光的干涉和衍射要點精析

光的干涉和衍射要點精析一、考點理解雙縫干涉兩列光波在空間相遇時發(fā)生疊加，在某些區(qū)域總加強，在另外一些區(qū)域總減弱，從而出現(xiàn)亮暗相間的條紋的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。產(chǎn)生干涉的條件兩個振動情況總是相同的波源叫相干波源，只有相干波源發(fā)出的光互相疊加，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的亮暗相間的條紋。雙縫干涉實驗規(guī)律雙縫干涉實驗中，光屏上某點到相干光源禹、足的路程之差為光程差，記為『。若光程差是波切的整倍數(shù)，即占=心(n=0，1，2,3…)P點將出現(xiàn)亮條紋；若^=(2?+1)4光程差占是半波長的奇數(shù)倍 2(n=0，1，2,3…)，P點將出現(xiàn)暗條紋。屏上和雙縫母、崩距離相等的點*，若用單色光實驗該點是亮條紋(中央條紋)，若用白光實驗該點是白色的亮條紋。若用單色光實驗，在屏上得到明暗相間的條紋；若用白光實驗，中央是白色條紋，兩側(cè)是彩色條紋。屏上明暗條紋之間的距離總是相等的，其距離大小Ax與雙縫之間距離d。雙縫到屏的距離'及光的波切有關(guān)，即Ax=^。在「和d不變的情況下，占工和波切成正比，應(yīng)用該式可測光波的波艮。用同一實驗裝置做干涉實驗，紅光干涉條紋的間距&紅最大，紫光干涉條紋間距Ax霰最小，故可知允既大于5既小于%薄膜干涉薄膜干涉的成因：由薄膜的前、后表面反射的兩列光波疊加而成，劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間的條紋。薄膜干涉的應(yīng)用增透膜：透鏡和棱鏡表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波長的'。檢查平整程度：待檢平面和標(biāo)準(zhǔn)平面之間的楔形空氣薄膜，用單色光進(jìn)行照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋，待檢平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點就位于一條直線上，干涉條紋是平行的；反之，干涉條紋有彎曲現(xiàn)象。光的衍射光的衍射現(xiàn)象光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射。光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波波長小，或者跟波長差不多時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。衍射圖樣單縫衍射：中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同。白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光。圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)。泊松亮斑：光照射到一個半徑很小的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一。二、 方法講解雙縫干涉中條紋間距和位置的判斷方法影響條紋間距的因素：相鄰亮紋或相鄰暗紋的間距&x與雙縫到屏的距離'成正比，與兩狹縫之間距離d成反比，與光的波長久成正比，即敞="中央位置是亮紋還是暗紋的條件：雙縫到光屏中央距離相等，光程差為零，如果兩光源振動完全一致，中央一定是亮紋，假如兩光源振動正好相反，則中央為暗紋。單色光顏色、頻率、波長的關(guān)系：光的顏色由頻率決定，光的頻率由光源決定，在可見光中紅光頻率最低，紫光最高，真空中各色光速相同，由知，真空中紅光波長最大，紫光最小。綜合以上各點可知：(1)為了觀察到清晰的干涉圖樣，必須使雙縫距離d小到與波長相當(dāng)，且使l>>d.(2)同樣條件下，紅光的干涉條紋間距最大，紫光最小。這就是白光干涉條紋中央為白色，兩邊出現(xiàn)彩色光帶的原因。雙縫干涉和棱鏡使白光色散的比較形成原因不同：雙縫干涉是光的干涉現(xiàn)象，棱鏡色散是光的折射現(xiàn)象。發(fā)生條件比較：由"粼和"一目。