专题53 光的干涉、衍射和偏振现象（测）
【满分：110分时间：90分钟】
一、选择题（本大题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中．1~8题只有一项符合题目要求； 9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
1．下列说法正确的是：（）
A．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能获得偏振光
B．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高
C．全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的高相干性
D．将两个固有频率相同的音叉稍稍间隔一点距离并列放置，敲击其中一个音叉后用手将它按住，让它停止振动，却能听到未被敲击的音叉发出声音，这是声波的干涉现象
【答案】C
【名师点睛】题考查生活中的光学及声音现象，要知道自然界中的反射光等均属于偏振光；只有声源相对观察者在运动时才能感到频率变化；激光具有相干性；相同频率的物体可以产生共振现象，要学会注意观察总结并能会解释相关现象。
2．关于光的现象，下列说法正确的是：（）
A．波源与观察者发生相对运动时，声波会产生多普勒效应，光波不会产生多普勒效应
B．无影灯利用的是光的衍射原理
C．阳光下肥皂泡呈现彩色是光的薄膜干涉现象
D．雨后的彩虹是光的干涉现象
【答案】C
【解析】波源与观察者发生相对运动时，声波会产生多普勒效应，光波也会产生多普勒效应．故A错误；
光源较大时，本影很小，无影灯是利用光的直线传播原理制成的．故B错误；肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜内外反射的光线，相互叠加产生的现象，这是光的干涉造成的．故C 正确；雨后的彩虹是光的折射现象，不是干涉现象．故D错误．故选C。
【名师点睛】本题主要考查的是光的多普勒效应、光的干涉与衍射以及光沿直线传播现象的应用；此题涉及的光学知识比较多，是一道综合性的题目，但是难度不大。
3．下列说法正确的是：（）
A、光纤通信依据的原理是光的折射，且内芯比包层的折射率大
B、光的色散现象表明了同一介质对不同色光的折射率不同，但各色光在同一介质中的光速相同
C、用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
D、照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象
【答案】D
【名师点睛】本题中泊松亮斑与光导纤维学生容易接受并掌握的知识点，理解利用薄膜干涉检查光学平面的平整程度和增透膜的原理是该题的关键。
4．有关光现象的应用技术，下列叙述中不正确的是：（）
A．立体电影的制作与观看是应用光的偏振现象
B．相机镜头表面镀上一层增透膜是应用光的衍射现象
C．光导纤维是应用光的全反射原理
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
【答案】B
【解析】立体电影是应用了两个偏振片，是光的偏振现象，故A正确；照相机镜头上的增透膜，是利用光的干涉原理，对反射光进行振动减弱，从而导致透射光增加，故B错误；用光导纤维束传送图象是利用光的全反射，故C正确；激光方向集中，也就是平行度好，可用于测量月球到地球的距离，故D正确。本题选择错误的，故选B。
【名师点睛】检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象；增透膜是利用光的干涉现象；光导纤维传播信号是光的全反射应用；过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的折射色散现象，从而即可各项求解。
5．如图所示为一显示薄膜干涉及现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯．往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到干涉图象应是图中的：（）
A
．B．C．D．
【答案】D
【名师点睛】该实验通过光在膜的前后表面的反射光在前表面叠加，形成干涉，产生干涉条纹，路程差为半波长的偶数倍，出现明条纹，路程差为半波长的奇数倍，出现暗条纹．
6．把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关阐释合理的是：（）
A．远离中心点处亮环的分布较疏
B．用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C．是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D．与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
【答案】D
【解析】远离中心点处亮环的分布较密，A错；用白光照射时，仍能出现干涉形成的圆环，B 错；是空气膜也即透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，C错；当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，与同一亮环相对应的各处空气薄膜的厚度是相同的，故D正确。【名师点睛】光的干涉和衍射比较
内容干涉衍射
现象在光重叠区域出现加强或
减弱的现象
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
障碍物或孔的尺寸与波长差不多
或小得多
典型实验杨氏双缝干涉实验单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘衍射
图样不
同
条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等
特
点
点亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条
纹
7．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：（）
