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第2节光的波动性一、光的波动性17世纪惠更斯提出的波动说，认为光是在空间传播的某种波.19世纪初，人们成功地观察到了光的现象，从而证明了波动说的正确性.二、光的干涉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相同的相干光波.屏上某点到双缝的路程差是处出现亮纹，是半波长的处出现暗纹.相邻的两条明条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离L的关系为.干涉和衍射波长整数倍奇数倍Δx＝Ldλ2.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)反射的光相遇而形成的，图样的特点是：同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度，单色光照射在薄膜上形成的条纹，白光照射在薄膜上形成条纹.3.应用：测光的波长，检查表面平整度，增透膜，全息摄影等.三、光的衍射1.的现象叫光的衍射.2.发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长的条件下，才能发生明显的衍射现象.前后两面相同明暗相间彩色光离开直线路径绕到障碍物阴影里小或者跟波长差不多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).4.常见的衍射现象有，和泊松亮斑等.5.单缝衍射图样特点：若是单色光，则中央条纹，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，其亮度和宽度依次减小；若是白光则中央为色亮条纹，且最宽最亮，两边为色条纹.单缝衍射圆孔衍射最宽最亮白彩四、光的偏振1.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.2.偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿的方向振动，叫偏振光.图(b)中P为起偏器，Q为检偏器.自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射光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.如图(a).我们通常看到的绝大多数光都是偏振光.3.光的偏振也证明了光是一种波，而且是波.各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直.4.光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，将E的振动称为光振动.5.应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等.一个特定横五、光的色散1.实验表明，一束白光进入棱镜而被折射后，在屏上的光斑是彩色的，说明光在折射时发生了色散.白光在发生干涉和衍射时，也能发生色散.2.光谱：各种色光按其波长的大小有序排列就是光谱.从红光→紫光，光波的波长逐渐变小.3.光发生色散的实质：是由于各种色光的波长(或频率)不同.光通过棱镜折射后由于波长(或频率)不同和折射率不同而分开，而在干涉或衍射现象中光发生叠加后，由于光的波长(或频率)不同而产生的干涉或衍射图样条纹宽度、间距不同而分开.六、激光1.由来：是一种人工产生的相干光.2.特点：激光频率单一，相干性非常好；平行度高；激光的强度大，亮度高.3.应用广泛：①产生明显的干涉，全息照相(频率单一相干性好).②利用激光通过光导纤维实现通讯(利用相干性好进行“调制”；频率高，信息携带量大；能量集中，衰减慢).③激光雷达测距测速(平行度好，结合多普勒效应).④VCD、DVD、CD唱机，CD－ROM读取或刻录光盘(平行度好，能量集中).⑤医学上“激光刀”，军事上的激光武器，新能源中的可控核聚变(光强度大、能量集中).题型一：对光的波动现象的认识例1下列有关光现象的说法正确的是()A.泊松亮斑和光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象B.双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大C.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度D.汽车灯光照在自行车“尾灯”上时，“尾灯”变得十分明亮，这利用了光的全反射【解析】泊松亮斑是光的衍射现象，A错；条纹间距Δx＝Ldλ，其他条件不变，入射光由紫色改为红色，则λ增大，Δx增大，B对；加偏振片的目的是为了减弱玻璃的反射光，C错；平行光照向自行车“尾灯”时，光线会在“尾灯”内发生全反射，“尾灯”看起来比较亮，D对.【答案】BD题型二：双缝干涉的成因及条纹间距公式的理解应用例2如图所示是双缝干涉实验，使用波长为600nm的橙色光照射时，在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹，若用波长为400nm的紫光重复上述实验，则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是()A.P0点和P1点都是亮条纹B.P0点是亮条纹，P1点是暗条纹C.P0点是暗条纹，P1点是亮条纹D.P0点和P1点都是暗条纹【解析】设橙光相邻两干涉条纹之间的距离为Δx1，紫光相邻两干涉条纹之间的距离为Δx2，则有Δx1＝Ldλ1，Δx2＝Ldλ2，∴Δx1Δx2＝λ1λ2＝600400＝1.5.∴Δx1＝1.5Δx2，∴紫光在P1处将产生暗条纹，任何光在中央P0处都会产生亮条纹.故B正确，A、C、D错误.【答案】B题型三：薄膜干涉的分析与应用例3劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，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任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.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，从上往下观察的干涉条纹()A.变疏B.变密C.不变D.消失【思路点拨】对于薄膜干涉，关键在于明确干涉条纹是由空气膜前后表面反射的两列波叠加形成的，再利用干涉相关知识解决问题.