高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十三章 光的干涉衍射和偏振現(xiàn)象

1、高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十三章 光的干涉衍射和偏振現(xiàn)象課件第1頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四一、光的干涉1.光的干涉:在兩列光波的疊加區(qū)域,某些區(qū)域的光被加強(qiáng),出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域的光被減弱,出現(xiàn)暗紋,且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象叫做知識(shí)梳理光的干涉現(xiàn)象。2.干涉的條件:兩列頻率相同、振動(dòng)步調(diào)差別恒定(即相位差恒定)的光相遇。第2頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四3.典型的干涉實(shí)驗(yàn)(1)雙縫干涉a.形成明暗條紋的條件:雙縫處光振動(dòng)情況完全相同,光屏上某點(diǎn)與兩個(gè)狹縫的路程差是光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋,與兩個(gè)狹縫的路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處出

2、現(xiàn)暗條紋。b.條紋的特點(diǎn):相鄰明條紋(或暗條紋)的間距相等。且x=,其中為波第3頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四長(zhǎng),d為雙縫間距,l為縫到屏的距離。實(shí)驗(yàn)裝置不變的條件下,紅光的干涉條紋的間距最大,紫光的干涉條紋的間距最小;若換用白光,在屏上得到彩色條紋,且中央為白色。(2)薄膜干涉a.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)前后兩表面的反射光波相遇而形成的干涉。b.圖樣特點(diǎn):同一條亮(或暗)條紋對(duì)應(yīng)薄膜的厚度相等,單色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平狀的明暗相間的條紋,白光入射時(shí)形成彩色條紋。第4頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四二、光的衍射1.光的衍射

3、:光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象。2.光發(fā)生明顯衍射的條件:只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相當(dāng),甚至比光的波長(zhǎng)還小的時(shí)候,衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。3.單縫衍射條紋的特點(diǎn):單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋,兩側(cè)是明暗相間的條紋,條紋寬度比中央窄且暗;白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白條紋,兩側(cè)是窄且漸暗的彩色條紋。4.泊松亮斑:當(dāng)光照到不透明的小圓板上,在圓板的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。第5頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四三、光的偏振1.偏振:橫波只沿某一特定的方向振動(dòng),稱為波的偏振。2.自然光:在垂直與傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,而且沿著各

4、個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。如由太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光。3.偏振光:在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)只沿著某一個(gè)特定方向振動(dòng)的光。如自然光經(jīng)偏振片作用后的光。4.應(yīng)用:利用偏振片攝影、觀看立體電影等。第6頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四1.(1)薄膜干涉是薄膜前、后表面的反射光疊加產(chǎn)生的,所以要觀察薄膜干涉條紋,應(yīng)該從光源一側(cè)觀察。()(2)光的干涉和衍射現(xiàn)象說明了光是波,也能說明光是橫波。()(3)在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)的表面涂一層薄膜,當(dāng)薄膜的厚度是光在空氣中波長(zhǎng)的時(shí),可起到減小反射光強(qiáng)度、增大透射光強(qiáng)度的作用。()答案(1)(2)(3)第7頁(yè)，共34頁(yè)，2

5、022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四2.(多選)以下說法中正確的是()A.用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉B.對(duì)于同一障礙物,波長(zhǎng)越大的光波,越容易繞過去C.白光通過三棱鏡在屏上出現(xiàn)彩色條紋是光的一種干涉現(xiàn)象D.用光導(dǎo)纖維傳播信號(hào)是光的全反射的應(yīng)用答案ABD用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉,A正確;對(duì)于同一障礙物,波長(zhǎng)越大的光波,越容易發(fā)生衍射,即越容易繞過去,B正確;白光通過三棱鏡在屏上出現(xiàn)彩色條紋是光的一種色散現(xiàn)象,C錯(cuò)誤;用光導(dǎo)纖維傳播信號(hào)是光的全反射的應(yīng)用,D正確。第8頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四3.如

6、圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃的上表面是否平整的裝置。a為標(biāo)準(zhǔn)樣板,b為待測(cè)厚玻璃板,所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的,檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的()A.a的上表面和b的下表面B.a的上、下表面C.a的下表面和b的上表面D.b的上、下表面第9頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四答案C本題是薄膜干涉的應(yīng)用。本題易錯(cuò)選項(xiàng)是D。錯(cuò)選D是理解為檢查的樣品是b,故干涉是發(fā)生在b的上、下表面。第10頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四4.關(guān)于單縫衍射圖樣,以下說法正確的是()A.黃光和藍(lán)光透過相同寬度的狹縫衍射時(shí),黃光的中