A．a、b是光的干涉图样
B．c、d是光的干涉图样
C．形成a图样光的波长比形成b图样光的波长短
D．c、d中央条纹为暗纹
【答案】A
【名师点睛】本题考查了干涉图样的特点，条纹间距与光波的波长成正比．干涉条纹的间距是相等的，条纹间距大的光波波长长．
8．用a、b、c、d表示四种单色光，若①a、b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角；②用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大③用b和d在相同条件下分别做单缝衍射实验，d的现象明显．则可推断a、b、c、d可能分别是：（）A．紫光、蓝光、红光、橙光
B．蓝光、紫光、红光、橙光
C．紫光、蓝光、橙光、红光
D．紫光、橙光、红光、蓝光
【答案】A
【解析】根据临界角C、折射率
1
sin
n
C
=，由①a的临界角小于b的临界角，可知n a＞n b，根据色散规律可知a的频率大于b即γa＞γb；根据双缝干涉条纹间距
L
X
d
λ
?=，由②c的条纹间距最大可知b、c和d中c的波长最长，故c的频率最小；用b和d在相同条件下分别做单缝衍射实验，d的现象明显，可知d的波长较b大，d的频率较b小；综合上述可知a、b、c、d的频率从大到小依次为abdc，故A正确．故选A
【名师点睛】要判定四种光的频率大小关系，需要一一进行比较：从同一介质射向空气折射
率越大临界角越小，频率越大；根据双缝干涉图样的条纹间距
L
X
d
λ
?=可知条纹间距越大波
长越长，频率越小。
9．下列说法中正确的是：（）
A．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽
B．太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光，这是利用了光的干涉原理
C．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理。这一技术应用了多普勒效应
D．托马斯?杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波
【答案】ABC
【名师点
睛】该题中掌握了双缝干涉的条纹间距与L、d和λ之间的关系
L
x
d
λ
?=，是解决本题的关
键所在．其他的几个知识点都是记忆性的知识点，比较简单．
10.两束单色光a和b沿如图所示方向射向等腰三棱镜的同一点O，已知b光在底边界面处发生全反射，两束光沿相同方向射出，则：（）
A．在棱镜中a光的传播速度较大
B．用a光检查光学平面的平整度时，呈现的明暗相见条纹比b光呈现的条纹要密
C．若a、b两种色光以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大
D．用a、b光分别做单缝衍射实验时，b光衍射条纹宽度更大
【答案】AC
【解析】若两束单色光a和b都沿着出射光线方向入射，则b光将发生全反射，而a光发生
折射，则知a光的临界角大于b光的临界角，由临界角公式
1
sinC
n
=得知，玻璃对a光的折
射率较小，由
c
n
v
分析得知，a光的速度比b光大．故A正确；a光的波长大于b光，故根
据光的干涉知识可知，用a光检查光学平面的平整度时，呈现的明暗相见条纹间距较大，即a 光比b光呈现的条纹要疏，选项B错误；b光的折射率比a光大，则若a、b两种色光以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大，选项C正确；a光的波长大于b光，则用a、b光分别做单缝衍射实验时，a光衍射条纹宽度更大，选项D错误；故选AC．
【名师点睛】本题的解题关键是运用光路可逆性原理，分析折射率的大小，再进一步分析两光束波长、频率关系，即可分析光的衍射和干涉现象。注意折射率大的光的频率较大，波长较小。
11．下列说法正确的是：（）
A．机械波、电磁波均能产生干涉、衍射现象
B．泊松亮斑是光的干涉现象中的加强区
C．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
D．在光的双缝千涉实验中，条纹间距与缝的宽度成反比
E．波速公式v＝λf说明波速只与波长、频率有关，与介质无关
【答案】ACD
【名师点睛】只要是波均能发生干涉与衍射；泊松亮斑光的衍射现象；光的偏振与光是横波有关；机械波的波速与介质有关；“彩超”利用多普勒效应原理，测血流速度，从而即可求解。12．下列说法正确的是：（）
A．光纤通信是利用了全反射的原理
B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的
C．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象
D．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样
E．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水中射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故
【答案】ADE
【解析】光纤通信是利用了光的全反射原理制成的，故A正确；水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于油膜的上下表面对光的干涉形成的，故B错误；障碍物的尺寸比光的波长大得多时，也会发生衍射现象；只不过不明显，故C错误；人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的衍射图样，故D正确；气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，
一部分光在界面上发生了全反射的缘故，故E 正确。
【名师点睛】本题考查了全反射、干涉、衍射、电磁波等基础知识点，难度不大，关键要熟悉教材，牢记并理解这些基础知识点。 二、非选择题（本大题共4小题，第13、14题每题10分；第15、16题每题15分；共50分）
13．（10分）用波长为0.75μm 的红光做双缝干涉实验，双缝间的距离是0.05mm ，缝到屏的距离是1m ，相邻两条纹间的距离是多大?
