物理光学 『夯实基础知识』
一．光的干涉和衍射 1．双缝干涉
干涉是波独有的特征。如果光是一种波，就应该能观察到光的干涉现象。1801年，托马斯 杨利用双缝，终于成功地观察到了光的干涉现象。
（1）两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象。 （2）产生干涉的条件
两个振动情况总是相同的波源叫相干波源，只有相干波源发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。 形成相干波源的方法有两种：
⑴利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。
⑵设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。
（3）双缝干涉实验规律
①双缝干涉实验中，光屏上某点到相干光源1S 、2S 的路程之差为光程差，记为δ。
若光程差δ是波长λ的整倍数，即λδn =（n=0，1，2，3…）P 点将出现亮条纹；若光程差δ是半波长的奇数倍2
)
12(λ
δ+=n （n=0，1，2，3…），P 点将出现暗条纹。
②屏上和双缝1S 、2S 距离相等的点0P ，若用单色光实验该点是亮条纹（中央条纹），若用白光实验该点是白色的亮条纹。
③若用单色光实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实验，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹。 ④屏上明暗条纹之间的距离总是相等的，其距离大小x ?与双缝之间距离d 、双缝到屏的距离l 及光的波长λ有关，即λd
l
x =
?。在l 和d 不变的情况下，x ?和波长λ成正比，应用该式可测光波的波长λ。 ⑤用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距红x ?最大，紫光干涉条纹间距紫x ?最小，故可知
红λ大于红紫νλ,小于紫ν。
S 1 S 2
S
2
2．薄膜干涉
（1）薄膜干涉的成因：
由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成，劈形薄膜干涉可产生平行相间的条纹。 （2）薄膜干涉的应用
①增透膜：透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4。
②检查平整程度：待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹，待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹是平行的；反之，干涉条纹有弯曲现象。 3．光的衍射 （1）光的衍射现象
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。
衍射也是波的特性。如果光是一种波，就应该能观察到光的衍射现象。但由于可见光的波长在m 710 数量级，而一般物体的大小比这个尺度大得多，因此很难看到明显的光的衍射现象。 （2）光发生明显衍射现象的条件
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
缝和孔的衍射现象的规律是相同的：在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄（或孔变小）时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。
注意关于衍射的表述一定要准确。（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射） ①各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
②发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。 ③在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。 （3）衍射图样
①单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同。白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光。 ②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。
③泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一。
双缝干涉和单缝衍射的联系与区别
⑴双缝干涉和单缝衍射的图样都是明暗相间的条纹。但双缝干涉的条纹间距是等宽的，亮度也是均匀的；而单缝衍射的条纹是中央宽，两边窄，亮度分布也是中央亮两边暗。
⑵双缝干涉装置中，入射光从单缝到双缝之间的传播过程中，实际上已经发生了衍射；单缝衍射中的亮、暗纹的形成，可以看成是从单缝不同位置射出的光在光屏处发生干涉，这些干涉条纹叠加后形成的就是单缝衍射的结果 三．1光的偏振 ⑴偏振现象
在沿同一个方向传播的纵波中，所有介质质点的振动方向都和波的传播方向平行，因此振动总是发生在同一条直线上的；而在沿同一个方向传播的横波中，介质质点的振动方向和波的传播方向是垂直的，而跟波的传播方向垂直的方向有无穷多种可能，沿同一方向传播的横波，质点的振动方向可能是不同的，因此会发生偏振现象。能否发生偏振，是纵波和横波的区别。利用偏振可以判定一种波是横波还是纵波。 （2）偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱的光即
为偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。 （3）自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。 （4）光的偏振现象证明光是横波 （5）偏振光的应用
偏振光可用于摄影。在拍摄照片时为消除水面或玻璃表面多余的反光，可以在照相机镜头前装偏振滤光片，让其透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光的干扰，使拍出的相片影象清晰。 偏振光还可用于拍摄和观看立体电影。 2．激光
（1）光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量后处于不稳定状态，会以光子的形式把能量发射出来。
（2）普通光源中的各个原子何时发光，发出什么频率的光，向什么方向发光，都是不确定的。即使同一个红色灯泡发光，也不能保证发出的光频率相同（3.9-4.9×1014Hz ），因此不能得到稳定的干涉图样。 （3）激光是一种人工相干光，激光的特点有 ⑴激光是人工产生的相干光。
⑵激光的平行度好。（可以用来测距、测速；可以用来刻录、读取光盘）
⑶激光的亮度高。（切割、焊接、打孔、手术用光刀、治疗视网膜剥落；用于人工控制聚变） 重要应用有：通信、测距、光盘读取、切割等。 四．实验用双缝干涉测光的波长
1．实验目的：学会观察双缝干涉图样。掌握用双缝干涉测定单色光波长的方法 2．实验原理：如图所示，
电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S 时发生衍射，这时单缝S 相当于一单色光源，衍射光波同时到达双缝1S 和2S 之后，再次发生衍射，1S 、2S 双缝相当于二个步调完全一致的单色相干光源，透过1S 、2S 双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，1S 、2S 到屏上P 点的路程分别是1r 、2r 两列光波传到P 的路程差||21r r r -=?，设光波波长为λ
