《【步步高】2020年高考物理大一輪 第十二章 第4課時(shí) 光的干涉　衍射和偏振 新人教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【步步高】2020年高考物理大一輪 第十二章 第4課時(shí) 光的干涉　衍射和偏振 新人教版選修3-4（15頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第4課時(shí)　光的干涉　衍射和偏振 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.掌握光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，特別是雙縫干涉中出現(xiàn)明暗條紋的條件及判斷方法.2.掌握光產(chǎn)生明顯衍射的條件，以及衍射與干涉現(xiàn)象的區(qū)別.3.掌握光的偏振現(xiàn)象，了解偏振在日常生活中的應(yīng)用． 一、光的干涉 [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 1．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)P到雙縫S1、S2的路程差為7.5×10－7 m，如果用頻率6.0×1014 Hz的黃光照射雙縫，試通過計(jì)算分析P點(diǎn)出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋． 2．描繪地勢高低可以用等高線，描繪靜電場可以用等勢線，薄膜干涉條紋實(shí)際上是等厚線，同一干涉條紋上各個(gè)地方薄膜的厚度是相等的．利用光的干涉檢查平整度時(shí)，

2、觀察到了干涉條紋的形狀，就等于知道了等厚線的走向，因而不難判斷被檢測平面的凹下或凸出的位置．為什么薄膜干涉條紋是等厚線？ [知識梳理] 1．雙縫干涉：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動(dòng)情況總是________的相干光波．屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差是________________時(shí)出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長的________時(shí)出現(xiàn)暗條紋．相鄰的明條紋(或暗條紋)之間的距離Δx與波長λ、雙縫間距d及屏到雙縫的距離l之間的關(guān)系為____________． 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．圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應(yīng)的薄膜厚度_____

3、___． 特別提醒　1.只有相干光才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣． 2．單色光形成明暗相間的干涉條紋，白光形成彩色條紋． 二、光的衍射 [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 太陽光照著一塊遮光板，遮光板上有一個(gè)較大的三角形孔．太陽光透過這個(gè)孔，在光屏上形成一個(gè)三角形光斑．請說明：遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí)，光屏上的圖形將怎樣變化？說出其中的道理． [知識梳理] 1．光________________________________的現(xiàn)象叫光的衍射． 2．發(fā)生明顯衍射的條件：只有在障礙物的尺寸比光的波長小或者跟波長相差不多的條件下，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象． 3．泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的小圓板上時(shí)，在圓

4、板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))． 特別提醒　1.光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同． 2．區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分． 三、光的偏振 [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 市場上有一種太陽鏡，它的鏡片是偏振片．偏振片與普通的有色玻璃片相比有什么優(yōu)點(diǎn)？安裝鏡片時(shí)它的透振方向應(yīng)該沿什么方向？利用偏振眼鏡可以做哪些實(shí)驗(yàn)、做哪些檢測？ [知識梳理] 1．偏振：光波只沿____________的方向振動(dòng)，稱為光的偏振． 2．自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿______

5、______振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的________都相同，這種光叫做自然光． 3．偏振光：在________于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光，叫做偏振光．光的偏振證明光是________．自然光通過偏振片后，就得到了偏振光． 特別提醒　1.自然光通過偏振片后，就變成了偏振光． 2．平時(shí)我們所見的光，除直接從光源射來的以外都是不同程度的偏振光. 考點(diǎn)一　光的干涉 考點(diǎn)解讀 1．明暗條紋的判斷方法 (1)單色光 a．如圖1所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點(diǎn)的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)明條紋． b．光的路程差r2－r1

6、＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)暗條紋． 圖1 (2)白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋． (3)中央條紋為明條紋． 2．雙縫干涉是等間距的，相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離與波長成正比(裝置已確定的情況下)．利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)可測量光波的波長． 3．薄膜干涉 (1)如圖2所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上 薄下厚的楔形． 圖2 (2)光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分 別反射出來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加． (3)原理分析 ①單色光 a．在P1、P2處，兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍． Δr＝nλ(