7、央條紋較窄,條紋間距較小B.在單縫衍射中,狹縫越窄,中央亮條紋的寬度也越窄,明暗條紋間距離越小C.單色光單縫衍射圖樣是明暗相間的平行條紋,且各亮條紋的高度和寬度基本相同D.用白光觀察單縫衍射,中央亮條紋最寬,且是白色的答案D在單縫衍射中,入射光波長(zhǎng)越大,狹縫越窄,中央亮條紋越寬,相鄰條紋間距越大;單縫衍射的條紋寬度和亮度不相同,其中中央亮條紋最寬最亮,越向外條紋越窄,亮度越小;故A、B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤。白光的單縫衍射圖樣中中央亮條紋最寬且為白色,而兩側(cè)出現(xiàn)明暗相間的彩色條紋,故D選項(xiàng)正確。第11頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四1.衍射與干涉的比較重難一對(duì)波的干涉和衍射的理

8、解重難突破種類項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉條紋寬度條紋寬度不等,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中央條紋最亮,兩邊變暗清晰條紋,亮度基本相同第12頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四2.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?cè)谄辽席B加形成單縫衍射條紋。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第13頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四A.b光束在棱鏡中

9、傳播速度較大B.b光的頻率大于a光的頻率C.在完全相同的條件下做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),a光對(duì)應(yīng)的干涉條紋間距較寬D.在其他條件不變的情況下,當(dāng)頂角A增大時(shí),b光束一定不會(huì)在AC面上發(fā)生全反射典例1(多選)兩束平行單色光a、b垂直射入截面為直角三角形的棱鏡ABC,從另一面AC射出時(shí)的光束為a、b,如圖所示,以下說法正確的是()第14頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四解析a、b兩束光直射到AC界面,發(fā)生折射現(xiàn)象,入射角相同的情況下,b光的偏折厲害些,則b光的折射率大,b光的頻率大,b光的波長(zhǎng)短,B正確;再由n=知,折射率大的光傳播速度小,A錯(cuò)誤;由干涉條紋的間距公式x=知,波長(zhǎng)長(zhǎng)的

10、光對(duì)應(yīng)的干涉條紋間距寬,C正確;當(dāng)頂角A增大時(shí),b光的入射角增大,達(dá)到臨界角時(shí),可以發(fā)生全反射,D錯(cuò)誤。答案BC第15頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四1-1在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,光盤是存儲(chǔ)信息的一種重要媒介。光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的。若紅、藍(lán)激光束不是垂直投射到盤面上,則光線在通過透明介質(zhì)層時(shí)會(huì)發(fā)生偏折而改變行進(jìn)的方向,如圖所示。下列說法中正確的是()第16頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四A.圖中光束是紅光,光束是藍(lán)光B.在光盤的透明介質(zhì)層中,光束比光束傳播速度更快C.若光束、從透明介質(zhì)層以相同且逐漸增大的入射角射向空氣中,則

11、先發(fā)生全反射D.若光束、先后通過同一小孔,則衍射現(xiàn)象更明顯答案C解析由圖可知光折射程度大,則其折射率大,光折射程度小,則其折射率小,故光為藍(lán)光,光為紅光,A錯(cuò);由折射率公式n=知,在透明介質(zhì)層中光束比光束傳播速度慢,B錯(cuò);由sin C=知:光束的臨界角比光束的小,因此先發(fā)生全反射,故C對(duì);由=c/知,光束的波長(zhǎng)比光束的小,故光束、先后通過同一小孔,則衍射現(xiàn)象更明顯,D錯(cuò)。第17頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四1-2下列說法正確的是()A.用分光鏡觀測(cè)光譜是利用光折射時(shí)的色散現(xiàn)象B.用X光機(jī)透視人體是利用光電效應(yīng)C.光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)是利用光的干涉現(xiàn)象D.門鏡可以擴(kuò)大視野

12、是利用光的衍射現(xiàn)象答案A解析用分光鏡觀測(cè)光譜是利用了不同色光的折射率不同,A對(duì);用X光機(jī)透視人體是利用了X光的穿透能力強(qiáng),B錯(cuò);光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)利用了光的全反射現(xiàn)象,C錯(cuò);門鏡擴(kuò)大視野利用了光的折射現(xiàn)象,D錯(cuò),故選A。第18頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四1.利用雙縫干涉測(cè)量光波的波長(zhǎng):即利用x=可求得波長(zhǎng)=xx為相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離。2.薄膜干涉的應(yīng)用(1)檢查精密零件的表面是否平整重難二光的干涉在實(shí)際中的應(yīng)用將被檢查平面和放在上面的透明標(biāo)準(zhǔn)樣板的一端墊一薄片,使標(biāo)準(zhǔn)樣板的平面與被檢查平面間形成一個(gè)楔形空氣薄層,單色光從上面照射,入射光在空氣層的上表面a和下

