1、第4节 光的波动性 知识点一 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相同的相干光波.屏上某点到双缝的路程差是处出现亮纹，是半波长的处出现暗纹.相邻的两条明条纹(或暗条纹)之间的距离x 与波长、双缝间距 d 及屏到双缝距离 L 的关系为_.波长整数倍奇数倍 xLd2.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)反射的光相遇而形成的，图样的特点是：同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度，单色光照射在薄膜上形成的条纹，白光照射在薄膜上形成条纹.3.应用：测光的波长，检查表面平整度，增透膜，全息摄影等.前后两面相同明暗相间彩色知识点二 光的衍射1.的现象叫光的衍射.2.发生明显衍射
2、的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长的条件下，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).4.常见的衍射现象有，和泊松亮斑等.光离开直线路径绕到障碍物阴影里小或者跟波长差不多单缝衍射圆孔衍射5.单缝衍射图样特点：若是单色光，则中央条纹_ _，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，其亮度和宽度依次减小；若是白光则中央为_色亮条纹，且最宽最亮，两边为_ _色条纹.知识点三 光的偏振1.自然光：太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫
3、自然光.最宽最亮白彩2.偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿的方向振动，叫偏振光.图(b)中 P 为起偏器，Q 为检偏器.自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是 90，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直.如图(a).我们通常看到的绝大多数光都是偏振光.3.光的偏振也证明了光是一种波，而且是波.各种电磁波中电场 E 的方向、磁场 B 的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直.一个特定横4.光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度 E 引起的，将 E 的振动称为光振动.5.应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体
4、电影等.考点一 对光的波动现象的认识例 1 下列有关光现象的说法正确的是()A.泊松亮斑和光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象B.双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大C.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度D.汽车灯光照在自行车“尾灯”上时，“尾灯”变得十分明亮，这利用了光的全反射【解析】泊松亮斑是光的衍射现象，A 错；条纹间距xLd，其他条件不变，入射光由紫色改为红色，则 增大，x 增大，B 对；加偏振片的目的是为了减弱玻璃的反射光，C 错；平行光照向自行车“尾灯”时，光线会在“尾灯”内发生全反射，“尾灯”看起来比较亮，D 对.【答案
5、】BD变式 1 下列说法中正确的是()A.光导纤维传送光信号利用了光的全反射B.用标准平面检查光学平面的平整程度利用了光的偏振C.门镜可以扩大视野利用了光的干涉D.照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，利用了光的衍射【解析】光导纤维传输光信号利用了光的全反射，故 A 正确；用标准平面检查光学平面的平整程度利用了光的干涉，故 B 错误；门镜可以扩大视野利用了光的折射，故 C 错误；照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，利用了光的干涉，故 D 错误.【答案】A考点二 双缝干涉的成因及条纹间距公式的理解应用例 2 用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离 d0.20 mm，双缝到
6、毛玻璃屏间的距离为 L75.0 cm，如图甲所示，实验时先转动图乙所示的测量头上的手轮，使与卡尺游标相连的分划线对准如图丙所示的第 1 条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，则游标尺上的读数 x1_mm，然后再转动手轮，使与卡尺游标相连的分划线向右边移动，直到对准第 5 条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标的位置如图己所示，则游标卡尺上的读数 x2_mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是_nm.【解析】x10.3 mm，x29 mm0.5 mm9.5 mm 则由xLd 得 dLx0.275109.50.34mm0.000 613 mm613 nm.【答案】0.3 9
7、.5 613变式 2 如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为 5.30107m，屏上 P 点距双缝 S1 和 S2 的路程差为7.95107 m，则在这里出现的应是_(选填“明条纹”或“暗条纹”).现改用波长为 6.30107 m 的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将_(选填“变宽”、“变窄”或“不变”).【解析】由x 7.955.301.5 可知，波程差是半波长的奇数倍，是暗条纹.由xld，变大，x 变大，条纹间距变宽.【答案】暗条纹 变宽考点三 薄膜干涉的分析与应用例 3 薄膜干涉在科学技术上有很大应用.(1)如甲图是干涉法检查平面示意图，乙图是得到的干涉图样，则
8、干涉图样中条纹弯曲处的凹凸情况是_.(选填“上凸”或“下凹”)【解析】(1)干涉条纹应有以下特点：任意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明纹或暗纹所对应的薄膜厚度差恒定.图乙中的条纹向楔型膜中厚的一侧弯曲，说明被测样品的对应位置上凸起.(2)透镜表面涂有一层氟化镁薄膜，其折射率 n1.38，介于空气和透镜折射率之间.入射光正入射，为使真空中波长为 550 nm 的光增透，所涂薄膜的最小厚度为_.(2)由 0n，最小厚度 d14 得 d04n，代入数据解得 d5501.384 nm1.0107 m.【答案】(1)上凸(2)1.0107 m变式 3 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如
9、图甲所示，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乙所示，干涉条纹有如下特点：任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；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的劈形空气薄膜后，从上往下观察的干涉条纹()A.变疏B.变密C.不变D.消失【解析】薄膜干涉是由空气膜前后表面反射两列光发生的干涉现象，抽去一张纸片后，空气膜厚度减小，厚度差相同的间距变宽，故干涉条纹变疏，选 A.【答案】A多选题1.下列说法正确的是()A.用光导纤维束传输图
10、象和信息，这是利用了光的全反射原理B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象C.经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大D.光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的E.光的偏振现象说明光是一种横波ACE【解析】用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，所以 A 正确；紫外线的频率比红外线大，故波长比红外线小，所以二者相比红外线更容易发生衍射，所以 B 错误；根据条纹间距xld 知，波长越长条纹间距越大，因为红光的波长大于绿光的波长，所以经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大，故 C 正确；光的折射、衍射都能引起光的色散，所以 D 错误；偏振是横波特有的，光的偏振现象说明光是横
