第三课时 光的本性

1、第三课时 光的本性第一关:基础关 展望高考基础知识一光的干涉知识讲解1.光的干涉现象(1)光的干涉:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被加强,出现亮纹,某些区域的光被减弱,出现暗纹,且加强区域和减弱区域互相间隔的现象叫做光的干涉现象.(2)干涉的条件:两列频率相同、振动情况完全相同的光相遇.2.常见的典型的干涉现象(1)双缝干涉产生明暗条纹的条件:双缝处光振动情况完全相同,光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍处出现明条纹,与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹.条纹的特点:相邻明条纹(或暗条纹)的间距相等,且x= ,其中为波长,d为双缝间距,l为缝到屏的距离.实验装置不变的条

2、件下,红光干涉条纹的间距最大,紫光的干涉条纹间距最小;若换用白光,在屏上得到彩色条纹,且中央为白色. (2)薄膜干涉及其图样特点薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)上下两表面的反射光波相遇而形成的干涉.图样特点:同一条亮(或暗)条纹对应薄膜厚度相等,单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹,白光入射时形成彩色条纹.活学活用1.如图所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环.以下说法正确的是( )A.干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加

3、形成的B.干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的解析:薄膜干涉中的“薄膜”指的是两个玻璃面之间所夹的空气膜,故选项A是正确的,B是错误的,两列波的路程差满足一定的条件:如两列波的路程差是半波长的偶数倍,形成明条纹;如两列波的路程差是半波长的奇数倍,形成暗条纹,明暗条纹间的距离由薄膜的厚度决定,膜厚度不是均匀变化的,则干涉条纹不等距,故选项C是正确的.答案:AC二光的衍射知识讲解(1)衍射现象光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射.(2)发生明显衍

4、射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长差不多时,光才能发生明显的衍射现象. (3)三种不同的衍射现象小孔衍射取一个不透光的屏,在屏中间开一个较大的圆孔.用点光源照射时,在像屏上就出现一个光斑,这是光沿直线传播的结果.圆孔小一些,可以看到像屏上的光斑也随着减小.但是当圆孔很小时(直径小于0.1 mm)时,像屏上的光斑不仅不减小,反而成为一些明暗相间的圆环,这些圆环的面积,远远超过了光按直线传播所能照到的范围,就是说光绕到小孔以外的区域中去了,这就是光通过小孔产生的衍射现象.说明:a.单色光照射时,中央为亮圆,外面是亮度越来越暗的亮环.b.白光照射时,中央亮圆为白色,周围是彩色圆环

5、.单缝衍射当狭缝很窄时,光通过狭缝后就明显地偏离了直线传播方向,像屏上被照亮的范围变宽,并且出现了明暗相间的条纹.这就是单缝衍射.说明:a.在衍射现象中,中央亮条纹与两边的亮条纹相比有明显的不同,中央亮纹不仅亮度大,宽度也大.b.用白光照射单缝时,中间是白色亮条纹,两边是彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,最远离中央的是红光.泊松亮斑把一个小圆盘状物体放在光束上,在距这个圆盘一定距离的像屏上,圆盘的影的中心会出现一个亮斑.活学活用2.下图中,A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图象,其中图A是光的_(填“干涉”或“衍射”)的图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_(填“大于”或“

6、小于”)图B所对应的圆孔的孔径.解析:图A是单色光射到小圆孔而形成的光的衍射图象;图B是光射到较大的圆孔,由于光沿直线传播而形成的圆形光斑.只有在光的波长比障碍物小得多的情况下,光才可看做是直进的,在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小的时候,衍射现象就十分明显了,因此A对应圆孔的孔径小于B对应圆孔的孔径.答案:衍射 小于三光的电磁说知识讲解1.光的电磁本性:麦克斯韦认为光是一种电磁波,赫兹用实验证实了这一学说.2.电磁波谱(1)电磁波按波长由大到小的顺序为:无线电波红外线可见光紫外线X射线射线.(2)不同电磁波产生的机理不同:无线电波由振荡电路中自由电子的周期性运动产生;红外线