1、若),2,1,0(?±±==?n n r λ，两列波传到P 点同相，互相加强，出现明条纹。 2．若),2,1,0()12(2
?±±=+=?n n r λ，两列波传到P 点反相，互相减弱，出现暗条纹。
这样就在屏上得到了平行于双缝1S 、2S 的明暗相间的干涉条纹。相邻两条明纹间的距离x ?与入射光波长λ，双缝1S 、2S 间距离d 及双缝与屏的距离l 有关，其关系式为l d
x λ?=
，因此，只要测出x ?、d 、
l 即可测出波长λ。
两条相邻明（暗）条纹间的距离x ?用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。
转动手轮，分划板会左、右移动，测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图所示）记下此时手轮上的读数1a ，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数2a ，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离，即||21a a x -=?。
x ?很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n 条明条纹间的距离a ，再推算相邻两条明（暗）条纹
间的距离，)1/(-=?n a x 。 3．实验器材
双缝干涉仪即：光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双逢、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺 4．实验步骤
（1）观察双缝干涉图样
①将光屏、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如图所示。
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。
③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线射到光屏。
④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5cm —10cm ，这时，可观察白光的干涉条纹。
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 （2）测定单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 ②使分划板中心刻线对齐某亮条纹中
央，记下手轮上的读数1a ；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数2a ；并记下两次测量时移过的条纹数n ，则相邻两亮条纹间距||1
2n
a a x -=?
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l （d 是已知的）。 ④重复测量、计算，求出波长的平均值。 ⑤换用不同滤光片，重复实验。 4．注意事项
（1）双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒，测量头等元件。
白炽灯
滤光片 单缝 双缝
遮光筒
屏
（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去。
（3）安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行。
（4）光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
（5）调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节。
现有毛玻璃屏A 、双缝B 、白光光源C 、单缝D 和透红光的滤光片E 等光学元件，要把它们放在图18-9中图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
⑴将白光光源C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C 、_________、A 。 ⑵本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； ③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意___________________和___________________。
⑶将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数__________mm ，求得相邻亮纹的间距Δx 为__________mm 。
⑷已知双缝间距d 为2.0×10-4m ，测得双缝到屏的距离l 为0.700m ，由计算式λ=________，求得所测红光波长为__________nm 。
（5）一下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离 A ．增大单缝和双缝之间的距离 B ．增大双缝和光屏之间的距离 C ．将红色滤光片改为绿色滤光片 D ．增大双缝之间的距离
图2
图实18-9
光的干涉和衍射的区别与联系 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础性学 科,其中光的干涉与衍射现象是光学课程最主要的内容之一 ： 也是现代光学的基础。如傅立叶光学，全息学，光传输和光波导等理论基础。 干涉和衍射现象是一切波动所特有的，也是用于判断某 种物质是否有波动性的判据。从理论上分析，干涉和衍射都是 光波发生相干叠加的结果。光波叠加的原理表述为对于真空中传播的光或在媒质中传播的不太强的光，当几列光波相遇时,其合成光波的光矢量E等于各分光波的光矢量E1,E2,E3, 的矢量和，即 E=E1+E2+E3 ....... =E Ei 而在相遇区外各列光波仍保持各自原有的特性频率 波长振动方向等和传播方向继续传播就好像在各自的路径上没有遇到其他的波一样。 在我们的日常生活中就有不少的干涉现象，例如，水面 上的油膜在太阳光的照射下呈现出五彩缤纷的美丽图像。 儿童吹起的肥皂泡在阳光下也显出五光十色的彩纹，这些都是光在薄膜上干涉所产生的图样。
光的干涉现象的广义定义为“两束（或多束）频率相同振动偏振方向一致振动位相差恒定的光在一定的空间 范围内叠加其光强度分布与原来两束或多束光的强度之和不同的现象。”为了突出“相干叠加”与“非相干叠加”在空间强度分布的明显的差别又有了狭义的定义 “满足一定条件的两束或多束光在空间叠加后其合振动有些地方固定的加强有些地方固定的减弱强度在 空间在有一种周期性的变化的稳定分布” 。 根据光源分成两束时所采用的方法不同干涉分为两种： (1)由波阵面造成的干涉将点光源发出的波阵面分割为两 个或两个以上的部分 使它们通过不同的光路后交叠起来。 (2)由振幅分割造成的干涉用半透膜等波阵面上同一点处的振幅分成两个或更多个部分然后使这些波相遇而叠加起来。 让我们在日常生活中来观察光的衍射现象伸出你的手 把两个指头并拢靠近眼睛通过指缝观看电灯灯丝使缝与灯丝平行可以看到灯丝两旁有明暗相间的并带有彩色 的平行条纹这就是光通过指缝产生的衍射现象。 光的直线传播和衍射现象是有内在联系的衍射现象是光的波动特性的最基本的表现光的直线传播不过是光 的衍射现象的极限而已。惠更斯菲涅尔原理指出。在同一
