屏光屏实验装置：实验装置：双缝双缝S1、S2到单缝到单缝S的距离相等，且双缝很近的距离相等，且双缝很近 ，双缝，双缝可可获得两个振动情况完全相同的光源，叫获得两个振

3、动情况完全相同的光源，叫相干光源相干光源(频率相同频率相同)明（暗）纹间距的公式：明（暗）纹间距的公式： l：双缝到光屏的距离；：双缝到光屏的距离； d：两缝间的距离；：两缝间的距离；：照射光的波长。：照射光的波长。明、暗条纹的条件：明、暗条纹的条件：明条纹：明条纹：暗条纹：暗条纹：21srrn 21(21)2srrn xdlx 图样特点：图样特点：实验装置不变的条件下，实验装置不变的条件下，红红光干涉条纹光干涉条纹的间距最大，的间距最大，紫紫光干涉条纹的间距最小；若用白光，光干涉条纹的间距最小；若用白光，在屏上得到在屏上得到彩色彩色条纹，且中央为白色条纹，且中央为白色 【例与练例与练】（20

4、11年北京卷）如图所示的双缝干涉实年北京卷）如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝验，用绿光照射单缝S时，在光屏时，在光屏P上观察到干涉条上观察到干涉条纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以 ( ) A、增大、增大S1与与S2的间距的间距 B、减小双缝屏到光屏的距离、减小双缝屏到光屏的距离 C、将绿光换为红光、将绿光换为红光 D、将绿光换为紫光、将绿光换为紫光SS1S2P单色光单色光单缝单缝 双缝双缝光屏光屏C【例与练例与练】 2005年诺贝尔物理学奖授予对激光研究做出年诺贝尔物理学奖授予对激光研究做出杰出贡献的三位科学家如图所示是研究激光相干性的

5、双杰出贡献的三位科学家如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由，由S1和和S2发出发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹已知入射激光波长的两列波到达屏上时会产生干涉条纹已知入射激光波长为为，屏上的，屏上的P点到两缝点到两缝S1和和S2的距离相等，如果把的距离相等，如果把P处的处的亮条纹记作第亮条纹记作第0号亮纹，由号亮纹，由P向上数与向上数与0号亮纹相邻的亮纹号亮纹相邻的亮纹为为1号亮纹，与号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，设号亮纹，设P1处的处的亮纹恰好是亮纹恰好是10号亮纹，直线号亮纹，直线S1P1的长度为

6、的长度为r1，S2P1的长度的长度为为r2，则，则r2r1等于等于( )A5B10C20 D40S1S2P1P挡板挡板屏屏激光激光LB薄膜干涉及其图样特点薄膜干涉及其图样特点薄膜干涉：利用薄膜薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜如肥皂膜)前后前后两两表面的反射光波相遇而形成的干涉表面的反射光波相遇而形成的干涉明、暗条纹的条件：明、暗条纹的条件：2shn 2(21)2shn 明条纹：明条纹：暗条纹：暗条纹：其中其中h是对应部分薄膜的厚度是对应部分薄膜的厚度.常见的薄膜干涉现象：蚌壳内表面的色彩、昆虫翅常见的薄膜干涉现象：蚌壳内表面的色彩、昆虫翅翼上的彩色、激光唱片上的彩色、镜头上的增透膜、翼上的彩色、激

7、光唱片上的彩色、镜头上的增透膜、肥皂膜、水面上的油花肥皂膜、水面上的油花图样特点：同一条明图样特点：同一条明(或暗或暗)条纹对应薄膜厚度条纹对应薄膜厚度相同相同，单色光在肥皂膜上单色光在肥皂膜上(上薄下厚上薄下厚)形成形成水平状的水平状的明暗相间明暗相间的条纹，白光入射时形成彩色条纹的条纹，白光入射时形成彩色条纹薄膜干涉应用：薄膜干涉应用：a. 检查物体表面的平整程度检查物体表面的平整程度在薄膜干涉中，在薄膜干涉中，同一条亮条纹出现在膜的厚度相同的同一条亮条纹出现在膜的厚度相同的地方地方。被检查被检查标准标准若条纹若条纹向膜较薄那侧弯曲向膜较薄那侧弯曲，说明被检查表面对应部分，说明被检查表面对

8、应部分凹凹若条纹若条纹向膜较厚那侧弯曲向膜较厚那侧弯曲，说明被检查表面对应部分，说明被检查表面对应部分凸凸b. 增透膜增透膜：在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度：在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长，它们表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长，它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。量，称为增透膜。14h介【例与练例与练】如图所示，是用干涉法检查某厚玻璃的上如图所示，是用干涉法检查某厚玻

9、璃的上表面是否平整的装置，所用单色光做光源，检查中所表面是否平整的装置，所用单色光做光源，检查中所观察到的干涉条纹是由下列两个表面反射的光线叠加观察到的干涉条纹是由下列两个表面反射的光线叠加而成的（而成的（ ）A、a的上表面和的上表面和b的下表面的下表面B、a的上表面和的上表面和b的上表面的上表面C、a的下表面和的下表面和b的上表面的上表面D、 a的下表面和的下表面和b的下表面的下表面C【例与练例与练】 （08上海卷）用如图所示的实验装置观察上海卷）用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（光的薄膜干涉现象。图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（洒些盐），图（