【答案】21.510x m -?=?
【解析】 根据双缝干涉实验条纹间距公式＝d x L λ?，则：21.510x m -?=?。
【名师点睛】本题关键能够根据双缝干涉实验条纹间距公式＝d
x L λ?列式求解。
14．（10分）在杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ=5．89×10-7m ，双缝间的距离d=1mm ，双缝到屏的距离l =2m ．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．
【答案】1．178×10–2 m
【考点定位】光的双缝干涉
【方法技巧】重点考查条纹间距的公式Δl x d
λ=。 15．（15分）如图所示，在双缝干涉实验中，S 1和S 2为双缝，P 是光屏上的一点，已知P 点与S 1、S 2距离之差为2．1×10－6
m ，分别用A 、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P 点在下面两种情况中，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4×10－7 m ．
（2）已知B 光在某种介质中波长为3．15×10－7 m ，当B 光从这种介质射向空气时，临界角为37°．
【答案】（1）暗条纹 （2）亮条纹
【解析】 （1）设A 光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由12
n λλ=，
得λ1＝nλ2＝1．5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δr＝2．1×10－6 m，所以
6
17
1
2.110
3.5
610
r
N
λ
-
-
??
=
?
＝＝
由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1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
1
sin C=
n
得
15
sin373
n=
?
＝
由此可知，B光在空气中波长λ2为：
λ2＝nλ介＝5
3
×3．15×10－7 m＝5．25×10－7 m
由路程差Δr和波长λ的关系
6
27
2
2.110
4
5.2510
r
N
λ
-
-
??
=
?
＝＝
可见，用B光做光源，P点为亮条纹．
【名师点睛】解决本题的关键掌握形成明条纹或暗条纹的条件、折射率与波长的关系等等知识，要知道到两个双缝的距离之差等于波长的整数倍时出现亮纹；到两个双缝的距离之差等于半波长的奇数倍时出现暗纹；基础题。
16．（15分）用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d＝0.1mm，双缝到屏的距离l＝6．0m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3．8cm，氦氖激光器发出的红光的波长λ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？
【答案】6．3×10－7m；2．8×10－2m
【名师点睛】此题考查了双缝干涉的实验，首先要知道实验原理，并且要熟练掌握条纹间距
的表达式
l
x
d
?λ，并能知道各个量表示的物理意义；此题是基本的光学实验，在高考中
也是经常出现的．
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
《光的干涉衍射》单元测试题含答案(1) 一、光的干涉衍射选择题 1．利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜。图1中，让单色光从上 方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是（） A．图1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏 B．图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变 C．在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凹下 D．图3中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故 2．如图所示，一束可见光a从玻璃砖射向空气，分成b、c两束单色光。单色光b和c相 比较。下列说法正确的是（） A．在相同条件下进行双缝干涉实验，b光的干涉条纹间距较大 B．真空中b光的波长较小 C．玻璃砖中b光的速度较小 D．从玻璃射向空气发生全反射时，b光的临界角较小 .比较3．如图所示，三束细光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光 a、b、c三束光，可知( ) A．a为波长较长的光 B．当它们在真空中传播时，a光的速度最大 C．分别用这三种光做光源，使用同样的装置进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最小 D．若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大 4．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S 1与S 2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 5．如图所示，半径为R 的特殊圆柱形透光材料圆柱体部分高度为 2 R ，顶部恰好是一半球体，底部中心有一光源s 向顶部发射一束由a 、b 两种不同频率的光组成的复色光，当光线与竖直方向夹角θ变大时，出射点P 的高度也随之降低，只考虑第一次折射，发现当P 点高度h 降低为 12 2 R +时只剩下a 光从顶部射出，下列判断正确的是（ ） A ．在此透光材料中a 光的传播速度小于b 光的传播速度 B ．a 光从顶部射出时，无a 光反射回透光材料 C ．此透光材料对b 光的折射率为1042+ D ．同一装置用a 、b 光做双缝干涉实验，b 光的干涉条纹较大 6．彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成。彩虹形成的示意图如图所示，一束白光L 由左侧射入水滴，a 、b 是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线(a 、b 是单色光)。下列关于a 光与b 光的说法正确的是（ ） A ．水滴对a 光的折射率小于对b 光的折射率 B ．a 光在水滴中的传播速度小于b 光在水滴中的传播速度