13、表面b反射出兩列光波疊加,從反射光中看到干涉條紋,根據(jù)干涉條紋的形狀來確定工件表面的情況,如圖所示。第19頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四第20頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四(2)增透膜在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)的表面涂上一層薄膜(如氟化鎂),當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的時(shí),在薄膜的兩個(gè)面上的反射光的光程差恰好等于半波長(zhǎng),因而相互抵消,達(dá)到減小反射光、增大透射光強(qiáng)度的目的。第21頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四如圖所示,就是一種光熱轉(zhuǎn)換裝置,它的主要轉(zhuǎn)化器件是真空玻璃管,這些玻璃管將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成水的內(nèi)能。真空玻

14、璃管上采用鍍膜技術(shù)增加透射光,使盡可能多的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能,這種鍍膜技術(shù)的物理依據(jù)是()A.光的直線傳播B.光的粒子性典例2光熱轉(zhuǎn)換是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為其他物質(zhì)內(nèi)能的過程,太陽(yáng)能熱水器C.光的干涉 D.光的衍射第22頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四解析真空玻璃管上的鍍膜是一層增透膜,利用了光的薄膜干涉的原理,故選項(xiàng)C正確。答案C第23頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四A.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)30時(shí),干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30B.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)45時(shí),干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90C.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)60時(shí),干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30D.干涉條紋保持不變答案D2-1用如圖所

15、示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖甲是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上灑些鹽),圖乙是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈。將金屬線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()解析金屬線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀,由干涉原理可知干涉條紋與金屬線圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度無(wú)關(guān),仍然是水平的干涉條紋,A、B、C錯(cuò)誤,D正確。第24頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四2-2(多選)把一平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上,一端用薄片墊起,構(gòu)成空氣劈尖,讓單色光從上方射入,如圖所示,這時(shí)可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法中正確的是()A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空

16、氣劈尖膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.干涉條紋中的暗紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C.將上玻璃板平行上移,條紋向著劈尖移動(dòng)D.觀察薄膜干涉條紋時(shí),應(yīng)在入射光的另一側(cè)第25頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四答案AC解析根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理,上述現(xiàn)象是由空氣劈尖膜前后表面反射的兩列光疊加而成的,當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí),振動(dòng)加強(qiáng),形成亮條紋,所以A項(xiàng)對(duì),B項(xiàng)錯(cuò);因相干光是反射光,故觀察薄膜干涉時(shí),應(yīng)在入射光的同一側(cè),故D項(xiàng)錯(cuò)誤;條紋的位置與空氣膜的厚度是對(duì)應(yīng)的,當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí),同一厚度的空氣膜向劈尖移動(dòng),故條紋向著劈尖移動(dòng),故C

17、項(xiàng)正確。第26頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四兩種干涉現(xiàn)象中亮暗條紋的判斷方法1.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)雙縫S1、S2之間距離為d,雙縫到屏間的距離為l,屏上一點(diǎn)P到雙縫的距離分別為r1和r2,由圖可知雙縫S1和S2到屏上P點(diǎn)的路程差為x(光程差)。x=r2-r1若光程差x是波長(zhǎng)的整數(shù)倍,即x=n(n=0,1,2,3,),P點(diǎn)將出現(xiàn)亮條紋,如圖甲所示。思想方法第27頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四若光程差x是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,即x=(n=0,1,2,3,),P點(diǎn)將出現(xiàn)暗條紋,如圖乙所示。據(jù)條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系x=可知,條紋間距與單縫到雙縫之間的距離無(wú)關(guān),

18、與縫本身的寬度也無(wú)關(guān)。第28頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四2.薄膜干涉如圖所示,豎直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上時(shí),在膜的前表面AA和后表面BB分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。(1)在P1、P2處,兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差x等于波長(zhǎng)的整數(shù)第29頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四倍x=n(n=1,2,3,)波峰和波峰疊加,波谷和波谷疊加,使光波振動(dòng)加強(qiáng),形成亮條紋。(2)在Q處,兩列反射回來的光波的路程差x等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍x=(2n+1)(n=1,2,3,)反射回來的兩列光,波峰和波谷疊加,使光波振動(dòng)抵消,形成暗條紋。根據(jù)上述分析,可知在薄膜上形成明暗相間的干涉條紋。第30頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期四典例用氦氖激光器進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),已知使用的雙縫間的距離d=0.1 mm,雙縫到屏的距離L=6.0 m,測(cè)得屏上干涉條紋中亮紋的間距是3.8 cm,氦