考点92 光的干涉、衍射和偏振 要求：Ⅰ 1）光的干涉现象：是波动特有的现象，由托马斯?杨首次观察到。 （1）在双缝干涉实验中，条纹宽度或条纹间距： λd L x =? L ：屏到挡板间的距离，d ：双缝的间距，λ：光的波长，△x ：相邻亮纹（暗纹）间的距离 （2）图象特点： 中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。红光（λ最大）明、暗条纹最宽，紫光明、暗条纹最窄。白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。 2）光的颜色、色散 A 、薄膜干涉（等厚干涉）： 图象特点：同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度完全相等。 不同λ的光做实验，条纹间距不同 单色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平状明暗相间条纹 B 、薄膜干涉中的色散 ⑴、各种看起来是彩色的膜，一般都是由于干涉引起的 ⑵、原理：膜的前后两个面反射的光形成的 ⑶、现象：同一厚度的膜，对应着同一亮纹（或暗纹） ⑷、厚度变化越快，条纹越密 白光入射形成彩色条纹。 C 、折射时的色散 ⑴光线经过棱镜后向棱镜的底面偏折。折射率越大，偏折的程度越大 ⑵不同颜色的光在同一介质中的折射率不同。同一种介质中，由红光到紫光，波长越来越短、折射率越来越大、波速越来越慢 3）光的衍射：单缝衍射图象特点：中央最宽最亮；两侧条纹不等间隔且较暗；条纹数较少。（白光入射为彩色条纹）。 光的衍射条纹：中间宽，两侧窄的明暗相间条纹（典例：泊松亮斑） 共同点：同等条件下，波长越长，条纹越宽 4）光的偏振：证明了光是横波；常见的光的偏振现象：摄影，太阳镜，动感投影片，晶体的检测，玻璃反光 ⑴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。 ⑵当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。 当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。 当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。 ⑶只有横波才有偏振现象。 ⑷光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E 所引起的，因此常将E 的振动称为光振动。 ⑸除了从光源（如太阳、电灯等）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。自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。 ⑹偏振现象的应用：拍摄、液晶显示、汽车车灯（偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45°）、立体电影（左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同）
5.3 光的衍射和偏振 三维教学目标 1、知识与技能 （1）认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解； （2）了解光产生明显衍射的条件，及衍射图样与波长、缝宽的定性关系。 2、过程与方法 （1）通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力； （2）通过观察实验培养学生观察、表述物理现象，概括规律特征的能力，学生亲自做实验培养学生动手的实践能力。 3、态度、情感、价值观 （1）通过对“泊松亮斑”的讲述，使学生认识到任何理论都必须通过实践检验，实验是检验理论是否正确的标准。 教学重点：通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性；光的衍射现象与干涉现象根本上讲都是光波的相干叠加。 教学难点：正确认识光发生明显衍射的条件；培养学生动手实验能力，教育学生重视实验，重视实践 1、常见的衍射现象有那些？ 小孔衍射、小屏衍射、单缝衍射、边缘衍射。 例1：在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到 ( ) A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹 C.彩色的直条纹 D.彩色的弧形条纹 例2：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.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 2、为什么平时很难见到光的衍射现象？ （发生衍射现象的条件）因为发生明显衍射现象的条件为：逢、孔、障碍物的尺度与波长接近时。由于光的波长很短，所以生活中很难看到光的衍射现象。 例1：如图4-2所示，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图案.其中图A是光的_____(填“平行”或“衍射”)图象，由此可判断出图A所对应的圆孔的孔径_____(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径。 3、什么是“泊松亮斑”？ 谁提出了“泊松亮斑”？提出的目的是什么？谁证实了“泊松亮斑”的存在？你从中能体会到什么？ 著名数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出：把一各不透光的小圆盘放在光束中，在小圆盘后方的光屏上，圆盘阴影中央出现一个亮斑。后人称此亮斑为泊松亮斑。泊松指望这 用心爱心专心- 1 -
第4课时光的干涉衍射和偏振 导学目标 1.掌握光的干涉现象产生的条件，特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断方法.2.掌握光产生明显衍射的条件，以及衍射与干涉现象的区别.3.掌握光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 一、光的干涉 [基础导引] 1．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7m，如果用频率 6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹．2．描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的．利用光的干涉检查平整度时，观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置．为什么薄膜干涉条纹是等厚线？ [知识梳理] 1．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是________的相干光波．屏上某点到双缝的路程差是________________时出现亮条纹；路程差是半波长的________时出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝的距离l之间的关系为____________． 2．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)____________反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度________． 特别提醒 1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样． 2．单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹． 二、光的衍射 [基础导引] 太阳光照着一块遮光板，遮光板上有一个较大的三角形孔．太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑．请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化？说出其中的道理． [知识梳理] 1．光________________________________的现象叫光的衍射． 2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象． 3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)． 特别提醒 1.光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同． 2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分． 三、光的偏振 [基础导引]