10、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，观察到的现象是（观察到的现象是（ ）（A）当金属丝圈旋转）当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转时干涉条纹同方向旋转30（B）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90（C）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30（D）干涉条纹保持原来状态不变）干涉条纹保持原来状态不变D二光的衍射二光的衍射1、光的衍射：光绕过障碍物偏离、光的衍射：光绕过障碍物偏离直线直线传播的

11、现象传播的现象2、光发生明显衍射的条件：、光发生明显衍射的条件：障碍物或孔的障碍物或孔的尺寸尺寸与光的与光的波长差不多，甚至比光的波长还波长差不多，甚至比光的波长还小小3、几种衍射现象、几种衍射现象圆孔衍射：圆孔衍射：明暗相间明暗相间的同心圆环，中央是最大最亮的的同心圆环，中央是最大最亮的圆斑圆斑单缝衍射：单缝衍射：中央亮纹最宽最亮，两侧明暗相间，条中央亮纹最宽最亮，两侧明暗相间，条纹窄且暗纹窄且暗，若用白光时中央为，若用白光时中央为白色白色，两侧为，两侧为彩色彩色激激光光束束屏屏泊松亮斑：泊松亮斑： 光照在一个不透明的小圆板上，在圆板后面一定光照在一个不透明的小圆板上，在圆板后面一定距离的屏

12、上出现：距离的屏上出现：中间是中间是亮斑亮斑，向外是相应的阴影，向外是相应的阴影，再向外是明暗相间的间距不等的同心圆环再向外是明暗相间的间距不等的同心圆环。泊松亮斑泊松亮斑光的干涉和衍射的比较光的干涉和衍射的比较【例与练例与练】在做单缝衍射实验中，下列说法中正确的在做单缝衍射实验中，下列说法中正确的 （ ） A将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽增大单缝到屏的距离，衍射条

13、纹间距变宽ACD【例与练例与练】用单色光照射双缝，在像屏上观察到明暗用单色光照射双缝，在像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，现用遮光板将其中的一个缝挡住，相间的干涉条纹，现用遮光板将其中的一个缝挡住，则像屏上观察到（则像屏上观察到（ ）A、宽度均匀的明暗相间的条纹。、宽度均匀的明暗相间的条纹。B、中央亮而宽，两边窄而暗条纹。、中央亮而宽，两边窄而暗条纹。C、一条亮纹。、一条亮纹。D、一片亮光。、一片亮光。B【例与练例与练】如图所示，两个同种玻璃制成的三棱镜，如图所示，两个同种玻璃制成的三棱镜，顶角顶角1略大于略大于2，两单色光，两单色光1和和2分别垂直入射三棱镜，分别垂直入射三棱镜，其出射光线与竖

14、直界面的夹角其出射光线与竖直界面的夹角12，则，则()A在棱镜中在棱镜中1光的传播速度比棱镜中光的传播速度比棱镜中2光的传播速度小光的传播速度小B1光的频率大于光的频率大于2光的频率光的频率C让让1光和光和2光通过同一双缝干涉装置，光通过同一双缝干涉装置，1光的条纹间光的条纹间距小于距小于2光的条纹间距光的条纹间距D在利用在利用1光和光和2光做衍射实验时，光做衍射实验时，1光的实验效果显光的实验效果显著著D三光的偏振三光的偏振1、偏振、偏振:振动矢量偏于某个特定方向的现象叫波的偏振振动矢量偏于某个特定方向的现象叫波的偏振只有横波有偏振现象，纵波只能沿着波的传播方向的只有横波有偏振现象，纵波只能

15、沿着波的传播方向的直线上振动，所以纵波不可能有偏振。直线上振动，所以纵波不可能有偏振。3、偏振光：在与光波传播方向垂直的平面内只沿着某、偏振光：在与光波传播方向垂直的平面内只沿着某一个一个特定方向特定方向振动的光如自然光经偏振片作用后的振动的光如自然光经偏振片作用后的光光2、自然光：在与光波传播方向垂直的平面内光振动、自然光：在与光波传播方向垂直的平面内光振动(指指E的振动的振动)沿各个方向沿各个方向振动强度振动强度都相同如由太阳、都相同如由太阳、电灯等普通光源发出的光电灯等普通光源发出的光偏振片：偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特偏振片：偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫

16、做殊的方向（叫做透振方向透振方向），），只有振动方向与透振方只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片向平行的光波才能通过偏振片4、偏振光的产生、偏振光的产生偏振片只让某一方向振动的光通过偏振片只让某一方向振动的光通过.通过两个共轴的偏振片观通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，作用是把自然光变成偏振光，叫叫起偏器起偏器第二个偏振片的第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，作用是检验光是否为偏振光，叫叫检偏器检偏器（请细读课本（请细读课本P87-88)自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向自然光射到两种介质的界面上，如果光入射

17、的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时，时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直i1n2n应用：照相机偏振镜、立体电影应用：照相机偏振镜、立体电影5、偏振光的理论意义及应用、偏振光的理论意义及应用理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波但不能确定光波是横波还是纵波光的偏振现象说明光的偏振现象说明光波是横波光波是横波 拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于水面或玻

18、璃会反射出很强的反射光，使得水面下由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片。反射光滤掉，而摄得清晰的照片。6 6、激光、激光：（：（详见课本第详见课本第89-9289-92页）页）【例题例题1】有关偏振和偏振光的下列说法中正有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有确的有 （ ） A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振生偏振B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏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振片才能变为偏振光D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常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看到的绝大部分光都是偏振光 BD【例题例题2】激光具有相干性好、平行度好、亮度激光具有相干性好、平行度好、