2011届高考物理第一轮复习课件：光 光的波动性

第2课时光的波动性考点自清一、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的相干光波.屏上某点到双缝的路程差是处出现亮条纹；路程差是半波长的处出现暗条纹.相邻的明条纹（或暗条纹）之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离L的关系为.相同波长整数倍奇数倍dLx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.前后两面相同二、光的衍射1.光的现象叫光的衍射.2.发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，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）.离开直线路径绕到障碍物阴影里特别提醒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.热点一光的干涉1.双缝干涉现象中明暗条纹产生的条件及分布规律（1）相干光源的两列光波到达某点的路程差等于波长的整数倍时，该处光相互加强，出现亮条纹；当到达某点的路程为半波长奇数倍时，该点光互相减弱，出现暗条纹.故双缝干涉中央条纹为明条纹.(2)双缝干涉是等间距的，相邻明纹（或暗纹）间的距离与波长成正比（装置已确定的情况下）.利用双缝干涉实验可测量光波的波长.热点聚集2.薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图1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；若平面不平整，则干涉条纹发生弯曲.图1热点二光的衍射和光的干涉1.衍射与干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉相同点干涉、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，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等2.干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹.题型探究题型1双缝干涉中明、暗条纹的分布规律【例1】在双缝干涉实验中,保持狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变,用不同的色光照射,则A.B.C.D.用白光照射会产生白色干涉条纹解析根据Δα·λ.l,d确定,Δx∝λ.由红光→紫光波长减小,故红光条纹间距最大,紫光条纹间距最小,白色是复色光有7种色光.干涉条纹为彩色条纹,A、D正确.dl规律总结1.熟记7种色光波长及频率的大小关系.2.注意Δx=中各物理量的含义同时若测出Δx、l、d可以测定光波波长.变式练习1用单色光进行双缝干涉实验,下列说法正确的是（）A.中央明条纹的宽度大约是两侧明条纹宽度的2B.屏与双缝之间的距离减小,则屏上干涉条纹的间C.在实验装置不变的情况下,红光的干涉条纹间距D.换一个双缝间距较大的双缝,其他不变,则干涉条纹的间距变大Cdl题型2薄膜干涉的分析和应用【例2】利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜，回答以下两个问题：（1）用图2的装置检查平面时，是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样？（2）为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10-7m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度？图2思路点拨分析此题时应注意以下两点：（1）薄膜干涉是利用了光在空气膜前后表面的反射光叠加形成的.（2）增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时，增透膜起到对该种色光增透的作用.解析（1）干涉图样是利用了标准样板和被检查平面间空气膜即b、c表面反射光叠加形成的.（2）若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：那么增透膜厚度答案（1）见解析（2）1×10-7m41,000nffvcn即.m101m38.141052.5441770nh变式训练2（1）劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图3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4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劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将。图3（2）由以上分析回答下列问题：如图4甲所示是检查工件ON上表面是否平整的装置，用单色光照射透明标准板M，观察到的现象如图乙所示的条纹中的P和Q的情况，这说明（填正确的代号）.A.N的上表面A处向上凸起B.N的上表面B处向上凸起C.N的上表面A处向下凹陷D.N的上表面B处向下凹陷图4甲乙解析（1）光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹.设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻明条纹,如图所示，则两条光的路程差分别为Δr1=2d1，Δr2=2d2因为Δr2-Δr1=λ，所以d2-d1=设条纹间距为Δl，则由几何关系得：21.tan2,tan12lldd即当抽去一张纸片，θ减小时，Δl增大，即条纹变疏.