第4讲 光干涉 衍射 偏振

第4讲光的波动性2、干涉的条件：两列频率相同、振动情况完全相同的光源．一．光的干涉1、光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被加强，出现明纹，某些区域的光被减弱，出现暗纹，且明暗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条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。第一课时光的干涉光的衍射光的偏振

⑵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（n=0、1、2、3……)4、出现明条纹和暗条纹的条件：⑴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（n=0、1、2、3……)5、两种典型的干涉⑴双缝干涉及其图样特点SS1S2P单色光单缝双缝光屏①实验装置：双缝S1、S2到单缝S的距离相等，且双缝很近，双缝可获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)③明（暗）纹间距的公式：l：双缝到光屏的距离；d：两缝间的距离；λ：照射光的波长。②明、暗条纹的条件：明条纹：暗条纹：（n=0、1、2、3……)（n=0、1、2、3……)x④图样特点：实验装置不变的条件下，红光干涉条纹的间距最大，紫光干涉条纹的间距最小；若用白光，在屏上得到彩色条纹，且中央为白色．

【例与练】（2011年北京卷）如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P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()A、增大S1与S2的间距

B、减小双缝屏到光屏的距离

C、将绿光换为红光

D、将绿光换为紫光SS1S2P单色光单缝双缝光屏C【例与练】

2005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双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹．已知入射激光波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，设P1处的亮纹恰好是10号亮纹，直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2－r1等于(

)A．5λ

B．10λC．20λ D．40λS1S2P1P挡板屏激光LB⑵薄膜干涉及其图样特点①薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉．②明、暗条纹的条件：明条纹：暗条纹：（n=0、1、2、3……)（n=0、1、2、3……)其中h是对应部分薄膜的厚度.④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、肥皂膜、水面上的油花．③图样特点：同一条明(或暗)条纹对应薄膜厚度相同，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．⑤薄膜干涉应用：a.检查物体表面的平整程度在薄膜干涉中，同一条亮条纹出现在膜的厚度相同的地方。被检查标准若条纹向膜较薄那侧弯曲，说明被检查表面对应部分凹若条纹向膜较厚那侧弯曲，说明被检查表面对应部分凸b.

增透膜：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1/4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。【例与练】如图所示，是用干涉法检查某厚玻璃的上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而成的（）A、a的上表面和b的下表面B、a的上表面和b的上表面C、a的下表面和b的上表面D、a的下表面和b的下表面C【例与练】

（08上海卷）用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）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，观察到的现象是（）（A）当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°（B）当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°（C）当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°（D）干涉条纹保持原来状态不变D二．光的衍射1、光的衍射：光绕过障碍物偏离直线传播的现象．2、光发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多，甚至比光的波长还小．3、几种衍射现象⑴圆孔衍射：明暗相间的同心圆环，中央是最大最亮的圆斑．⑵单缝衍射：中央亮纹最宽最亮，两侧明暗相间，条纹窄且暗，若用白光时中央为白色，两侧为彩色．激光束屏⑶泊松亮斑：光照在一个不透明的小圆板上，在圆板后面一定距离的屏上出现：中间是亮斑，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。泊松亮斑光的干涉和衍射的比较

内容光的干涉光的衍射现象在光重叠区域出现明暗相间或彩色条纹的现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象．产生条件两束光频率相同、相位差恒定，即必须是相干光源障碍物或孔的尺寸与波长差不多或比波长更小(明显衍射的条件)典型实验双缝干涉(薄膜干涉)单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)图样特点中央明纹，两边等间距分布的明暗相间条纹中央最宽最亮，两边不等间距分布的明暗相间条纹应用检查平面，增透膜，测定波长衍射光栅相同点干涉、衍射是波特有的现象，属于波的叠加，光的干涉和衍射都有明暗相间的条纹【例与练】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B．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D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽ACD【例与练】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，则像屏上观察到（）A、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。C、一条亮纹。D、一片亮光。B【例与练】如图所示，两个同种玻璃制成的三棱镜，顶角α1略大于α2，两单色光1和2分别垂直入射三棱镜，其出射光线与竖直界面的夹角β1＝β2，则(

)A．在棱镜中1光的传播速度比棱镜中2光的传播速度小B．1光的频率大于2光的频率C．让1光和2光通过同一双缝干涉装置，1光的条纹间距小于2光的条纹间距D．在利用1光和2光做衍射实验时，1光的实验效果显著D三．光的偏振1、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一个特定方向振动的光．如自然光经偏振片作用后的光．2、自然光：在与光波传播方向垂直的平面内光振动(指E的振动)沿各个方向振动强度都相同．如由太阳、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，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片．4、偏振光的产生⑴偏振片只让某一方向振动的光通过.⑵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，叫检偏器．（请细读课本P87-88)⑶自然光射到两种介质的界面上，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．i1n2n⑵应用：照相机偏振镜、立体电影5、偏振光的理论意义及应用⑴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．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，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片。6、激光：（详见课本第89-92页）【例题1】有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（） A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B.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，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光BD【例题2】激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是(

)A．激光是纵波B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同C．两束频率不同的激光能产生干涉现象D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离D【例题3】

用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图象更清晰．如果将