7、可见光紫外线由原子的外层电子受激后产生;伦琴射线(X射线)由原子的内层电子受激后产生;射线是原子核受激发后产生的. (3)不同电磁波的特性不同:无线电波易发生干涉和衍射;红外线有显著的热作用;可见光可引起视觉作用;紫外线有显著的化学作用;伦琴射线的穿透作用很大;射线的穿透作用更强.活学活用3.CT的扫描部分主要由X射线管和检测器组成,X射线贯穿人体各部分后,为检测器所接收.检测器接收到射线的强弱决定于人体截面的组织密度.检测器所测得的不同强度信号经电子计算机处理后转换成图像,可在荧光屏上显示出来,也可用胶片拍摄出来.综上所述,回答下列(1)(2)题:(1)发现X射线的科学家是( )A.贝克勒耳

8、 B.玛丽居里C.伦琴 D.卢瑟福解析:根据物理学史可以知道发现X射线的科学家是伦琴.答案:C(2)用CT诊断是利用X射线的( )A.电离能力 B.穿透能力C.速度大 D.能使胶片感光解析:根据X射线的特点可知CT主要是应用了X射线的穿透能力.答案:B 四光的偏振知识讲解1.光的偏振(1)偏振:横波只沿某一特定的方向振动,称为波的偏振.(2)偏振光:在垂直于光波传播方向的平面内,只沿某一个特定方向上振动的光.2.对光的偏振现象的理解(1)偏振光的产生方式自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检

9、偏器.自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直. (2)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,但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明光波是横波.应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.活学活用4.在拍摄日落水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是( )A.减弱反射光,从而使景物的像清晰B.增强反射光,从而使景物的像清晰C.增强透射光,从而使景物的像清晰D.减弱透射光,从而使景物的像清晰解析:由于反射光的干扰,景物的像常常比较模糊,装上偏振片的目

10、的是减弱反射光,使透振方向与反射光的振动方向垂直,但不能增强透射光.答案:A第二关:技法关 解读高考解题技法一光的干涉和衍射的比较分析技法讲解光的干涉和光的衍射的比较分析(1)双缝干涉和单缝衍射都是波叠加的结果,只是干涉条纹是有限的几束光的叠加,而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加.在双缝干涉实验中,光在通过其中三个狭缝时,都发生了衍射而形成三个线光源.所以,一般现象中既有干涉又有衍射. (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发生色散现象,且中央白光的边缘均呈红色.(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

11、,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.典例剖析【例1】 如图所示,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,下列判断正确的是( )A.甲为单缝衍射的图样 B.乙为双缝干涉的图样C.甲为双缝干涉的图样 D.乙为单缝衍射的图样解析 双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的,单缝衍射的条纹是中间宽,两侧逐渐变窄.由此可见,选项AB正确.这类题目要求掌握干涉衍射图样的差别条纹宽度亮度的差别,还要掌握不同色光的干涉衍射图样的不同,并知道造成这种不同的根本原因.答案 AB二干涉现象中亮、暗条纹的判断技法讲解干涉现象中亮暗条纹的判断(1)明确亮条纹的产生条件是l=n,(n=0,1,2,3,

12、)(2)明确暗条纹的产生条件是l=(2n+1) ,(n=0,1,2,3,)(3)计算出题中所给的光程差为多少倍的波长.(4)根据亮暗条纹产生的条件判断该点为亮条纹还是暗条纹.典例剖析【例2】 在双缝干涉实验中,若照射光的波长是600 nm,从双缝S1和S2照射到屏上的P点和Q点的光程差分别为l=1200 nm和l=1500 nm,如图所示,则屏上P点是_条纹,Q点是_条纹.明暗解析 因为光的波长为=600 nm,而l=1200 nm=2,符合亮条纹的产生条件,故P点是亮条纹;因为l=1500 nm=5 ,符合暗条纹的产生条件,故Q点是暗条纹.三双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法技法讲解双缝干涉

13、中条纹间距和位置的判断方法(1)影响条纹间距的因素:相邻亮纹或相邻暗纹的间距是x与双缝到屏的距离L成正比,与两狭缝之间的距离d成反比,与光的波长成正比.即x= (2)中央位置是亮纹还是暗纹的条件:双缝到光屏中央距离相等,光程差为零,如果两光源振动完全一致,中央一定是亮纹;如果两光源振动正好相反,则中央为暗纹.综合以上两点可知:(1)为了观察到清晰的干涉图样,必须使双缝距离d小到与波长相当,且使Ld.(2)同样条件下,红光的干涉条纹间距最大,紫光最小.这就是白光干涉条纹中央为白光,两边出现彩色光带的原因.典例剖析【例3】 如图所示是双缝干涉实验装置,使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S,在

