高中物理选修3-4知识点
光的干涉、衍射和偏振
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）
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）
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 ，
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]
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
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。
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
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］
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
干涉与衍射的区别 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础性学科,要真正理解光，理解光场中可能发生的各种绚丽多彩的现象，必须从光的波动性着手，只有从光的波动理论才能看出几何光学理论的限度。光的波动性最好的体现就在于光的干涉和衍射。 ------引言 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 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······=∑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。 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．但是，产生这两种现象的条件是不同的．光的干涉现象需要相干光，即两列振动情况总是相同的光源，在同一介质中相遇．例如从楔形肥皂膜上观察到的钠黄光的明暗相间条纹，或从水面油膜上观察到的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的光就是相干光．而光的衍射现象产生的条件是障碍物或孔的线度与光波波长可以比拟的情况．例如从小孔观察点光源或从狭缝观察线光源就属这种情况．光经过小孔或狭缝产生非直线传播的现象，此时便可在光屏上形成明暗相间的条纹．其次，干涉条纹与衍射条纹也是有区别的，以狭缝为例，干涉条纹是相互平行、等距（宽度相同）的；而衍射条纹是平行而不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄． 深入本质： 光的干涉和衍射是光的波动性的二个基本特性,它们都是光振动的迭加,其本质是相同的,那么为什么又区分为干涉和衍射，教材中曾有过这样的解释:"干涉和衍射之间并不存在实质性的物理差别.然而习惯上(虽然并不总是适当的)当考虑的只是几个波的迭加时说是干涉,而讨论大量的波的迭加则说是衍射.尽管如此,同一现象在有些地方叫做多光束干涉,而在另一些地方则叫做光栅上的衍射." 干涉现象与衍射现象的区别： 1、干涉和衍射产生的条件不同：干涉是两束相同频率、振动情况相同的光波叠加而成，衍射是无数束光的叠加。 2、条纹的情况不同：单色光双缝干涉图样是以中央明纹为中心在两边对称等间距排列的条纹，亮度从中央向两边逐渐减小；单缝衍射的图样是间距不等的明暗条纹，中央最宽最亮，两旁的亮条纹强度逐渐递减。 光的干涉 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
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