2022届新课标高中总复习第1轮物理-课件

第2讲光的干涉和衍射色散光的偏振激光

1．双缝干涉

(1)让一束平行的单色光投射到一个有两条相隔很近狭缝的挡板上，平行光的光波会同时传到两狭缝上，成为两个振动情况总是相同的波源，它们发出的光在挡板后面的空间互相叠加，会产生光在一些地方互相加强、在一些地方互相削弱的干涉现象，在挡板后面的屏上产生亮暗相间的条纹，这就是双缝干涉．

(2)产生光的干涉现象的条件．只有由相干波源(即振动情况完全相同的光源)发出的光，才能产生光的干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹．

(3)干涉条纹的特征单色光经双缝产生的干涉图样的亮纹(或暗纹)的宽度相等，即干涉条纹是

等间距的，并且

亮度

相同．

双缝干涉用白光，屏上则出现

彩色条纹

，中间为

白色

，两侧第一组亮纹从里到外由紫到红依次排列．

(4)光的干涉现象证明了光是一种波．光的颜色由光的

频率

决定．

红光

频率最小，在真空中波长最长，

紫光

频率最大，在真空中波长最短．由

红到紫

频率逐渐增大，在真空中波长逐渐减小．

在同种介质中不同频率的可见光折射率

不同，介质对频率高的折射率大.对红光折射率最小，对紫光折射率最大，

红

光传播速度最大，

紫

光传播速度最小．在不同介质中传播速度不同，但

频率

保持不变，

波长

变化．波长、波速和频率的关系是

v=λf

.

2．薄膜干涉薄膜干涉是光照射到薄膜上时，被膜的

前、后表面反射

的两列光相叠加产生的一种干涉现象．在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由

膜的厚度

决定，所以薄膜干涉中同一亮纹或同一暗纹应出现在膜的

厚度相同

的地方．由于光波波长极短，因此做薄膜干涉所用介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹．

3．光的衍射现象光离开直线传播路径而绕到障碍物阴影里的现象就是光的衍射现象．产生明显衍射的条件是：

障碍物或孔的尺寸比光的波长小，或者与光波长相差不多

.

光的衍射现象也是波的主要特征之一，同样可证明光具有波动性．

(1)棱镜常用的棱镜是横截面为三角形的三棱镜，通常简称为棱镜．棱镜对光线的作用．光线照射到棱镜的一个侧面上时，经两个侧面折射后，出射光线向棱镜的底面偏折；物体经棱镜所成的虚像的位置与物体的实际位置比较，像向顶角方向偏移．偏折角度．通过棱镜的出射光线和入射光线的夹角，即偏折角度，跟棱镜的折射率有关，折射率越大，偏折角度越大

.

(2)光的色散复色光在介质中由于

折射率

不同而分解成单色光的现象，叫做光的色散．白光通过棱镜折射后将发生色散现象．光谱，白色光通过棱镜折射后，色散成由各种色光组成的彩色光带，就是光谱．光带的颜色由棱镜的顶角向底边排列依次为

红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色．

光的色散产生原因，是同一介质对不同色光的

折射率

不同而引起的，折射率大的偏折角大．在七种色光中，紫光的折射率最大，所以紫光向棱镜底部偏折程度最大．光的色散表明：白光是

复色光

；同一介质对不同色光的折射率

不同

，不同色光在同一介质中传播速度也不同．

4.光的偏振现象

(1)偏振光的振动方向跟偏振片的透振方向

垂直

时，偏振光不能通过，透射光的强度为零；偏振光的振动方向跟偏振片的透振方向

平行

时，透射光的强度最强，这就是光的偏振现象．

(2)光的偏振现象表明光是

横波

.(3)光振动：光是电磁波，电磁波中电场E和磁感应强度B的振动方向都与电磁波的传播方向

垂直

.光波的感光作用和生理作用等主要由电场强度E所引起，因此常将E的振动称为光振动．(4)自然光：光振动沿各个方向

均匀分布的光就是自然光．普通光源发出的光是自然光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，且各个方向上强度