11、波，所以 E 正确.2.某一质检部门为检测一批矿泉水质量，利用干涉原理测定液体折射率.方法是只需要将待测液体填充到特制容器中，放置在双缝与光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距 x2和填充前的干涉条纹间距x1 就可以计算出该液体的折射率.(设空气的折射率为1)则下列说法正确的是()A.x2x1C.该液体的拆射率为x1x2D.该液体的折射率为x2x1AC【解析】把空气换成液体后，根据 vf 可知，入射光的频率 f 不变，光在介质中的传播速度减小，波长减小.根据干涉的原理公式xLd 可知，对同一个装置来说，条纹间距与波长成正比，波长减小，条纹间距减小，即 x
12、2b，频率 fafb，三棱镜对 a、b 的折射率 naCb.当 a 光发生全反射时，b 光一定发生全反射了，D 错，它们通过平行玻璃砖后，都要与入射光平行，且 b 在 a 的左侧，A、B 均错，C 对.2.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C.在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象D【解析】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，故选项 A 错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光在折
13、射中出现的色散，故选项 B 错；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射，故选项 C 错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项 D 对.3.激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理.用二次曝光照相所获得“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度 v 与二次曝光时间间隔 t 的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔 t、双缝到屏的距离 L 以及相邻两条纹间距 x，如所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是()A.v xL tB.vL x tC.vL xx tD.v L t xB【解析】干涉条纹之间的距离总是相等的，两相邻明条纹之间的距离大小x 与双缝
14、之间距离 d，双缝到屏的距离 L 及光的波长 有关，即xLd，在 L和 d 不变的情况下，x 与波长 成正比，依题意 dvt，则 v dtLxt.4.下列说法中正确的是()A.托马斯杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波B.在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光在折射中出现的色散现象C.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽D.某种玻璃的折射率为 2.0，则其临界角为 60C5.如图所示为光的双缝干涉实验装置示意图，下列说法正确的是()A.若 P 点是亮条纹，说明该处是光的加强区域，P 点到双缝的路程差为半波长的奇数倍B.照射单缝 S 的单色光的频率越大，光
15、屏上出现的条纹间距越大C.若将单缝 S 去掉，再将 S1 缝封住仅留下 S2，则白光通过 S2 光屏上会出现彩色条纹，但不是干涉条纹D.撤去双缝同时逐渐增大单缝宽度，光屏上一直出现明暗条纹C【解析】在双缝干涉实验的装置中，缝的宽度跟光的波长相差不多，若 P 点是亮条纹，说明该处是光的加强区域，P 点到双缝的路程差为波长的整数倍，选项 A 错误；照射单缝 S 的单色光的频率越大，波长越短，光屏上出现的条纹间距越小，选项 B 错误；若将单缝 S 去掉，再将 S1 缝封住仅留下 S2，则白光通过S2 光屏上会出现单缝衍射的彩色条纹，选项 C 正确；撤去双缝同时逐渐增大单缝宽度，光屏上将先出现衍射条纹
16、后出现亮区，选项 D 错误.6.某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点，其中正确的是()A.若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行B.若狭缝与灯丝垂直，衍射条纹与狭缝垂直C.衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关D.衍射条纹的间距与光的波长有关ACD【解析】若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行且现象明显，衍射条纹的疏密程度与缝宽有关，狭缝越小，条纹越疏；条纹间距与光的波长有关，波长越长，间距越大.7.关于双缝干涉条纹，以下说法中正确的是()A.用同一单色光做双缝干涉实验，能观察到明、暗相间的单色条纹B.用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差
17、为该单色光波长的整数倍C.用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差一定为该单色光波长的奇数倍D.用同一单色光经双缝干涉后的暗条纹距两缝的距离之差一定为该单色光半波长的奇数倍ABD【解析】同一单色光的干涉条纹为明、暗相间的单色条纹，选项 A 正确；光程差rk(k0，1，2，3，)时，为明纹，选项 B 正确，C 项错误；r2k12(k0，1，2，3，)时，为暗条纹，选项 D 正确.8.用单色光做双缝干涉实验和单缝衍射实验，比较屏上的条纹，下列说法正确的是()A.双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹B.单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹C.双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条
18、纹D.单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹AB【解析】根据干涉、衍射条纹的特点可以判断双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹.9.在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介.光盘上的信息通常是通过激光束来读取的.若红蓝混合激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示.下列说法中正确的是()A.图中光束是蓝光是红光B.在光盘的透明介质层中，光束比光束传播速度更快ACC.若光束先后通过同一单缝衍射装置，光束的中央亮纹比光束的窄D.若光束先后通过同一双缝干涉装置，光束的条纹宽度比光束的宽【解析】由图可
19、知，光束的折射率大于光束的折射率，即 n1n2，而 n 红n 蓝，选项 A 正确；由 vcn得，选项 B 错误；折射率大的光束波长小，在单缝衍射、双缝干涉实验中的条纹宽度要小，选项 C 对而 D 错.二、计算题10.用氦氖激光器发出的红光进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离 d0.1 mm，双缝到屏的距离L6.0 m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是 3.8 cm.(1)氦氖激光器发出的红光的波长 是多少？(2)如果把整个装置放入折射率是43的水中，这时屏上的条纹间距是多少？【解析】(1)由xLd 可以得出，红光的波长 dLx0.11033.81026.0m6.3107m 激光器发出的红光的波长是 6.3107 m.(2)如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为 n6.310734m4.7107 m，依 xx 这时屏上条纹间距是x2.8 cm.