13-11 一单色平行光垂直照射一单缝，若其第三级明条纹位置正好与6000ο A 的单色平行光的第二级明条纹 位置重合，求前一种单色光的波长． 解：单缝衍射的明纹公式为： sin (21) 2a k λ ?=+ 设x λλ=时，3=k ，由已知：当6000=λo A 时，2=k ，二者重合时?角相同，所以有 )132(2 6000 ) 122(sin +?=+?=?a 2x λ 解得 428660007 5 =?=x λ(o A )=428.6 ( nm) 13-12 单缝宽0.10mm ，透镜焦距为50cm ，用5000=λo A 的绿光垂直照射单缝．求： (1) 位于透镜焦平面处的屏幕上中央明条纹的宽度和半角宽度各为多少? (2) 若把此装置浸入水中(n =1.33)，中央明条纹的半角宽度又为多少? 解：单缝衍射暗纹公式为：sin na k ?λ=，k =1时，有1sin na λ ?= 单缝衍射中央明纹的半角宽度为一级暗纹的角宽度，故1 01sin ()na na λ λ ??-==≈ 单缝衍射中央明纹的宽度为：11122tan 2sin 2x x f f f na λ ???==≈=暗， (1) 空气中，1=n ，所以有：33 10 100.510 10.01050005.02---?=????=?x (m ) 10101 3 033 500010500010sin 5.0100.10100.1010?------??=≈=??? (rad ) (2) 浸入水中，33.1=n ，所以有：3 3 101076.310 10.033.110500050.02---?≈?????=?x (m ) 10101 3 033 500010500010sin 3.76101.330.110 1.330.110 ?------??=≈≈????? (rad ) 13-15 波长为5000o A 的平行单色光垂直照射到每毫米有200条刻痕的光栅上，光栅后的透镜焦距为60cm ．求： (1) 屏幕上中央明条纹与第一级明条纹的间距； (2) 当光线与光栅法线成 30°斜入射时，中央明条纹的位移为多少? 解：由已知，光栅常数为： 31mm 5.010200 a b -+= =?mm =6100.5-?m (1) 由光栅衍射明纹公式：λ?k b a =+sin )(，对中央明纹0k =， 00sin 0,0x ?=∴=， 对第一级明条纹1=k , 有：1016500010sin 0.15.010a b λ ?--?===+?，又11 tan x f ?=，所以
光的衍射、偏振、色散、激光 【学习目标】 1．了解光的衍射现象及观察方法． 2．理解光产生衍射的条件． 3．知道几种不同衍射现象的图样． 5．知道振动中的偏振现象，偏振是横波特有的性质． 6．明显偏振光和自然光的区别． 7．知道光的偏振现象及偏振光的应用． 8．知道光的色散、光的颜色及光谱的概念． 9．理解薄膜干涉的原理并能解释一些现象． 10．知道激光和自然光的区别． 11．了解激光的特点和应用． 【要点梳理】 要点一、光的衍射 1．三种衍射现象和图样特征 (1)单缝衍射． ①单缝衍射现象． 如图所示，点光源S 发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿着直线传播，传播到光屏上的AB 区域；若缝足够窄，则光的传播不再沿直线传播，而是传到几何阴影区，在AA BB ''、区还出现亮暗相间的条纹，即发生衍射现象． 要点诠释：衍射是波特有的一种现象，只是有的明显，有的不明显而已． ②图样特征． 单缝衍射条纹分布是不均匀的，中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同：用单色光照射单缝时，光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹，中央条纹宽度大，亮度也大，如图所示，与干涉条纹有区别．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． (2)圆孔衍射． ①圆孔衍射的现象． 如图甲所示，当挡板AB 上的圆孔较大时，光屏上出现图乙中所示的情形，无衍射现象发生；当
挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图丙中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环． ②图样特征． 衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是亮、暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同，如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环．如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环． (3)圆板衍射． 在1818年，法国物理学家菲涅耳提出波动理论时，著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后面的中央应出现一个亮斑，这看起来是一个荒谬的结论，于是在同年，泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论，并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来但有人做了相应的实验，发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑，这充分证明了菲涅耳理论的正确性，后人把这个亮斑就叫泊松亮斑． 小圆板衍射图样的中央有个亮斑——泊松亮斑，图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小． 2．衍射光栅 (1)构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器． (2)特点：它产生的条纹分辨程度高，便于测量． (3)种类：? ? ? 透射光栅反射光栅 ． 4．三种衍射图样的比较 如图所示是光经狭缝、小孔、小圆屏产生的衍射图样的照片．由图可见：