7、n＝1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋． b．在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍．Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋． ②白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋． 4．薄膜干涉的應(yīng)用 干涉法檢查平面如圖3所示，兩板之間形成一楔形空氣膜， 用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，我們 會(huì)觀察到平行且等間距的明圖3 暗相間的條紋；若被檢平面不 平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲． 典例剖析 例1　如圖4所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，S1和S2為雙縫，P是光屏上 的一點(diǎn)，已知P點(diǎn)與S1、S2距離之差為2.1×10－6 m，分別用A、B 兩種單色光在

8、空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條 紋？ 圖4 (1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10－7 m； (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7 m，當(dāng)B光從這種介 質(zhì)射向空氣時(shí)，臨界角為37°； (3)若讓A光照射S1，B光照射S2，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象． 跟蹤訓(xùn)練1　如圖5所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，已知SS1＝SS2，且S1、 S2到光屏上P點(diǎn)的路程差Δr＝1.5×10－6 m. (1)當(dāng)S為λ＝0.6 μm的單色光源時(shí)，在P點(diǎn)處將形成______條紋． 圖5 (2)當(dāng)S為λ＝0.5 μm的單色光源時(shí)，在P點(diǎn)處將形成______條紋

9、．(均 選填“明”或“暗”) 例2　用某一單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知雙縫間距離為0.25 mm，在距離雙縫為1.2 m處的光屏上，測得5條亮紋間的距離為7.5 mm.求這種單色光的波長． 探究所得　掌握條紋間距公式Δx＝λ. 跟蹤訓(xùn)練2　薄膜干涉在科學(xué)技術(shù)上有很大應(yīng)用．如圖6甲是干涉法檢查平面示意圖，圖乙是得到的干涉圖樣，則干涉圖樣中條紋彎曲處的凹凸情況是______．(選填“上凸”或“下凹”) 圖6 考點(diǎn)二　衍射與干涉的比較 考點(diǎn)解讀 1．衍射與干涉的比較 兩種現(xiàn)象 比較項(xiàng)目 單縫衍射 雙縫干涉 不 同 點(diǎn) 條紋寬度 條紋寬度不等

10、，中央最寬 條紋寬度相等 條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距 亮度情況 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相等 相同點(diǎn) 干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋 特別提醒　1.白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同． 2．區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分． 2．干涉與衍射的本質(zhì)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理．在衍射現(xiàn)象中，可以認(rèn)為從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，它們在屏

11、上疊加形成單縫衍射條紋． 典例剖析 例3　在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果 (　　) A．用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋 B．用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋 C．用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋 D．用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋 跟蹤訓(xùn)練3　在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的明暗相間的圖樣，圖7的四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是 (　

12、　) 圖7 A．a(chǎn)、c B．b、c C．a(chǎn)、d D．b、d 考點(diǎn)三　光的偏振 考點(diǎn)解讀 1．偏振光的產(chǎn)生方式 (1)自然光通過起偏器：通過兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器．第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器． (2)自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直． 注意　不能認(rèn)為偏振片就是刻有狹縫的薄片，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特征，即

13、存在一個(gè)偏振方向，只讓平行于該方向振動(dòng)的光通過，其他振動(dòng)方向的光被吸收 了． 2．偏振光的理論意義及應(yīng)用 (1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波．光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波． (2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等． 典例剖析 例4　(1)肥皂泡在太陽光照射下呈現(xiàn)的彩色是______現(xiàn)象；露珠在太陽光照射下呈現(xiàn)的彩色是________現(xiàn)象；通過狹縫看太陽光時(shí)呈現(xiàn)的彩色是________現(xiàn)象． (2)凡是波都具有衍射現(xiàn)象，而把光看作直線傳播的條件是__________________________. 要使光產(chǎn)生明顯的衍射，條件