（2）A处为一向凹陷的小坑,则下陷部分倾角θ增大，条纹变密，而恢复阶段处倾角θ减小，条纹稀疏，因此形成如P处形状的条纹.同理可知B、C正确.答案（1）条纹变疏（2）BC题型3干涉现象和衍射现象的区别【例3】如图5所示的4种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹).则在下面的四个图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是()A.红黄蓝紫B.C.蓝紫红黄D.图5解析双缝干涉条纹平行等距,且波长越大,条纹间距越大,而红光波长大于蓝光波长,故第一幅图为红光,第三幅图为蓝光;又由于黄光波长比紫光波长大,故第四幅图为黄光的衍射图样,第二幅为紫光的衍射图样.答案B变式练习3如图6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置,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,在肥皂膜上观察到的干涉图样应是下图中的（）解析酒精灯发出的光在肥皂膜前后两个表面上反射后叠加,形成干涉图样,两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关,相同厚度处光程差相同,而同一条明条纹(或暗条纹)上路程差也相同,肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同.故肥皂膜上的明(暗)条纹是一些水平的平行直线,即正确答案为D.D图61.在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏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B.有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍D.屏上无任何光亮素能提升2.煤矿中瓦斯爆炸危害极大.某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率,于是,他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器,原理如图7所示.在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B,容器A与干净的空气相通,在容器B中通入矿井中的气体,观察屏上的干涉条纹,就能够监测瓦斯浓度.以下说法正确的是()图7A.如果屏的正中央仍是亮纹,说明B中的气体与A中的空气成分相同,不含瓦斯B.如果屏的正中央是暗纹,说明B中的气体与A中的空气成分不相同,可能含有瓦斯C.如果屏上干涉条纹不停地移动,说明B中的气体瓦斯含量不稳定D.只有用单色光照射单缝时,才可能在屏上出现干涉条纹解析如果容器A、B中气体相同,则折射率相同,到屏的中央光程相同,所以为亮纹.如果中央为暗纹,则A、B中折射率一定不同,故B正确;中央为亮纹B中可能含瓦斯,也可能不含,A错;条纹不停的移动,则B中气体的折射率在变化即瓦斯含量不稳定,C正确;单色光或复色光都能出现干涉条纹,D错.答案BC3.在下列现象中,不属于光的干涉现象的有()A.B.C.阳光通过三棱镜形成彩色光带D.单色光通过双缝时形成明暗相间条纹C4.在双缝干涉实验中,)A.双缝间距越小,单色光的波长越大,则干涉条纹间距B.双缝间距越大,单色光的频率越大,则干涉条纹间距C.双缝间距越大,屏离双缝的距离越大,则屏上条纹间D.双缝间距越小,屏离双缝的距离越小,则屏上条纹间距越大A5.某同学自己动手利用如图8所示器材观察光的干涉现象,A为单缝屏,B为双缝屏,C为像屏.当他将一束阳光照射到A上时,屏C上并没出现干涉条纹.他移走B后C上出现一窄亮斑,分析实验失败的原因,最大的可能性是()A.单缝SB.单缝SC.S到S1、S2D.太阳光不能作光源B图86.关于光的衍射现象,下列说法正确的有()A.只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时,才B.当光的波长大于障碍物尺寸时,完全不产生衍射C.发生小孔衍射时,若减小小孔直径,条纹变亮D.发生小孔衍射时,若稍微增大小孔直径,条纹变亮解析任何障碍物都可以使光发生衍射,只有明显与不明显之分.当障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或小于光的波长时,将产生明显的衍射现象,现象“明显”了,才容易被观察到,所以衍射并不要求波长与障碍物或孔的尺寸一定相等,A、B错误;当发生小孔衍射时,孔径越小,衍射越明显(屏上衍射图样分布的范围越大),但由于孔小通过孔的光的能量少,故而图样将变暗,所以C不对,D正确.答案D7.在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图9所示的干涉实验法.A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜.现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化.当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到t2时，亮度再一次回到最亮.（1）在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的；图9（2）温度由t1升高到t2时，A的高度升高多少？解析（1）A、B间为空气薄膜，在B板上方观察到的亮暗变化，是由B的下表面反射的光和A的上表面反射的光叠加产生的.（2）当温度为t1时，设空气薄膜厚度为d1，此时最亮说明：2d1=kλ当温度为t2时，设空气薄膜厚度为d2，此时再一次最亮说明2d2=（k-1）λ得故温度由t1升高到t2，A的高度升高答案（1）见解析（2）221dd.22反思总结返回