可知，在同一種介質(zhì)中，紅光的頻率最低，折射率最小，速度最大，波長最大，依次為紅橙黃綠藍(lán)靛紫，所以雙縫干涉中紅光相鄰亮紋間距最大，紫光最小；棱鏡色散中紅光偏折角最小，紫光最大。光的干涉和光的衍射的比較雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結(jié)果，只是干涉條紋是有限的幾束光的疊加，而衍射條紋是極多且復(fù)雜的相干光的疊加。在雙縫干涉實驗中，光在通過其中的三個狹縫時，都發(fā)生了衍射而形成三個線光源，所以，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射。單縫衍射，照射光的波長越長，中央亮紋越寬，所以衍射和干涉都能使白光發(fā)生色散現(xiàn)象，且中央白光的邊緣均呈紅色。干涉和衍射的圖樣有相似之處，都是明暗相間的條紋。只是干涉條紋中條紋寬度和亮紋亮度基本相同，衍射條紋中條紋寬度和亮紋亮度均不等，中央亮紋最寬最亮。三、 考點應(yīng)用例1如圖所示，在暗室中從單色點光源S直接射到屏PP'上的一束光在Sb和Sd之間，從S射到平面鏡MN再反射到屏PP'上的另一束光在Ma和Nc之間（$是S在平面鏡MN的像）。關(guān)于這時屏PP'上是否可能出現(xiàn)明暗相間的條紋，下列說法正確的是（ ）不可能B.可能，出現(xiàn)在a、b之間C.可能，出現(xiàn)在b、c之間D.可能，出現(xiàn)在c、d之間分析：由于S'是S的像，可當(dāng)成兩個相干光源，從S發(fā)出的光射到bd區(qū)域，（似乎）從羅射出的光（其實是反射光）射到ac區(qū)域，故bc區(qū)為共同傳播的區(qū)域，即干涉區(qū)，必出現(xiàn)明暗相間的條紋，故選C。 答案：C點評：本題主要考查光的干涉條件，并利用平面鏡成像作圖找到相干光源和相干區(qū)域。要明白發(fā)生干涉時必須是兩束光相遇，即光束疊加。例2頻率為6'10“壓的單色光從凡和跖投射到屏上，并且凡與跖振動相同。若屏上的點P到凡與P到禹的路程差為*1m，問p點是亮條紋還是暗條紋？設(shè)O為到&和跖路程相等的點，則Po間有幾條暗紋？幾條亮紋？分析：先算出光的波長，由產(chǎn)生亮暗條紋的條件判斷P點應(yīng)出現(xiàn)亮條紋；又由S=kA解得k的值，再判斷P。間亮紋和暗條紋數(shù)。解答：由公式得^，滿足產(chǎn)生亮紋的條件＜5=kA，則p點將出現(xiàn)亮紋；又由S=kA解得k=6,可判斷PO間有6條暗紋，有5條亮紋（不包含P、O兩點）點評：盡管機械波和光波的產(chǎn)生本質(zhì)不同，但都是波，具有共同的特性，它們的運動變化規(guī)律很相似，研究方法和探索技巧同樣適用，這樣就可用研究機械波的方法、技巧、規(guī)律應(yīng)用到光波中去，實現(xiàn)知識的遷移，能力的提高。例3a、b兩束平行的單色光，當(dāng)它們從空氣射入水中時，發(fā)現(xiàn)b的折射線更靠近法線，由此可判定（ ）A.a比b容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 B.在水中a的波長較短 C.在水中b的速度較大D.單色光b的頻率較低分析：由折射程度判斷折射率的大小。進(jìn)而確定光波頻率的高低、波速的大小和波長的長短。解答：由于b的折射角較小，由 皿廣判斷得：水對b光的折射率大（知 a）,b光在水中的速度?。?，表示b光的頻率大（*〉此）。由波長、頻率、波速的關(guān)系可知，b光的波長短，所以a光更容易發(fā)生衍射，則A正確。點評：本題不僅運用單縫衍射現(xiàn)象的知識，還應(yīng)用光的折射率及光的波長、頻率、波速的關(guān)系，綜合分析、判斷答案。例4有關(guān)光的雙縫干涉和衍射的現(xiàn)象中，下列說法正確的是（）無論用什么色光做雙縫干涉實驗，中央一定是亮紋用白光做雙縫干涉實驗時，得到的彩色亮紋中最靠近中央的是紅光用白光做單縫衍射實驗，得到的彩色條紋中偏離中央最遠(yuǎn)的是紅光涂有增透膜的照相機鏡頭看上去呈淡紫色，是由于增透膜增強了對紫光的透射分析：運用雙縫干涉及單縫衍射的圖樣特征，分析ABC的正誤；運用光的干涉原理判斷D的正誤。解答：因為中央到雙縫的光程差恒為零，所以中央位置始終是亮紋，則A正確；因為雙縫實驗中屏上干涉條紋的間距與入射光波長成正比，白光中的紫光波長最短，所以得到的彩色條紋中最靠近中央的是紫色，則B錯；白光中紅光的波長最長，對同樣的單縫，紅光的衍射現(xiàn)象最明顯，得到的中央亮紋最寬，所以彩條中偏離中央最遠(yuǎn)的