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）
1引言 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础学科, 又是当前物理学领域最活跃前沿之一, 然而光学的发展也是经过一场场磨难和斗争, 其历史被当作自然科学发展史的典范。光的干涉和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, 如傅里叶光学, 全息学, 光传输与光波导等的理论基础。在大学本科层次的光学学习中, 光的反射, 折射现象和成像规律我们学生已比较熟悉, 较容易接受。但对光的波动性, 干涉和衍射现象, 我们还是比较生疏, 理论解释也比较困难。本文将通过对光的干涉和衍射现象更加深入的比较和分析, 阐明干涉与衍射现象的意义, 系统归纳总结出了两者的异同，以促进相关概念的学习。 2光的干涉现象 “两束（或多束）频率相同, 振动方向一致, 振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加后, 其强度分布与原来两束（或多束）光的强度之和不同的现象称为光的干涉”, 该定义范围广泛, 是光的干涉的广义定义[1]。为突出“ 相干叠加” 与“ 非相干叠加” 在空间强度分布的明显差别, 很多教科书给出了光的干涉的狭义定义“ 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, 强度在空间有一种周期性变化的稳定分布, 这种现象称为光的干涉” 。此时, 在叠加区内的屏上一般会形成固定的干涉图样, 其图象不随时间改变。这种狭义的干涉是我们以下讨论的重点, 也是中学物理所涉及的内容。 波动是振动在介质中的传播, 因此, 光波的叠加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的叠加。设两波源为1S 和2S , 它们是电矢量振动方向相同, 各自发出频率相同, 初相 位不同的光波, 当这两列光波在介质中任一点P 相遇时, 可证明, 它们在该点引起的平均强度为 12I I I δ- =++ 式中, 1I 和2I 分别是发自1S 和2S 的两列光波到达P 点的各自的平均强度,δ为两列光波到达P 点时的 相位差, 上式右边的第三项称为两列光波的干涉 项。又因为振动的强度正比于振幅的平方，设1A ，
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]
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
一、光的干涉 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，某些区域振动加强，某些区域振动减弱，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. 干涉图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同. 4. 薄膜干涉的应用 干涉法检查平面的平整程度如图3所示，两板之间形成一楔形空气膜， 用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到 平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发 生弯曲. 1. 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) 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. 如图4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(C) 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 3. 把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈 尖，让单色光从上方射入，如图5所示.这时可以看到明暗相间的条纹.下 面关于条纹的说法中正确的是(AC) A.干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C.将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
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
光的干涉与衍射的区别及联系 光的干涉现象中，缝宽a远小于光波波长λ，每个小缝相当于一个线光源，光的干涉是有限的这几列线光源的相干叠加；而在光的衍射现象中，缝宽a与光波波长λ可相比拟，狭缝处波面上的各点都可以认为是发射球面子波的渡源。光的衍射就是从同一波面上发出的这无限多个子波的相干叠加.光的干涉和衍射现象在本质上是统一的。都是相干波的叠加，证明了光的波动性。 当频率相同、相位差恒定、具有相互平行的振动分量的两列光波在空间相遇时，这两列光波就会发生相干叠加。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相位差，不能产生干涉现象。为了获得满足上述相干条件的光波，可以利用一定的光学系统将同一列光波分解为两部分，让它通过不同的路径后又重新相遇，实现同一列光波自身相干涉的目的。 平面波传播时，被前方宽度为a(a与光波波长λ相差不多)的开孔所阻挡，故只允许平面波的一部分通过该孔．若按光的直线传播观点，开孔后面的观察屏上只有AB区域内才被平行光照亮，而在AB以外的区域应是全暗的．而事实并非如此，AB外的区域光强并不为零．当障碍物或孔、缝的线度a与波长λ相差不多时，光将偏离直线传播而进入障碍物的几何阴影中，这种光绕过障碍物的绕射现象就是光的衍射。 光的干涉和衍射是光的波动性的两个基本特性，它们都是光振动的叠加，其本质是相同的，那么为什么又区分为干涉和衍射?教材中这样解释“干涉和衍射之间并不存在实质性的物理差别．然而习惯当考虑的只是几个波的叠加时说是干涉，而讨论大量的波的叠加则说是衍射。”至于为什么有干涉和衍射之分，粗浅地说，这是因为就讨论的问题而言，其强调的侧重面不同。