高考物理一轮复习 第十三章 波与相对论 第4讲 光的波动性教案

第4讲 光的波动性

(实验：用双缝干涉测量光的波长)

知识点一 光的干涉

1.定义：两列

、

、

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.双缝干涉

(1)现象：单色光干涉时观察到明暗相间的条纹；白光缝干涉的现象为中央是

条纹，两边是 条纹.

(2)亮、暗条纹的判断：Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)，即到双缝的距离差为波长的 倍的点出现亮条纹；Δx＝nλ＋12λ(n＝0,1,2，…)，即到双缝的距离差为半波长 倍的点出现暗条纹.

3.薄膜干涉

光照射到薄膜上时，薄膜

表面反射的两列光相叠加，发生干涉现象.若入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹；若入射光为白光，可形成彩色的干涉条纹.

答案：1.频率 相位 振动方向 2.(1)白色 彩色 (2)整数 奇数 3.前、后

知识点二 光的衍射

1.定义：光离开直线路径绕到障碍物 的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样.

2.发生明显衍射的条件

只有当障碍物的 跟光的波长相比差不多，甚至比光的波长还 的时候，衍射现象才会明显.

3.衍射图样

(1)单缝衍射

①单色光：明暗相间的不等距条纹，中央条纹最宽最亮，两侧条纹具有

性.

②白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光.

(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑，称为

亮斑(证实波动性).

答案：1.阴影里 2.尺寸 小 3.(1)对称 (3)泊松

知识点三 光的偏振

1.偏振现象

横波只沿某一 振动，称为波的偏振现象.

2.自然光

若光源发出的光，包含着垂直于光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

都相同，这种光叫自然光.

3.偏振光

在垂直于光传播方向的平面上，只沿一个 振动的光，叫偏振光.

例如：自然光通过偏振片后，就得到了偏振光.见示意图.

答案：1.特定方向 2.强度 3.特定方向

(1)横波、纵波都能发生偏振现象.( )

(2)当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于0时，出现亮条纹.( )

(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光.( )

(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.( )

(5)阳光在水面的反射光是偏振光.( )

答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√

考点 光的干涉及衍射

1.单缝衍射与双缝干涉的比较

单缝衍射 双缝干涉

不

同

点 条纹

宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等

条纹

间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距

亮度

情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等

相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明

暗相间的条纹

2.光的干涉和衍射的本质：光的干涉和衍射都属于光的叠加.从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的.

考向1 双缝干涉的分析与计算

[典例1] (2015·新课标全国卷Ⅰ)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1

(填“>”“＝”或“<”)Δx2.若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为 10.5 mm，则双缝之间的距离为 mm.

[解析] 由公式Δx＝Ldλ可知，Δx1>Δx2.相邻亮条纹之间的距离为Δx＝10.55 mm＝2.1

mm，双缝间的距离d＝LλΔx，代入数据得d＝0.300 mm.

[答案] > 0.300

考向2 薄膜干涉的分析

[典例2] 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，在一块平板玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，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)任意相邻两条明条纹所对应的薄膜厚度恒定，现若在图甲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，从上往下观察到的干涉条纹( )

甲(侧视图) 乙

A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失

[解析] 撤去一张纸后劈形空气的薄膜的劈度减缓，相同水平距离上，劈度厚度变化减小，以致波程变化减小，条纹变宽，条纹数量变少(变疏)，故A正确.

[答案] A

考向3 光的干涉图样与衍射图样的比较

[典例3] (2017·福建龙岩调研)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图样的光的波长比形成b图样光的波长短

D.形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短

[解析] 干涉条纹是等距离的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝ldλ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误；c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误.

[答案]

A

区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法

(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹的宽度相同；而单缝衍射的条纹，中央条纹最宽，两侧的条纹逐渐变窄.

(2)根据条纹的间距区分：双缝干涉条纹的间距是相等的，而单缝衍射的条纹越向两侧条纹间距越窄.

(3)根据条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗.

考点 光的偏振现象

1.偏振光的产生方式

(1)自然光通过起偏器：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.

(2)自然光射到两种介质的交界面上，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.

2.偏振光的理论意义及应用

(1)理论意义：光的偏振现象说明了光波是横波.

(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.

考向1 偏振现象的理解

[典例4] 如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧.旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是( )

A.A、B均不变 B.A、B均有变化

C.A不变，B有变化 D.A有变化，B不变

[解析] 白炽灯光包含向各方向振动的光，且各个方向振动的光的强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后变为偏振光，当P旋转时，只有与Q的偏振方向一致时才有光透过，因此B点的光强有变化，选项C正确.

[答案] C

考向2 偏振现象的应用

[典例5] 假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体.以下措施中可行的是( )

A.前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的

B.前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向也是竖直的

C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°

D.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向也是斜向右上45°

[解析] 首先，司机要能够看清自己车灯发出的经过对面物体反射回来的光线，所以他自己车灯的偏振片的透振方向和前窗玻璃的透振方向一定要平行；其次，他不能看到对面车灯发出的强光，所以对面车灯玻璃的透振方向与他自己车窗玻璃的透振方向一定要垂直，满足上述要求的只有D.

[答案]

D

1.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.

2.偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了.

3.偏振现象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光源直接发出的光外，我们看到的绝大部分光都是偏振光.

4.当偏振光入射到偏振片上时，如果偏振方向与透振方向既不平行也不垂直，仍会有部分光透过偏振片.

考点 实验：用双缝干涉测量光的波长

1.实验原理：单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ＝dΔxl.

2.实验步骤

(1)观察干涉条纹

①将光源、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，使光源发出的光能沿轴线到达光屏.

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5～10 cm，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条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；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a2，将该条纹记为第n条亮纹.

③用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的).

④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量.

3.数据处理

(1)条纹间距Δx＝a2－a1n－1.

(2)波长λ＝dlΔx.

(3)计算多组数据，求λ的平均值.

4.注意事项

(1)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、双缝平行且间距适当.

(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.

(3)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节.

[典例6] 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座