高考物理复习知识点讲解与训练 高考物理复习知识点讲解与训练 衍射和偏振现象 光的干涉、 、衍射和偏振现象 47 光的干涉 考点47 组一基础小题 1．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现() A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失 D．由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失答案D 解析当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的彩色条纹，最后随孔的闭合而全部消失，故D正确。 2．下列说法中正确的是() A．光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象 B．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的偏振现象 C．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象 D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象 答案A
解析光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象，A正确；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象，B错误；门镜可以扩大视野是利用了光的折射现象，C错误；照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，D错误。 3．(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是() A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波 B．任何变化的电场周围一定有磁场 C．振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场 D．电磁波的理论在先，实践证明在后 答案BCD 解析振荡电场和振荡磁场交替产生，形成电磁波，A错误，C正确；变化的电场一定产生磁场，B正确；麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹进行了实验验证， D正确。 4．下列说法正确的是() A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理 B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率 C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢 D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小 答案C
光栅衍射和偏振光
12.7 衍射光栅和光栅光谱 一.光栅( grating ) 1. 光栅：由大量等宽、等间距的平行狭缝 (或反射面)构成的光学元件。 广义讲，任何具有空间周期性的衍射屏 都可叫作光栅。 2.光栅分类：透射光栅 反射光栅 我们只讨论透射光栅。 3.光栅常量(grating constant) a ：相邻两刻痕边缘间距（透光宽度） b ：刻痕宽度（不透光宽度） 光栅常量 d = a + b （相邻两狭缝中心之间距） 是光栅的重要参数。 反射光栅 d d 透射光栅 光栅 (a) (b)
·实用光栅：刻痕数 几十条/mm ~ 几千条/mm ·用电子束刻制刻痕数可达几万条/mm ?d ~ 数万?。 ·光栅是现代科技中常用的重要光学元件。 二.实验装置 1.光栅衍射装置 衍射角：θ o P f 缝平面透镜L λ θ d sinθ d θ
光栅常量：d，缝数为N，单色光垂直入射 2.光栅衍射(多缝衍射) （1）每条缝发的光都是单缝衍射光。 各条缝的衍射光在屏上的光强分布位置相同。 （2）多缝衍射是N束单缝衍射光的干涉。或N个单缝衍射图样的相干叠加 （3）光栅衍射是单缝衍射和多光束干涉的综合 三.条纹特点 1.主极大 （1）明纹条件： 光栅方程 d sinθ = ±kλ (k = 0,1,2,…) ·是主极大的必要条件，不是充分条件 (还有缺级问题，见后)。 （2）位置： x=f（tgθ）=f（sinθ）=±f(kλ/d) (k = 0,1,2,…)
和缝数N 无关 （3）亮度：各条缝的光在主极大处引起的分振动同相。 主极大处的合振幅是同一方向(同 θ 角)单缝衍射光振幅A 单 的 N 倍。 主极大处的亮度是同一方向(同 θ 角)单缝衍射光强I 单 的N 2 倍。 （4）主极大的最高级次： 1sin 2 0
光的干涉、衍射和偏振 考纲解读 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件.2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件.3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 1．[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是() A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 2．[光的衍射现象的理解]对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是() 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 3．[光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光 考点梳理 1．光的干涉 (1)定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象． (2)相干条件 只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波． 2．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干
光的干涉、衍射和偏振 考纲解读 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件. 2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件. 3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用．
1．[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是() A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 2．[光的衍射现象的理解]对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是() 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 3．[光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光
考点梳理 1．光的干涉 (1)定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象． (2)相干条件 只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波． 2．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离 为Δx＝l d λ. 3．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同． 4．光的衍射