光的干涉是有限几束光振动在叠加过程中的相长和相消。这里强调的是光的直线传播，而光的衍射则是无限多次子波的相干叠加，这里强调的是光的非直线传播。 在光的干涉现象中，缝宽a<<λ，每个小缝相当于一个线光源，其发出次波的振幅可以认为是均匀的，每个次波都是以直线传播的模型来描写的，光的干涉强调的是有限的几列光波的相干叠加．用数学方法来处理时，叠加过程是对有限量的求和，表现在矢量图上，干涉图样可由矢量折线图来分析．在光的衍射现象中。缝宽a与波长λ可相比拟。由于波阵面上有无数个点，即有无数个次级波，且这些波都能满足相干条件，因此光的衍射强调的是无限多个子波的相干叠加；用数学方法来处理时，叠加过程是一个积分求和的过程，表现在矢量图上，衍射图样可由矢量弧线图来分析．因此。干涉是有限束光相干叠加的结果，而衍射则是无限束光叠加的结果。光的干涉和衍射现象虽然在屏幕上都得到明暗相间的条纹。但条纹亮暗分布不同．在杨氏双缝干涉实验中，光的的干涉是双缝处发出的两列等幅光波在屏幕上叠加，由矢量折线图分析，双缝后面的光屏上呈现出的干涉图样互相平行且条纹宽度相同．中央和两侧的条纹没有区别。各条纹能量分布
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的是()
衍射和干涉 1801年，英国医生杨氏所做的有名的双孔实验对于确认光的波动特征有过非常重要的意义．但同一双孔实验有时被称为双孔衍射，有时则又被称之为双孔干涉；什么时候只出现“纯干涉”，什么情况又属“纯衍射”呢？究竟干涉与衍射之间有何区别和联系？本篇短文拟就此做一简要定性的讨论． 一、光波的传播与迭加 光的干涉与光的衍射现象都是从光源发出的光波在波场中传播所产生的物理现象．运用1678年惠更斯提出的原理，引用“次波”概念，通过作图即可由已知时刻的波面S1决定其后任一时刻的波面S2，它虽然可以成功地解释许多光波传播的问题，例如，光波在透明介质表面上发生的反射，折射现象；晶体中的双折射现象；光通过开有小孔屏以后，传播方向发生偏折的现象……等等，如图1 所示．但是惠更斯原理未能说明作图中为什么不存在“倒退波”的问题，也没有能定量给出次波面在波场中各点振幅贡献的大小． 经验告诉我们，两列光波在空间交会时，它们的传播互不干扰，即每列光波的传播就好象另一列光波完全不存在一样，各自独立地进行．而当两列光波在同一空间传播时，那么在它们交迭区内每点的总振动将是各列光波单独在该点产生电磁场振动的合成．这就是大家熟知的迭加原理．由于迭加的结果，在迭加区域内，光强的分布因迭加光波的相互作用而出现重新分布的现象，即空间每一点的强度并不一定等于参与迭加的各列光波单独强度之和，有的地方互相加强，有的地方互相削弱，这种出现明暗光强分布的现象．就在历史上就叫做“干涉”．不过能产生稳定的干涉图样的各光波波列必须是相干波列，而相干波列必须满足特定的相干条件．这种相干波列的迭加称为相干迭加．相干迭加时，迭加场内各点的强度分布应先由各波列的振幅迭加求得合振幅，而后再由合振幅的平方表示该点的相对强度．如果迭加点的强度等于分单独光波波列的强度之和，则属于非相干迭加．
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
光栅衍射和偏振光
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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 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。 o P f 缝平面 观察屏 透镜L λ θ d sin θ d θ
（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N2倍。
干涉与衍射的区别与联系 摘要：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。光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性。由于叠加，两列具有相同频率、固定相位差的同类波在空间共存时，会形成振幅相互加强或相互减弱的现象，称为干涉。相互加强时称为相长干涉，相互减弱时称为相消干涉。波在传播中遇到有很大障碍物或遇到大障碍物中的孔隙时，会绕过障碍物的边缘或孔隙的边缘，呈现路径弯曲，在障碍物或孔隙边缘的背后展衍，这种现象称为波的衍射。波的衍射现象有不见其人，只闻其声。 关键词：干涉；衍射；联系；区别 Interference with the distinction between the diffraction Abstract：Interference and diffraction phenomenon is all special fluctuations, is also used to judge whether a substance of the criterion of volatility. Light interference and diffraction can get light and shade and white color lines, powerful proved the volatility of the light. Due to the superposition of two columns with the same frequency, fixed phase difference of the same kind waves in space: when, can form the amplitude of each other mutually reinforcing or weakened phenomenon, is called interference. When the mutually reinforcing called phase long interfere with each other, they are called destructively interfere with weakened. Wave propagation in met in the great obstacles or meet a big obstacle, the pore, will be around obstructions edge or the edge of the pore, present paths crooked, in the edge of the pore obstacles or behind exhibition yan, this phenomenon is called the diffraction wave. Wave diffraction phenomenon has not see the person, only hear its voice. Key Words：Interference; Diffraction; Contact; Difference between
