选修3-4第5章第1节光的干涉衍射和偏振

§5-1光的干涉、衍射和偏振光到底是什么？……………17世纪明确形成了两大对立学说牛顿惠更斯微粒说波动说19世纪初证明了波动说的正确性由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”§5-1光的干涉1.干涉条件：频率相等、振动情况相同的两束光1801英国托马斯·杨双缝干涉杨氏干涉1、装置特点：2、单缝双缝S1SS2屏屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样2）双缝很近0.1mm1）双缝S1、S2到单缝S的距离相等双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)②双缝的作用：①单缝的作用：获得线光源2.杨氏双缝干涉实验S1S2P1P2.杨氏双缝干涉实验1r2rP1）实验现象：用红色光源做实验，观察到明暗相间的等间距干涉条纹。12)2rrr光程差：2)12(nrnr；暗纹：明纹：△xS1S2P1PL3.条纹间距与波长的关系d表示两个狭缝之间的距离，L为挡板与屏间的距离．dLx红光白光各种光的不同颜色，实际反映了它们不同的波长（或频率）．用白光做双缝干涉实验，由于白光内各种单色光的干涉条纹间距不同，在屏上会出现彩色条纹．白光的干涉图样①明暗相间的彩色条纹；②中央为白色亮条纹；③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。各色光在真空中的波长光的颜色波长nm光的颜色波长nm红770－620绿580－490橙620－600蓝－靛490－450黄600－580紫450－400红光波长最大，紫光波长最小dLx2、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，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、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失．B、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹仍然存在．C、任何颜色的干涉条纹都不存在。D、屏上无任何亮光．C4.薄膜干涉（1）让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。现象解释前表面后表面白光的薄膜干涉条纹——水平彩色条纹水面上的油膜呈彩色另一种实现光的干涉装置•牛顿环压紧两块小玻璃片可看到彩色环牛顿环白光黄光标准样板待检部件空气薄层（2）薄膜干涉的应用1）检查表面的平整程度注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度例、如图所示，是用干涉法检查某厚玻璃的上表面是否平整的装置，所用单色光做光源，检查中所观察到的干涉条纹是由下列两个表面反射的光线叠加而成的？A、a的上表面和b的下表面B、a的上表面和b的上表面C、a的下表面和b的上表面D、a的下表面和b的下表面C2.增透膜增透膜薄膜厚度4d在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长，它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。镀层薄膜2）增透膜：1、如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由哪两个表面反射的光叠加而成的()A．a的上表面和b的下表面B．a的上表面和b的上表面C．a的下表面和b的上表面D．a的下表面和b的下表面6、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是：A．增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度；B．增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的；C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的；D．因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。7、将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为（）A、λ/4n；B、λ/2n；C、λ/4；D、λ/2单缝衍射条纹的特征1、中央亮纹宽而亮．2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．§5-2光的衍射不同缝宽的单缝衍射不同色光的单缝衍射1.光的衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影区域内的现象叫做光的衍射。任何障碍物都可以使光发生衍射，衍射现象是波所特有的现象。2.产生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小。§5-2光的衍射ABS1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑2、孔较小时——屏上出现衍射花样圆孔衍射圆屏衍射泊松亮斑不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．圆屏衍射圆孔衍射钢针的衍射圆盘衍射圆孔衍射1、光的干涉和衍射图样区别双缝干涉图样特点：单缝衍射图象特点：光的干涉和光的衍射的比较2、双缝干涉和单缝衍射都是光波叠加的结果，只是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹可认为是极多且复杂的相干光的叠加。明暗相间、中间较宽较亮，两边对称亮度渐减弱明暗相间、等间距、等亮度光的偏振1.横波与纵波的区别?什么是横波的偏振现象?实验一:横波的偏振现象取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波.腰横别扁担进不了城门自然光:由光源(太阳、电灯等）直接发光而来。特点：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，且各振动方向的光强相等。0I1、自然光：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。2、偏振光:在垂直于传播方向的平面内，只沿某一个方向振动的光。反射光都是偏振光。.....起偏器检偏器自然光偏振光横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏振．只有横波才有偏振现象。什么是光的偏振现象?实验二:让光源的光通过一片偏振片(※)结论:在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向振动的强度相同.现象:偏振片无论如何转动,光线不会发生变化.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变实验三:让光源的光通过用两片偏振片(起振器,检偏器)现象:光通过第一片偏振片后再转动第二片偏振片,光的强弱会发生变化结论:光也会发生偏振,说明光是横波......起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零4、光的偏振现象说明光是一种横波。实验四:让光源的光通过用两片偏振片(起振器,检偏器)光的偏振现象并不罕见．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．如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚．如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰．5、光的偏振的应用1.如图所示，让太阳光通过遮光板M中的小孔S，在M的右方放一偏振片P，P的右方再放一光屏Q，现以光的传播方向为轴逐渐旋转偏振片P，关于屏Q上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是A、先变亮后变暗B、先变暗后变亮C、亮度不变D、光先变暗后变亮，再变暗，再变亮QPMSc2.两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180度，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（）A、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零B、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最小值C、透过偏振片的光强在整个过程中都增强D、透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强A3：通过一块偏振片分别去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板的光，当以入射光线为轴转动偏振片时，能够观察到光线强弱有变化的是（）A、电灯B、蜡烛C、月亮D、反光的黑板CD激光LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation1.方向性激光是沿一定方向发射的一束很细的光束，光束的发散角很小。光束在几公里外，扩展范围也不过几厘米，这样好的方向性是普通光源所无法达到的。可应用于测距，通信和雷达等方面。2.亮度由于激光的方向性好，能量在空间沿发射方向可高度集中，亮度比普通光源有极大提高。另外，采用特殊措施的激光器，还可以积累能量，引而不发，然后在极短时间内发光。这样，将光束能量在时间上高度集中，进一步提高了激光的亮度，可利用激光进行打孔，切割和焊接等。(a)(b)表面平整(c)有凹凸单色光标准样板薄片被检测平面（2）薄膜干涉的应用1）检查表面的平整程度注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度