光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象

選考部分選修3-4第十三章第2單元 光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象1.2009年10月1日晚，首都北京各界人士歡聚一堂，熱烈慶祝中華人民共和國(guó)成立60周年.在天安門(mén)廣場(chǎng)舉行的聯(lián)歡晚會(huì)上，焰火呈現(xiàn)出的"錦繡河山”圖（如圖13-2-6所示）更是驚艷全場(chǎng).下列關(guān)于光的認(rèn)識(shí)，正確的是（）焰火中各種五顏六色的光中紅光比綠光的波長(zhǎng)要長(zhǎng)利用相機(jī)拍下這些壯觀景象時(shí)，涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭看上去呈淡紫色，說(shuō)明增透膜增強(qiáng)了對(duì)淡紫色光的透射通過(guò)電視觀看國(guó)慶焰火時(shí)，電視機(jī)遙控器是利用紅外線脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行遙控的聯(lián)歡晚會(huì)上各種節(jié)目中所利用的激光是一種相干光解析：涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭看上去呈淡紫色，是說(shuō)明增透膜增強(qiáng)了對(duì)淡紫色光的反射，B錯(cuò)；電視機(jī)遙控器是利用紅外線脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行遙控的，C正確；激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，D正確.答案：ACD2.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0.25mm，在距離雙縫為1.2m處的光屏上，測(cè)得5條亮紋間的距離為7.5mm，試求所用單色光的波長(zhǎng).x7.5解析：已知Ax= =—10-3m，/=1.20m，n-15-1dd=0.25x10-3m，根據(jù)公式曷=牛得八'd 0.25x10-3x7.5x10-31.20x4波長(zhǎng)入=尹= ,—. m1.20x4=3.906x10-7m.答案：3.906x10-7m°3.兩個(gè)狹縫相距0.3mm，位于離屏50cm處，現(xiàn)用波長(zhǎng)為6000A的光照射雙縫，求：⑴兩條相鄰暗條紋間的距離是多少？4（2）若將整個(gè)裝置放于水中，那么兩條相鄰暗條紋間的距離是多少？（水的折射率為-，°1A=10-10m)

解析：本題要求用公式以―入進(jìn)行計(jì)算.l 50x10-2x6000x10-100.3x10-3(10.3x10-3=1x10-3m=1mm,*(2)*=-=n6000° °=,A=4500A43,l,或=d*50x10-2x4500x10-10= --“c m=0.75mm.0.3x10-3答案：(1)1mm(2)0.75mm登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過(guò)度照射，尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)間被紫外線照射，否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對(duì)眼睛傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率為n=1.5，所要消除的紫外線的頻率為v=8.1x1014Hz.他設(shè)計(jì)的這種"增反膜”所依據(jù)的原理是.這種“增反膜”的厚度至少是多少？以下有關(guān)薄膜干涉的說(shuō)法正確的是 ()薄膜干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)性如果薄膜的厚度不同，產(chǎn)生的干涉條紋一定不平行干涉條紋一定是彩色的利用薄膜干涉也可以"增透”解析：(1)為了減少進(jìn)入眼睛的紫外線，應(yīng)使入射光分別從該膜的前后兩個(gè)表面反射后形成的反射光疊加后加強(qiáng)，從而使透射的紫外線減弱.⑵路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)應(yīng)等于光在薄膜中的波長(zhǎng)”的整數(shù)倍，即2d1=N*(N=1,2...),因此，膜的厚度至少是紫外線在膜中波長(zhǎng)的2,紫外線在真空中的波長(zhǎng)是腭c/v=3.7x10-7m.在膜中的波長(zhǎng)是*=*/n=2.47x10-7m,故膜的厚度至少是1.23x10-7m.(3)干涉和衍射都證明光具有波動(dòng)性；如果薄膜厚度均勻變化，則干涉條紋一定平行;白光的干涉為彩色條紋，單色光的干涉則為該色光顏色；當(dāng)膜的厚度為四分之一波長(zhǎng)時(shí)，兩反射光疊加后減弱則會(huì)"增透”.故選項(xiàng)A、D正確.答案：(1)兩反射光疊加后加強(qiáng)(2)1.23x10-7m(3)AD利用薄膜干涉的原理可以用干涉法檢查平面和制造增透膜，回答以下兩個(gè)問(wèn)題：