【解析】薄膜干涉是由空气膜前后表面反射两列光发生的干涉现象，抽去一张纸片后，空气膜厚度减小，厚度差相同的间距变宽，故干涉条纹变疏，选A.【答案】A题型四：光的折射、全反射与光的波动性综合问题例4一束复色光斜射到平行玻璃砖，经玻璃砖折射后分成两束单色光A、B，分别从a、b两点射出，如图所示，则关于这两束光的说法正确的是()A.A光的频率比B光的频率小B.A光在水中的传播速度比B光在水中的传播速度小C.从玻璃砖下表面射出的两束光可能不平行D.A、B两种光分别通过同一小孔，A光衍射现象更明显【解析】光线经平行平面玻璃砖两次折射后，根据折射定律n＝sinθ1sinθ2知，当θ1相同时，而A光的折射角小于B光的折射角，得到玻璃砖对A光的折射率大于玻璃砖对B光的折射率，故A光的频率大于B光的频率，所以A选项错误；由于A光的频率大于B光的频率，故A光在水中的折射率大于B光在水中的折射率，由n＝cv，A光在水中的传播速度比B光在水中的传播速度小，B选项正确；根据玻璃砖上下表面平行，故由折射定律得到：出射光线与入射光线平行，C选项错误；由c＝λf知，在真空中传播的A光的波长小于B光的波长，故对同一小孔，B光衍射现象更明显，故D选项错误.【答案】B【方法与知识感悟】解答此类问题的一般思路如下：(1)由光路图和光的折射定律确定题中各色光的折射率大小关系；(2)由各色光中频率越大的光在同一介质中的折射率越大的关系，确定频率大小关系；(3)由公式c＝λf可确定波长大小关系，从而分析其波动现象.多选题1.下列说法正确的是()A.用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象C.经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大D.光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的E.光的偏振现象说明光是一种横波ACE【解析】用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，所以A正确；紫外线的频率比红外线大，故波长比红外线小，所以二者相比红外线更容易发生衍射，所以B错误；根据条纹间距Δx＝ldλ知，波长越长条纹间距越大，因为红光的波长大于绿光的波长，所以经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大，故C正确；光的折射、衍射都能引起光的色散，所以D错误；偏振是横波特有的，光的偏振现象说明光是横波，所以E正确.2.在光的双缝干涉实验中，如果只改变一个条件，以下说法正确的是()A.使双缝间距变小，则条纹间距变宽B.使屏与双缝距离变小，则条纹间距变宽C.将入射光由绿光改为红光，则条纹间距变宽D.将入射光由绿光改为紫光，则条纹间距变宽【解析】在双缝干涉中，条纹间距Δx＝Ldλ，其中L为屏与双缝距离，d为双缝间距，λ为光的波长，又红光波长大于绿光，绿光波长大于紫光，所以A、C对.AC3.如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2.现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直.在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是()A.反射光束1消失B.透射光束2消失C.反射光束1和透射光束2都消失D.偏振片P以入射光线为轴旋转90°，透射光束2消失AD【解析】自然光在柱体表面反射时，反射光与折射光都是偏振光，当使反射光束1和透射光束2恰好垂直时，光束1的光振动方向垂直于纸面，而光束2的光振动方向平行于纸面.当入射光线的方向上加偏振片P后，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，此时反射光束1应消失，A正确，B、C错误；当偏振片P以入射光线为轴旋转90°角时，其透振方向垂直于纸面，则光束2消失，D正确.一、选择题：1～5题为单选，6～9题为多选.1.如图所示，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为r，现有一束很细的具有两种不同颜色的复色光，以某一入射角从O点射入a板，且射出b板后的两束单色光通过空气射在地面上M、N两点，由此可知()A.在a、b两玻璃板间的空气中传播的时间是射到M点的光比射到N点的光较短B.这两种颜色的光由玻璃射向空气中，射到M点的光的临界角比射到N点的光临界角大C.这两种颜色的光在相同条件下做双缝干涉实验，射到M点的光的干涉条纹间距比射到N点的光要小D.在玻璃中的传播速度是射到M点的光比射到N点的光要大C【解析】根据光路图可知，射到M点的光的折射率较大，则它在ab之间的传播距离较大，在空气中两种光的传播速度相同，所以在a、b两玻璃板间的空气中传播时间是射到M点的光比射到N点的光较长，选项A错误；根据sinC＝1n，则这两种颜色的光由玻璃射向空气中，射到M点的光的临界角比射到N点的光临界角小，选项B错误；因为M光的折射率大，则波长短，根据Δx＝ldλ可知这两种颜色的光在相同条件下做双缝干涉实验，射到M点的光的干涉条纹间距比射到N点的光要小，选项C正确；根据n＝cv所以在玻璃中的传播速度是射到M点的光比射到N点的光要小，选项D错误.2.雅敏干涉仪可以用来测定气体在各种温度和压强下的折射率，其光路如图所示.图中S为光源，G1、G2为两块完全相同的玻璃板，彼此平行放置，T1、T2为两个等长度的玻璃管，长度均为d.测量时，先将两管抽空，然后将气体徐徐充入一管中，在E处观察干涉条纹的变化，即可测得该气体的折射率.某次测量时，将待测气体充入T2管中，从开始进气到到达标准状态的过程中，在E处看到共移过N条干涉亮纹.待测光在空气中的传播波长为λ.则该气体在标准状态下的折射率为()A.Nλd－1B.NλdC.Nλd＋1D.Nλd＋2C【解析】每看到一条亮纹移过，一定是光程差增大了一个波长.由于移动N条干涉亮纹.在介质中速度v＝cn，所以有：dv－dcc＝(n－1)d＝Nλ，解得：n＝Nλd＋1.所以C正确.3.激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理.用二次曝光照相所获得“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏的距离L以及相邻两条纹间距Δx，如所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是()A.v＝ΔxLΔtB.v＝LλΔxΔtC.v＝LΔxxΔtD.v＝LΔtλΔxB【解析】干涉条纹之间的距离总是相等的，两相邻明条纹之间的