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］
光的衍射和干涉现象研究 【实验目的】 1.观察光学实验中的各种衍射和干涉现象。 2.学会利用光栅衍射测定激光的波长。 3.学会利用单缝衍射测定单缝的宽度。 4.学会利用双缝干涉测定双缝的间距 【实验原理】 1.单缝衍射 单缝夫琅和费衍射要求光源和接收衍射图样的屏幕都远离衍射物──单缝。这样做的好处是用简单的计算就可以得到正确的结果，其光路图如图11-1所示。S 为波长为λ的单色光源，作为平行光束垂直照射到缝宽为a 的单缝上，在其光屛P 处，呈现出一组对称的明暗相间按一定规律分布的衍射条纹。由于 20sin sin sin a I I a π?λπ?λ???? ???????=??????（11-1） 当I=0时（呈现暗条纹）， sin a k ?λ=，1,2,3,k =±±±…， （11- 2） k 级暗条纹所对应的衍射角为 sin tan 2x L ??≈=（11-3） 图11-1 单缝衍射原理图
2. 光栅衍射 光栅和棱镜一样，是重要的分光光学元件，已广泛应用在光栅光谱仪、光栅单色仪等仪器中。光栅是一组数目极多的等宽、等距和平行排列的狭缝。它分为透射光栅和反射光栅两种。本实验用的是平面投射光栅。 描述光栅特征的物理量是光栅常数d ，其大小等于狭缝宽度与狭缝间不透光部分之和。由于习惯上用单位毫米里的狭缝数目N 来描述光栅特性。光栅常数d 等于N 的倒数。根据夫琅和费衍射理论，平行光束垂直入射到光栅平面时，透射光将形成衍射现象，图11-2为形成光栅衍射的原理图，在一些方向上由于光的相互加强后光强度特别大，而其他方向上由于光的相消后光强度很弱就几乎看不到光。 而这些亮条纹所在的方位由光栅方程所确定，方程为 sin d k φλ= （11-4） 其中，d 为光栅常数，k 为衍射级别，λ为入射波长，φ为衍射角（光栅法线与衍射方位之间的夹角）。 3. 双缝干涉 图11-3夫琅和费光栅衍射原理图 图11-2夫琅和费光栅衍射原理图
图1 光的波动性 一、光的干涉 1.干涉区域内产生的亮、暗纹： ⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= nλ（n=0，1，2，……） ⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=（2n – 1）λ/2（n=0，1，2，……） 2.相邻亮纹（暗纹）间的距离Δx= l λ / d 。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 练习 1、在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P 点的距离之差0．6μm ，若分别用频率为f 1=5.01014Hz 和f 2= 7．51014Hz 的单色光垂直照射双缝，则 P 点出现明、暗条纹的情况是（） A ．单色光f 1和f 2分别照射时，均出现明条纹 B ．单色光f 1和f 2分别照射时，均出现暗条纹 c ．单色光f 1照射时出现明条纹，单色光f 2照射时出现略条纹 D ．单色光f 1照射时出现暗条纹，单色光f 2照射时出现明条纹 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于涉条纹，其它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，其它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 ．屏上无任何光亮 3、 用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx 。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 将增大 D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx 将增大 4、如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（ ） A ． 人从右侧向左看，可看到彩色条纹． B ．人从左侧向右看，可看到彩色条纹 C ．彩色条纹平行排列 D ．彩色条纹竖直排列 5、如图1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下涉陈述中正确的是（ ） 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 6、用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图（a ）是点燃的酒精灯（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线圈.将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是 （ ） A ．当金属线圈旋转30°时,干涉条纹同方向旋转30° B ．当金属线圈旋转45°时,干涉条纹同方向旋转90° C ．当金属线圈旋转60°时,干涉条纹同方向旋转30° D ．干涉条纹保持不变 7、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图（1）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，从上往下看到干涉条纹如图（2）所示.干涉条纹有如下特点：（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（1）装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下看到的干涉条纹
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