14、是_______________________________________________． (3)當(dāng)狹縫的寬度很小并保持一定時(shí)，分別用紅光和紫光照射狹縫，看到的衍射條紋的主要區(qū)別是___________________________________________________________________． (4)如圖8所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，可以看到透射光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象，這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明___________________________________________________________

15、_____________． 圖8 跟蹤訓(xùn)練4　光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波．下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是 (　　) A．一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化 B．一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光是偏振光 C．日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景象更清晰 D．通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋 A組　光的干涉 1．關(guān)于光的干涉，下列說法中正確的是 (　　

16、) A．在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的 B．在雙縫干涉現(xiàn)象里，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個(gè)明條紋間距將變寬 C．只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉 D．頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定 2. 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖9所示，雙縫間的距離為d，雙縫到像 屏 的距離為l，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置使得像屏上可以看到清晰的干涉條 紋．關(guān)于干涉條紋的情況，下列敘述正確的是 (　　) 圖9 A．若將像屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將變得不 清晰 B．若將像屏向右平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋 C．若

17、將雙縫間距離d減小，像屏上的兩個(gè)相鄰明條紋間的距離變小 D．若將雙縫間距離d減小，像屏上的兩個(gè)相鄰暗條紋間的距離增大 3．用如圖10所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象．圖(a)是點(diǎn) 燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液 薄膜的金屬絲圈，將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋 轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是 (　　) 圖10 A．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30° B．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90° C．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30° D．干涉條紋保持原來狀態(tài)不變

18、 B組　光的衍射和偏振 4．如圖11所示，兩光屏間放有兩個(gè)偏振片，它們四者平行共軸，現(xiàn)讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到固定不動(dòng)的偏振片P上，再使偏振片Q繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則關(guān)于光屏N上光的亮度變化情況，下列說法中正確的是 (　　) 圖11 A．光屏N上光的亮度保持不變 B．光屏N上光的亮度會(huì)時(shí)亮?xí)r暗 C．光屏N上有兩條與偏振片P、Q透振方向?qū)?yīng)的亮線 D．光屏N上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng) 5．用單色光通過小圓盤和小圓孔分別做衍射實(shí)驗(yàn)，在光屏上得到衍射圖形，則 (　　) A．用小圓盤時(shí)，圖形中央是暗的，用小圓孔

19、時(shí)，圖形中央是亮的 B．用小圓盤時(shí)，圖形中央是亮的，用小圓孔時(shí)，圖形中央是暗的 C．兩個(gè)圖形中央均為亮點(diǎn)的同心圓形條紋 D．兩個(gè)圖形中央均為暗點(diǎn)的同心圓形條紋 課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 (限時(shí)：30分鐘) 一、選擇題 1．關(guān)于光的干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是 (　　) A．在波峰與波峰疊加處，將出現(xiàn)亮條紋；在波谷與波谷疊加處，將出現(xiàn)暗條紋 B．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上距兩狹縫的路程差為1個(gè)波長的某位置，將出現(xiàn)亮紋 C．把入射光由黃光換成紫光，兩相鄰明條紋間的距離變窄 D．當(dāng)薄膜干涉的條紋是等間距的平行線時(shí)，說明薄膜的厚

20、度處處相等 圖1 2．圖1是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，P 為光屏．用綠光從左邊照射單縫S時(shí)，可在光屏P上觀察到干涉 條紋．下列說法正確的是 (　　) A．減小雙縫間的距離，干涉條紋間的距離減小 B．增大雙縫到屏的距離，干涉條紋間的距離增大 C．將綠光換為紅光，干涉條紋間的距離減小 D．將綠光換為紫光，干涉條紋間的距離增大 3．在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是 (　　) A．其他條件不變，將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距