2015高三物理新课标一轮讲义：124光的干涉衍射和偏振
第4课时光的干涉、衍射和偏振 考纲解读 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件.2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件.3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 1．[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是 () A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 答案 A 解析白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹，A正确． 2．[光的衍射现象的理解]对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是 () 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 C 解析光的干涉和衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明了光沿直线传播，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，光才可以看作是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播并不矛盾，它们是在不同条件下出现的两种光现象，单缝衍射实验中单缝光源可以看成是无限多个光源排列而成，因此光的衍射现象也是光波相互叠加的结果． 3．[光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖
光的衍射光的偏振 一、光和衍射┄┄┄┄┄┄┄┄① 1．光的衍射现象 (1)概念： 光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。 (2)典型衍射及现象 ①单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹； ②圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时在屏幕上会出现明暗相间的圆环； ③泊松亮斑：各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 2．产生明显衍射现象的条件 在障碍物或小孔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，就会出现明显的衍射现象。 3．光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比障碍物或小孔小得多时，光可以看成沿直线传播；在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射现象就十分明显。 4．衍射光栅 (1)衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。 (2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 (3)衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅。 [说明] (1)对于单缝衍射：缝越窄，中央亮条纹越宽，条纹间距越大，衍射现象越明显。 (2)衍射是波特有的一种现象。 ①[判一判] 1．白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象(×) 2．菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象(×) 3．隔着帐幔看远处的灯，看到灯周围辐射彩色的光芒，是光的干涉现象(×) 4．衍射光栅的图样与单缝衍射相比，衍射条纹的亮度增加，宽度变宽(×) 二、光的偏振┄┄┄┄┄┄┄┄② 1．偏振现象
第3、4节光的衍射与偏振__激光 1.障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多时，光将发生明显的 衍射现象。 2．单色光的单缝衍射图像是中央一条较宽较亮的条纹，两边是对称 而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过单 缝产生的衍射图像中央是一条白条纹，两边是很快减弱的彩色条 纹。 3．自然光透过偏振片后形成线偏振光，偏振光通过偏振片的情况与 光的偏振方向和偏振片的偏振方向的夹角有关。 4．激光是人工产生的相干光，是原子受激辐射产生的光，具有频率 单一、强度大、相干性好等特点。 (1)定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑。 (2)衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或光环。 (3)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过狭缝时，中央为白条纹。两边是很快减弱的彩色条纹。 (4)圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 (5)泊松亮斑：障碍物的衍射现象。 在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 [跟随名师·解疑难] 1．三种衍射图样的特点比较 (1)单缝衍射图样： ①中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小。 ②缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。 ③中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 ④用白光做单缝衍射时，中央亮条纹仍然是最宽最亮的白条纹。 (2)圆孔衍射图样： ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条
第六节光的衍射和偏 振 1．(3分)用红光做双缝干涉实验时，在屏上观察到干涉条纹．在其他条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变________；如果改用白光做实验，在屏上将出现________色条纹． 【解析】在双缝干涉实验中，在其他条件不变的情况下，干涉条纹的间距与入射光的波长成正比，紫光波长小于红光波长，所以改用紫光做实验，干涉条纹间距将变小；若改用白光做实验，由于七色光的波长不同，各自干涉条纹的间距不同，在光屏上单色光加强的位置不同，于是出现彩色条纹，即发生了色散现象． 【答案】小彩 2．(3分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，为使光屏上单色光的干涉条纹间距增大些，可采取的措施是() A．换用缝距大些的双缝片 B．换用缝距小些的双缝片 C．适当调大双缝片与屏的距离 D．适当调小双缝片与屏的距离