相等

.(5)偏振光：如果光振动

只沿一个特定方向，这束光就是偏振光．人们通常看到的绝大部分光都是偏振光．

5．激光激光是从物质的

原子

中发生受激辐射，同时向同一方向产生

相同频率

的光子而发射出来的光．激光的特点有①

极好的相干性

；②

平行度非常好

；③

亮度高

，即可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．

1．怎样解释薄膜干涉现象？

解答：当肥皂膜竖直放置，由于重力作用，膜上薄下厚．光照射到肥皂膜上，经前、后表面两次反射，又叠加在一起，后表面反射光的路程比前表面反射多2倍膜厚．若膜厚度2倍等于波长的整数倍，两列光波加强，呈现亮纹．若某种膜厚度的2倍等于半波长奇数倍，此处两列波互相减弱，出现暗纹．膜厚度变化是连续的，就出现亮暗相间的干涉条纹．2．典型的光的衍射实验有哪些？解答：圆孔衍射．点光源照射到其直径与光的波长差不多的圆孔上时，正对孔区域的屏上有一亮斑，亮斑周围出现明暗相间的环纹，且照亮的区域比光沿直线传播时应照亮区域明显大些．单缝衍射．在一个不透明的屏上装一个宽度可调节的缝隙，缝后放一个不透光的屏，用平行单色光照射这一狭缝．调节缝的宽度到很窄时，光屏上就出现明暗相间的条纹，即为衍射图样．

泊松亮斑．用一束平行光垂直照射到一个不透明的足够小的圆板上，在圆板背后的阴影中心会出现一个亮点，亮点周围有环形条纹．这个亮点就是泊松亮斑，它是光的衍射理论的必然结果．衍射条纹不是等间距的，中央亮斑亮度最大．若入射光是单色光，环形条纹明暗相间；若入射光为白光，则环形条纹是彩色的．

取两只圆柱形铅笔并在一起，两笔间自然留下一很窄的狭缝，将铅笔靠近眼睛，远离日光灯(或太阳)，并将狭缝与日光灯灯管平行，就会看到许多平行的彩色衍射条纹．

3．干涉、衍射现象有何区别？

解答：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别：双缝干涉条纹是等间距、等亮度的，而单缝衍射条纹除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小．对着日光从两铅笔的窄缝中看到的彩色条纹是光的衍射现象．

1．干涉的条件及规律

例1：在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，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(

)A．只有红色和绿色的干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失

B．红色和绿色的干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹仍然存在

C．任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光

D．屏上无任何亮光

解析：只有频率相同，相差恒定的两列光波相遇，才会产生稳定的干涉图样，红、绿光频率不同，不会产生干涉，但屏仍会被照亮．

【答案】C

方法点拨：正确解答本题，要了解杨氏干涉的成因及杨氏巧妙地获得相干光的方法，同时准确把握干涉条件．另外，本题所给四个选项，互不相容，因此本题答案具有唯一性，这一类选择题在物理学科中十分常见，可以考虑采用排除法．变式训练１：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BD例２：(2010·雅礼中学)在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图12­2­1所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们中间形成一个厚度均匀的空气膜，现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化，当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则(

)图12­2­1

A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强

B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消

C．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加

D．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加解析：出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相加强，设温度从t1升至t2过程中，A的高度增加h，则2h＝λ，故h＝.

【答案】D

方法点拨：薄膜干涉常见的应用有：照相机、望远镜镜头表面的增透膜；检查工件表面是否平整．

变式训练２：如图12­2­2所示的是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，关于竖立肥皂液薄膜上产生光的干涉现象的说法中正确的是(

)图12­2­2

A．干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加

B．干涉条纹的暗纹是由于上述两列反射波的波谷与波谷叠加而成

C．用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射时小

D．薄膜上干涉条纹基本上是竖立的

解析：薄膜干涉的形成是薄膜前后表面分别反射出来的两列光波的叠加．选项A正确．干涉条纹的暗纹是由于这两列反射波的波谷与波峰叠加而成，选项B不对．绿光的波长比黄光的短，干涉条纹间距比黄光照射时小，选项C正确．由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗相间的条纹，选项D不对．

答案：ＡＤ

2．衍射图样和干涉图样

例3：在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是(

)A．a、c

B．b、cC．a、d

D．b、d图12­2­3

解析：a为双缝干涉图样，b、d为单缝衍射图样(对比看b应为某单色光的衍射图样，d应为白光的衍射图样)，c应该为教材中的水波的衍射图样．综上所述正确答案为D.

答案：D方法点拨：

(1)光照射到一个狭缝上产生的衍射叫单缝衍射．

(2)用小圆屏进行衍射实验，满足一定条件时，衍射图样是在圆盘的阴影中心出现泊松亮斑．

(3)若用小圆孔进行衍射实验，衍射图样是一系列同心圆环．

变式训练３：物理学家托马斯·杨最先验证了光的干涉现象，实验装置如12­2­4所示，M为竖直(水平)的线光源a(b)，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏，下列说法正确的是(

)如12­2­4A．若M选a(竖直