光学 光的本性课件

1、第二讲 光的本性走进高考第一关 考点关考 点 精 析 一、光的干涉1.条件:(1)两列光的频率相同,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象.(2)将同一列光波分解为两列光波,可以获得相干光源.双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源.2.杨氏双缝干涉(1)原理如图所示.(2)明、暗条纹的条件.单色光:a.光的路程差r2-r1=k(k=0,1,2)光屏上出现明条纹.b.光的路程差r2-r1=(2k+1) ,(k=0,1,2)光屏上出现暗条纹.白光:光屏上出现彩色条纹.(3)条纹间距公式:x二、光的衍射和光的偏振1.衍射与干涉的比较考 题 精 练1.如图所示的4个图形中，哪个是著名的泊松亮

2、斑的衍射图样( )答案：B2.如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样.分析各图样的特点可以得出的正确结论是（ ）3.如图为双缝干涉实验的装置示意图,其中甲图为用绿光进行实验时,屏上观察到的条纹情况,a为中央亮条纹;乙图为换用另一颜色的单色光实验时观察到的条纹情况,a为中央亮条纹，则下列说法正确的是( )A.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短解析:当实验装置不变情况下，条纹间距跟波长成正比，由于

3、乙图比甲图条纹间距大，因此可能是红光.答案:A5.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答案:AC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

4、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.解读高考第二关 热点关典 例 剖 析考点1 干涉条纹明暗的确定例1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2.110-6 m,现在分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问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410-7 m.(2)已知B光在某种介质中波长为3.1510-7 m,当B光从这种介质射向空气时,

5、临界角为37.答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹由此可知,从S1和S2到P点的路程差S是波长1的3.5倍,所以P点为暗条纹.（2)根据临界角与折射率的关系点评：这类题目的解题关键是看光的路程差是波长的整数倍还是半波长奇数倍,从而确定是明条纹还是暗条纹.A.P和P1仍为这点B.P为亮点,P1为暗点C.P为暗点,P1为亮点D.P、P1均为暗点解析：从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光.由题意,屏中央P点到S1、S2距离相等,即由S1、S2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S1、S2的光程差刚好

6、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S1、S2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考点2 薄膜干涉及其应用例2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

7、纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)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( )A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失 答案：A 解析思路：撤去纸片后,劈形空气薄膜的坡度减缓,相同水平距离上空气薄膜的厚度变化减小,以致干涉时光程差变化减小,条纹变宽,数变少,故A正确.点评：要正确分析本题必须对薄膜干涉产生的原因,条纹分布与薄膜厚度的关系有明确的认识.变式训练2：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

8、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=8.11014 Hz,那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是（ ）A.9.2510-8 mB.1.8510-7 mC.1.2310-7 mD.6.1810-8 m答案：C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的整数倍,即2d=N(N=1,2,),因此,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2.紫外线在真空中的波长是=c/=3.710-7 m,在膜中

9、的波长是=/n=2.4710-7 m,故膜的厚度至少是1.2310-7 m.考点3 光的衍射例3对于光的衍射的定性分析,下列说法中正确的是( )A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候,才能明显地产生光的衍射现象B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果C.光的衍射现象否定了光的直线传播的结论D.光的衍射现象说明了光具有波动性答案:ABD 解析思路：光的干涉和衍射现象无疑说明了光具有波动性,而小孔成像说明光沿直线传播,而要出现小孔成像现象,孔不能太小,可见光的直线传播规律只是近似的,只有在光波波长比障碍物小得多的情况下,光才可以看作是直线传播的,所以光的衍射现象和直线传播

10、并不矛盾,它们是在不同条件下出现的两种光现象,上述选项中正确的有A、B、D.点评：衍射的现象是干涉的结果.变式训练3：在所示图中,A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像,其中图A是光的_(填“干涉”或“衍射”)图像.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_（填“大于”、“小于”或“等于”）图B所对应的圆孔的孔径.衍射小于解析：A图是光的圆孔衍射图.B图呈现的是小孔形状,故为光的直线传播,因此形成B图的圆孔大小比波长大得多,形成A图时,圆孔大小和波长相当或比波长小,故A对应的圆孔孔径小于B对应的圆孔孔径.笑对高考第三关 技巧关考 技 精 讲 一、如何获得相干光源:1.为了获得相干光源,科

11、学家们采用了“一分为二”的方法，将同一列光波分解成两列光波，它们具有相同的频率和恒定的相位差，经过不同的路程然后相遇，产生稳定的干涉现象.杨氏实验和薄膜干涉的相干光源都是这样获得的.2.由于不同光源发出的光频率一般不同,即使是同一光源,它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差,故一般情况下不易观察到光的干涉现象.二、干涉图样分析:1.用单色光做干涉实验观察到的明暗相间的条纹.2.用白光做干涉实验,可观察到光屏上中央是白色的,但两侧出现彩色条纹.这是因为白光是由不同单色光复合而成,从红光到紫光其波长由大到小,它们的干涉条纹间距也是从大到小,屏中央各色光都得到加强混合成白色,但两侧因