【解析】 根据公式Δx ＝L d λ知B 、C 两项正确． 【答案】 BC 3．(4分)两列光干涉时，光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？声的干涉也遵从类似的规律。设想在空旷的地方相隔一定位置有两个振动完全一样的声源，发出的声波波长是0.6 m ，观察者A 离两声源的距离分别是4.5 m 和 5.4 m ．观察者B 离两声源的距离分别是4.3 m 和5.5 m 这两个观察者听到声音的大小有什么区别？ 【解析】 观察者A 距两声源的路程差Δs A ＝(5.4－4.5) m ＝0.9 m ，Δs A λ2 ＝0.90.3 ＝3，Δs A 为半波长的奇数倍，声音在A 处减弱；观察者B 距两声源的路程差Δs B ＝(5.5－4.3) m ＝1.2 m ，Δs B λ2 ＝1.20.3＝4，Δs B 为半波长的偶数倍，声音在B 处加强， 所以B 听到的声音比A 听到的大． 【答案】 见解析
4. 光的衍射复习题 一、选择题 1．在研究衍射时，可按光源和所研究的点到障碍物的距离，将衍射分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射两类，其中夫琅和费衍射为：（ ） (A)光源到障碍物有限远，所考查点到障碍物无限远。 (B) 光源到障碍物无限远，所考查点到障碍物有限远。 (C) 光源和所考察点的到障碍物的距离为无限远。 (D) 光源和所考察的点到障碍物为有限远。 2． 在单缝衍射实验中，缝宽a =0.2mm ，透镜焦距f =0.4m ，入射光波长λ=500nm ，则在距离中央亮纹中心位置2mm 处是亮纹还是暗纹？从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带？ ( ) (A) 亮纹，3个半波带； (B) 亮纹，4个半波带； (C) 暗纹，3个半波带； (D) 暗纹，4个半波带。 3． 在夫琅和费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹 ( ) (A) 对应的衍射角变小； (B) 对应的衍射角变大； (C) 对应的衍射角也不变； (D) 光强也不变。 4． 在如图所示的夫琅和费单缝衍射实验装置中，S 为单缝，L 为 凸透镜，C 为放在的焦平面处的屏。当把单缝垂直于凸透镜光轴稍 微向上平移时，屏幕上的衍射图样 ( ) (A) 向上平移； (B) 向下平移； (C) 不动； (D) 条纹间距变大。 5． 波长为500nm 的单色光垂直入射到宽为0.25mm 的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，凸透镜的焦平面上放置一光屏，用以观测衍射条纹，今测得中央明条纹一侧第三个暗条纹与另一侧第三个暗条纹之间的距离为12mm ，则凸透镜的焦距f 为： ( ) (A) 2m ； (B) 1m ； (C) 0.5m ； (D) 0.2m 。 6． 波长为600nm 的单色光垂直入射到光栅常数为2.5×10-3mm 的光栅上，光栅的刻痕与缝宽相等，则光谱上呈现的全部级数为 ( ) (A) ０、±1、±2、±3、±4； (B) ０、±1、±3； (C) ±1、±3； (D) ０、±2、±4。
物理光学 『夯实基础知识』 一．光的干涉和衍射 1．双缝干涉 干涉是波独有的特征。如果光是一种波，就应该能观察到光的干涉现象。1801年，托马斯 杨利用双缝，终于成功地观察到了光的干涉现象。 （1）两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象。 （2）产生干涉的条件 两个振动情况总是相同的波源叫相干波源，只有相干波源发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。 形成相干波源的方法有两种： ⑴利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。 ⑵设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 （3）双缝干涉实验规律 ①双缝干涉实验中，光屏上某点到相干光源1S 、2S 的路程之差为光程差，记为δ。 若光程差δ是波长λ的整倍数，即λδn =（n=0，1，2，3…）P 点将出现亮条纹；若光程差δ是半波长的奇数倍2 ) 12(λ δ+=n （n=0，1，2，3…），P 点将出现暗条纹。 ②屏上和双缝1S 、2S 距离相等的点0P ，若用单色光实验该点是亮条纹（中央条纹），若用白光实验该点是白色的亮条纹。 ③若用单色光实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实验，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹。 ④屏上明暗条纹之间的距离总是相等的，其距离大小x ?与双缝之间距离d 、双缝到屏的距离l 及光的波长λ有关，即λd l x = ?。在l 和d 不变的情况下，x ?和波长λ成正比，应用该式可测光波的波长λ。 ⑤用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距红x ?最大，紫光干涉条纹间距紫x ?最小，故可知 红λ大于红紫νλ,小于紫ν。 S 1 S 2 S 2
第4课时光的干涉衍射和偏振 【导学目标】1?掌握光的干涉现象产生的条件，特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断 方法2掌握光产生明显衍射的条件，以及衍射与干涉现象的区别 3掌握光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用. 一、光的干涉 ［基础导引］ 1 ?在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S i、S2的路程差为7.5× 10「7 m,如果用频率 6.0× 1014 HZ的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹. 2?描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的?利用光的干涉检查平整度时，观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置?为什么薄膜干涉条纹是等厚线？ ［知识梳理］ 1?双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是 ____________ 的相干光波.屏上某点到双缝的路程差是__________________ 时出现亮条纹；路程差是半波长的____________ 时出现暗条纹?相邻的明条纹（或暗条纹）之间的距离Δx与波长入双缝间距d及屏到双缝的距离I之间的关系为_________________ ? 2 ?薄膜干涉：利用薄膜（如肥皂液薄膜）____________ 反射的光相遇而形成的?图样中同一 条亮（或暗）条纹上所对应的薄膜厚度_________ ? 特别提醒 1?只有相干光才能形成稳定的干涉图样. 2?单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹. 二、光的衍射 ［基础导引］ 太阳光照着一块遮光板，遮光板上有一个较大的三角形孔?太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑?请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化？说出其中的道理. ［知识梳理］ 1 ?光__________________________________ 的现象叫光的衍射. 2?发生明显衍射的条件：只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象. 3?泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环）? 特别提醒 1?光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同. 2?区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分. 三、光的偏振 ［基础导引］