21、變窄 B．其他條件不變，使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄 C．其他條件不變，換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬 D．其他條件不變，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬 4．下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法正確的是 (　　) A．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紫光改為紅光，則條紋間距一定變大 B．以相同入射角從水中射向空氣，紫光能發(fā)生全反射，紅光也一定能發(fā)生全反射 C．紫光從空氣射向水中，只要入射角足夠大，就可以發(fā)生全反射 D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度 5

22、．如圖2所示是一種利用光纖溫度傳感器測量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的透振方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強(qiáng)度就會(huì)變化．設(shè)起偏器和檢偏器透振方向相同，關(guān)于這種溫度計(jì)的工作原理，正確的說法是 (　　) 圖2 A．到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越大 B．到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越大 C．到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所

23、接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越小 D．到達(dá)檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越小 圖3 6．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，綠光通過單縫S后，投射到具 有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過雙 縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋．屏上O點(diǎn)距雙縫S1 和S2的距離相等，P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋．如果 將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況是 (　　) A．O點(diǎn)是紅光的亮條紋 B．O點(diǎn)不是藍(lán)光亮條紋 C．紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方 D．藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方

24、二、非選擇題 7．如圖4所示，是研究激光相干性的雙縫干涉示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1、S2發(fā)出的兩列波到達(dá)屏上時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，已知入射激光的波長是λ，屏上的P點(diǎn)到兩狹縫S1、S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記作0號條紋，由P向上數(shù)，與0號亮條紋相鄰的亮紋依次是1號條紋、2號條紋……則P1處的亮紋恰好是10號條紋．設(shè)直線S1P1的長度為L1，S2P1的長度為L2，則L2－L1等于多少？ 圖4 復(fù)習(xí)講義 基礎(chǔ)再現(xiàn) 一、 基礎(chǔ)導(dǎo)引　1.暗條紋 2．因?yàn)樾纬赏粭l干涉條紋的兩列反射波的路程差一定，而且路程差的一半恰好是薄膜的厚度，所以同一干涉條紋是等厚線． 知識梳

25、理　1.相同　波長整數(shù)倍　奇數(shù)倍　Δx＝λ　2.前后兩面　相同 二、 基礎(chǔ)導(dǎo)引　起初小孔不太小時(shí)，光沿直線傳播，此時(shí)光斑隨小孔尺寸減小而減?。?dāng)小孔足夠小時(shí)，光發(fā)生衍射，而且小孔越小衍射效果越強(qiáng)，此時(shí)光斑隨小孔尺寸減小而增大． 知識梳理　1.離開直線路徑繞到障礙物陰影里 三、 基礎(chǔ)導(dǎo)引　兩者的目的都是減少通光量，但普通帶色玻璃改變了物體的顏色，而偏振片卻沒有．安裝鏡片時(shí)，兩鏡片的透振方向應(yīng)相互垂直．利用偏振鏡片可以檢驗(yàn)光波是不是橫波，可以檢測某一光波是不是偏振波． 知識梳理　1.某一特定　2.一切方向　強(qiáng)度　3.垂直　橫波 課堂探究 例1　(1)暗條紋　(2)亮條紋　(3)見解

26、析 解析　(3)若讓A光和B光分別照射S1和S2，這時(shí)既不能發(fā)生干涉，也不發(fā)生衍射，此時(shí)在光屏上只能觀察到亮光． 跟蹤訓(xùn)練1　(1)暗　(2)明 例2　3.9×10－7 m 跟蹤訓(xùn)練3　D 例4　見解析 解析　(1)肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散，通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象． (2)障礙物或孔的尺寸比波長大得多時(shí)，可把光看作沿直線傳播；障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多或比波長更小時(shí)，可產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象． (3)紅光的中央亮紋寬，紅光的中央兩側(cè)的亮紋離中央亮紋遠(yuǎn)． (4)這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了光是一種橫波． 跟蹤訓(xùn)練4　D 分組訓(xùn)練 1． C　2.BD　3.D　4.B　5.C 課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 1．BC　 2．B　 3．ACD　 4．A　 5．B 6．AC　 7．10λ