12、条纹间距不同而分开成彩色,而且同一级条纹内紫外红.三、薄膜干涉的条纹与膜的厚度的关系在薄膜干涉中,从膜的前后表现反射的光的路程差由膜的厚度决定,故在薄膜干涉中,同一亮条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方,由于光波的波长极短,因此做薄膜干涉实验时所用介质膜应足够薄,才能观察到干涉条纹.四、双缝干涉和棱镜使白光色散的比较1.形成原因不同:双缝干涉是光的干涉现象,棱镜色散是光的折射现象.2.图样不同:由v=和n=c/v可知,在同一种介质中,红光的频率最低,折射率最小,速度最大,波长最大,依次为红橙黄绿蓝靛紫.所以双缝干涉中红光相邻亮纹间距最大,紫光最小;棱镜色散中红光偏转角最小,紫光最大.五、

13、干涉与衍射的理解1.干涉与衍射的比较 2.对干涉与衍射本质的理解：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹.考 向 精 测考向 干涉的成因及现象 用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间的距离d=0.1 mm，双缝到屏的距离L=6.0 m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8 cm，氦氖激光器发出的红光的波长是多少？假如把整个装置放入折射率是4/3的水中，这时屏上的条纹间距是多少？解析：由条纹间距x、双缝间距d、双缝到屏的距离L及波长的关系，

14、可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由x、d、L、的关系，可计算条纹间距.激光器发出的红光的波长是6.310-7 m.如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为答案：6.310-7 m 2.810-2 m第二讲 光的本性基础巩固1.(2008北京高考)下列说法正确的是( )A.用分光镜观察光谱是利用光折射时的色散现象B.用X光机透视人体是利用光电效应C.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象D.门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象解析：B是利用X射线的穿透性,C是全反射现象,D是利用光的折射现象,B、C、D均错误,只有A原理叙述正确.答案:A2.如图所示,用单色光

15、做双缝干涉实验,P处为第二亮纹,改用频率较高的单色光重做实验(其他不变)时,则第二亮纹的位置( )A.仍在P处B.在P点上方C.在P点下方D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹解析：x= ,频率较高的单色光较小,x变小,则条纹间距变小.答案:C3.如图所示是一竖立的肥皂液薄膜的截面,一束单色平行光射向薄膜,在薄膜上产生干涉条纹,则:( )A.干涉条纹的产生是由于光在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B.观察干涉条纹时,应在入射光的同一侧,薄膜上的干涉条纹是水平的C.观察干涉条纹时,应在入射光的同一侧,薄膜上的干涉条纹是竖直的D.用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比用黄光照射时小解析：薄

16、膜干涉是由薄膜的前后表面反射光叠加所产生的干涉,眼睛只有在入射光的一侧才能让反射光进入而观察到干涉现象.波长越长其干涉条纹间距越大.答案:ABD4.奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标,可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量，偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值和标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了，如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是( )A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会

17、明显减弱C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于答案:ACD解析：因为A、B的偏振化方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振A后，变成偏振光，通过B后到O.当在A、B间放糖溶液,由于溶液的旋光作用,使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度,不能再通过B,但当B转过一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时O处光强又为最强,故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度.若偏振片B不动而将A旋转一个角度,再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的偏振方向一致,则A转的角度也为.5.（2009宁

18、夏一中二模）如图所示，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c，则下列说法中正确的是（ ）A.用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距B.用a、b光分别做单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是均匀的C.在水中a光的速度比b光的速度小D.a光在水中的临界角大于b光在水中的临界角解析：由题图知，a光的折射率小，波长长，波速大，临界角大，故A正确，C错误；任何光的衍射条纹宽度都不均匀，故B错误.答案：AD6.(2008名校冲刺高考)光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要器件是真空玻璃管，这些玻璃

19、管可将太阳能转换成水的内能，真空玻璃管表面采用镀膜技术增加透射性，使尽可能多的太阳能转换为内能，这种镀膜技术的物理依据是（ ）A.光的衍射 B.光的粒子性C.光的干涉 D.光的直线传播解析：为了增加透射光，可在真空玻璃管表面镀一层厚度为 的增透膜，物理依据是薄膜干涉，正确选项为C.答案：C能力提升7.（2009福建理综，13）光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（ ）A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C.在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象答案：D

20、解析：用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象（色散现象）；在光导纤维内传送图象是利用光的全反射现象；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，综上可知：D正确，A、B、C错误.8.(2008上海高考)在杨氏双缝干涉实验中,如果( )A.用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源,屏上将呈现红黑相间的条纹C.用红光照射一条狭缝,用紫光照射另一条狭缝,屏上将呈现彩色条纹D.用紫光作为光源,遮住其中一条狭缝,屏上将呈现间距不等的条纹答案:BD解析：白光作为光源,屏上将呈现彩色条纹,A错误;B为红光的双缝干涉,图样为红黑相间,故B正确;红光和紫光频率不同,不能产生干涉图样,C错误;遮住一条狭缝时,紫光将发生单缝衍射,形成衍射图样,D正确.9.(2008天津高考)下列有关光现象的说法正确的是( )A.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由紫光改为红光,则条纹间距一定变大B.以相同入射角从水中射向空气,紫光能发生全反