课时作业(五十三) 光的干涉、衍射和偏 振 1．如图所示是用光学的方法来检查一物体表面光滑程度的装置，其中A为标 准平板，B为被检查其表面平整程度的物体，C为单色入射光，如果要说明能检查 平面平整程度的道理，则需要用到的下列光学概念是( ) 第1题图 A．反射和干涉 B．全反射和干涉 C．反射和衍射 D．全反射和衍射 2．关于光的衍射，下列说法中错误的是( ) A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物的现象 B．只有两列频率相同的光波叠加后才能发生衍射 C．光的衍射没有否定光沿直线传播的结论 D．光的衍射现象为波动说提供了有利的证据 3．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的 信息通常是通过激光束来读取的，若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进方向，如图所示，下列相关说法正确的是( )
第3题图 A．图中①光是红光，②光是蓝光 B．在光盘的透明介质层中，①光比②光传播更快 C．若①光、②光先后通过同一双缝衍射装置，前者得到的条纹比后者的宽 D．若①光、②光先后通过同一单缝衍射装置，前者得到的中央亮纹比后者的中央亮纹窄 4．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象．这个实验表明( ) 第4题图 A．光是电磁波 B．光是一种横波 C．光是一种纵波 D．光是概率波 5．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
第5、6节光的衍射__光的偏振 1.衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最 宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小， 亮度越低。 2．白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧 为彩色条纹，外侧呈红色，靠近白色亮纹的内侧为 紫色。 3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着 某个特定的方向振动的光。 一、光的衍射 1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。 2．衍射图像：衍射时产生的明暗条纹或光环。 3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象。在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 二、衍射光栅 1．衍射光栅的结构 由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。 2．衍射图样的特点 与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 3．衍射光栅的种类 反射光栅、透射光栅。 三、光的偏振 1．横波与纵波的特点 横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直。纵波中，各点的振动方向总与波的传播
方向在同一直线上。横波有偏振现象。 2．自然光和偏振光 (1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，沿着各个方向振动的光波的强度都相同。 (2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。 3．光的偏振 偏振现象只有沿偏振片的“透射方向”振动的光波才能通过偏振片 结论偏振现象表明，光是一种横波 偏振光的 形成①自然光通过偏振片后，得到偏振光 ②自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光 偏振现象的应用①把偏振片装在照相机镜头前 ②电子表的液晶显示 1．自主思考——判一判 (1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。(×) (2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。(×) (3)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹。(√) (4)凡是波都有偏振现象。(×) (5)反射可以引起自然光的偏振。(√) (6)拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象。(√) 2．合作探究——议一议 (1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，两种条纹是否完全一样？ 提示：不一样。衍射条纹是中间最宽、最亮，从中央向两侧逐渐变窄、变暗；干涉条纹是等间距的条纹，即宽度和亮度相同。 (2)自然光和偏振光有什么不同？ 提示：自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，而偏振光只在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。
选考部分 选修3-4 第十三章 第2单元 光的干涉、衍射和偏振现象 1.2009年10月1日晚，首都北京各界人士欢聚一堂，热烈庆 祝中华人民共和国成立60周年．在天安门广场举行的联欢 晚会上，焰火呈现出的“锦绣河山”图(如图13－2－6所 示)更是惊艳全场．下列关于光的认识，正确的是 ( ) A ．焰火中各种五颜六色的光中红光比绿光的波长要长 B ．利用相机拍下这些壮观景象时，涂有增透膜的照相机 镜头看上去呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光的透射 C ．通过电视观看国庆焰火时，电视机遥控器是利用红外线脉冲信号来进行遥控的 D ．联欢晚会上各种节目中所利用的激光是一种相干光 解析：涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，是说明增透膜增强了对淡紫色光 的反射，B 错；电视机遥控器是利用红外线脉冲信号来进行遥控的，C 正确；激光是 一种人工产生的相干光，D 正确． 答案：ACD 2．用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25 mm ，在距离双缝为1.2 m 处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5 mm ，试求所用单色光的波长． 解析：已知Δx ＝x n －1＝7.55－1 ×10－3 m ，l ＝1.20 m ， d ＝0.25×10－3 m ，根据公式Δx ＝l d λ得 波长λ＝d l Δx ＝0.25×10－3×7.5×10－31.20×4 m ≈3.906×10－7 m. 答案：3.906×10－7 m 3．两个狭缝相距0.3 mm ，位于离屏50 cm 处，现用波长为6000 A ° 的光照射双缝，求： (1)两条相邻暗条纹间的距离是多少？ (2)若将整个装置放于水中，那么两条相邻暗条纹间的距离是多少？(水的折射率为43 ， 1 A ° ＝10－10 m)