⑴用圖13-2-7所示的裝置檢查平面時(shí)，是利用了哪兩個(gè)表面反射光形成的薄膜干涉圖樣？⑵為了減少光在透鏡表面由于反射帶來(lái)的損失，可在透鏡表面涂上一層增透膜，一般用折射率為1.38的氟化鎂，為了使波長(zhǎng)為5.52x10-7m的綠光在垂直表面入射時(shí)使反射光干涉相消，求所涂的這種增透膜的厚度.解析：(1)干涉圖樣是標(biāo)準(zhǔn)樣板和被檢查平面間空氣膜即b.c面反射光疊加形成的.(2)設(shè)綠光在真空中波長(zhǎng)為A0,在增透膜中的波長(zhǎng)為A,由折射率與光速的關(guān)系和光速與波長(zhǎng)及頻率的關(guān)系得：即A=A0,那么增透膜厚度m=1x10-7m.1A5.52x10-7h=4Am=1x10-7m.答案：見(jiàn)解析某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標(biāo)卡尺兩腳之間形成的狹縫觀察光的衍射.若某次觀察光的衍射時(shí)游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖13-2-8所示，則卡尺兩測(cè)腳間的狹縫寬度為.iO I1 單■位:IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII|IIII|IIIIIIIII|0 L0 2D圖13-2-8在利用游標(biāo)卡尺兩腳之間形成的狹縫觀察光的衍射總結(jié)出的以下幾點(diǎn)中，正確的是.若狹縫與燈絲平行，則衍射條紋與狹縫平行衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)，狹縫越窄，衍射條紋越窄衍射條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射條紋越寬衍射條紋的間距與光的頻率有關(guān)，光的頻率越大，衍射條紋越寬解析：(1)卡尺游標(biāo)尺為20分度，1其精度為元mm=0.05mm.讀數(shù)=固定刻度+可動(dòng)刻度=0+5x0.05mm=0.25mm.(2)觀察光的衍射現(xiàn)象時(shí)，狹縫必須與燈絲平行，而衍射條紋與狹縫平行，A正確；衍射現(xiàn)象明顯與否與縫寬和光波長(zhǎng)有關(guān).狹縫越窄，光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，現(xiàn)象越明顯，故B錯(cuò)誤，C正確；由c=Av知，頻率越高則光波長(zhǎng)越短，衍射現(xiàn)象越不明顯，故D錯(cuò)誤.

答案：（1）0.25mm（2）AC7.（2010?福州模擬）7.請(qǐng)回答下列兩個(gè)問(wèn)題：（1） 某些特定環(huán)境下照相時(shí)，常在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片使影像清晰，這是利用什么原理？（2） 市場(chǎng)上有一種太陽(yáng)鏡，它的鏡片是偏振片，為什么不用普通的帶色玻璃片而用偏振片？安裝鏡片時(shí)它的透振方向應(yīng)該沿什么方向？解析：（1）在某些特定環(huán)境下，如拍攝池水中的游動(dòng)的魚(yú)時(shí)，由于水面反射光的干擾，影像會(huì)不清楚，在鏡頭前裝一片偏振片，清除反射光（反射光為偏振光），影像就變得清晰.⑵這種太陽(yáng)鏡是為了消除柏油馬路和湖面上反射的耀眼的炫光，因此應(yīng)用偏振片而不是帶色的普通玻璃片.該反射光為水平方向的偏振光，故應(yīng)使鏡片的透振方向豎直.答案：見(jiàn)解析8.一般認(rèn)為激光器發(fā)出的是頻率為v的"單色光”.實(shí)際上它的頻率并不是真正單一的.激光頻率v是它的中心頻率，它所包含的頻率范圍是△/（也稱(chēng)頻率寬度）.如圖13-2-9所示，讓單色光照射到薄膜表面a，一部分光從前表面反射回來(lái)（這部分光稱(chēng)為甲光），其余的光進(jìn)入薄膜內(nèi)部，其中的一小部分光從薄膜后表面b反射回來(lái)，再?gòu)那氨砻嬲凵涑觯ㄟ@部分光稱(chēng)為乙光），甲、乙這兩部分光相遇疊加而發(fā)生干涉，稱(chēng)為薄膜干涉，乙光與甲光相比，要在薄膜中多傳播一小段時(shí)間M.理論和實(shí)踐都證明，能觀察到明顯穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件是：*的最大值△《與M的乘積近似等于1，即只有滿足△《△v=18.TOC\o"1-5"\h\z定的干涉現(xiàn)象. q !已知 d某紅寶石激光器發(fā)出的激光頻率v=4.32x1014Hz，它的 f頻率寬度M=8.0x109Hz.讓這束激光由空氣斜射到折 但匚；了，射率n=*；2的薄膜表面，入射時(shí)與薄膜表面成45°角，如圖13-2-9所示.⑴求從。點(diǎn)射入薄膜中的光的傳播方向及速率.⑵估算在如圖13-2-9所示的情況下，能觀察到明顯穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的薄膜的最大厚度dm.sin45°解析：⑴設(shè)從。點(diǎn)射入溥膜中的光線的折射角為「，根據(jù)折射定律有：n=*，可sin45°1TOC\o"1-5"\h\z即sinr= =匚n2所以r=30°.光在薄膜中的傳播速度v=c/n~2.12x108m/