14、光屏中央P处观察到亮条纹,在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心(即P1到S1S2的光程差为一个波长),现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝,则( )A.P和P1仍为亮点B.P为亮点,P1为暗点C.P为暗点,P1为亮点D.PP1均为暗点解析 从单缝S射出的光波被S1S2两缝分成的两束光为相干光.由题意,屏中央P点到S1S2距离相等,即由S1S2分别射出的光到P点的路程差为零,因此是亮纹中心.因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P点都是中央亮纹的中心.而P1点到S1S2的光程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=橙,则两列光波到达P1点振动情况完全一致,振动

15、得到加强,因此,出现亮条纹.当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1-P1S2|=600 nm=(3/2)400 nm=3紫/2,则两列光波到达P1点时振动情况完全相反,即由S1S2射出的光波到达P1点时就相互削弱,因此,出现暗条纹.综上所述,选项B正确.答案 B四电磁波谱及其应用技法讲解电磁波谱及其应用(1)阴极射线是高速电子流,X射线是一种电磁波.(2)X射线和射线的频率范围有重叠区域,无线电波和红外线的频率范围也有重叠区域.(3)红外线紫外线X射线比较表应用红外线遥感勘测地热寻找水源估计农作物长势红外摄影红外线遥控加热物体烘干油漆谷物烤制食品照射荧光物质发光防伪促进人体合成维生素D防

16、止诱发皮肤癌杀菌消毒检查金属部件砂眼裂纹透视人体典例剖析【例4】 关于电磁波谱,下列说法中正确的是( )A.红外线比红光波长长,它的热作用很强B. X射线就是伦琴射线C.阴极射线是一种频率极高的电磁波D.紫外线的波长比伦琴射线长,它的显著作用是荧光作用 解析 本题主要考查了电磁波的产生机制和特性.在电磁波谱中,红外线的波长比可见光长,而红光属于可见光,故选项A正确.阴极射线与电磁波有着本质不同,电磁波在电场磁场中不偏转,而阴极射线在电场磁场中会偏转,电磁波在真空中的速度是3108 m/s,而阴极射线的速度总是小于3108 m/s,阴极射线的实质是高速电子流,故选项C错误.X射线就是伦琴射线,是

17、高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波,故B项正确.由于紫外线的显著作用是荧光作用,而伦琴射线的显著作用是穿透作用,故选项D正确.答案 ABD第三关:训练关 笑对高考随堂训练1.如图所示的4个图形中,哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )答案:B2.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( )A.只有红光和绿光的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红光和绿光的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮D.屏上无

18、任何光亮解析:由题意可知,从一条缝透出的光是红光,另一条缝透出的光是绿光.由于红光和绿光的频率不同,不是相干光,不能发生干涉,但都能产生单缝衍射现象,屏上仍有红光和绿光各自的衍射条纹叠加后的光亮.综上分析可知,选项C正确.答案:C3.一些高层建筑物外墙使用的幕墙玻璃,白天在外面的人看不清室内的物体,而室内的人却能较清楚地看见外面的景物,其原因是( )A.在玻璃的外表面涂有增透膜B.在玻璃的外表面涂有高反膜(即对光的反射率大于透射率的物质)C.在玻璃的外表面涂有能大量吸收光的物质D.在玻璃的外表面涂有不透光的彩色薄膜解析:高反膜原理与增透膜原理相反,即从玻璃前后表面反射出来的光叠加增强,则根据能量守恒定律可知,透射光必减弱,所以在玻璃外面涂有高反射膜时,外面的人看不清室内物体,而室内的人却能清楚地看到外面的景物.答案:B4.如图所示,让自然光照到PQ两偏振片上,当PQ两偏振片的透射光偏振方向间的夹角为以下哪些度数时,透射光的强度最弱( )A.0 B.30 C.60 D.90答案:D5.2008年5月12日14时28分,我国四川省汶川发生了里氏8.0级特大地震,在这次救援行动中,生命探测仪的使用大大提高了找寻废墟下被压埋人员的速度和准确性,常见的生命探测仪有光学生命探测仪,声波振动生命探测仪,红外热像生命探测仪,雷达生命探测仪等.光学生命探测仪可以通过废墟堆积层