1、第2讲 光的波动性 考点1 光的干涉 1.光的干涉(1)现象：两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总是加强，在另外一些区域总是减弱，从而出现_的条纹.(2)条件：_相同，_相同，相位差恒定的两列光叠加.明暗相间 频率 振动方向(3)获得相干光源的方法：将同一列光波分解为两列光波，可以 获得相干光源_干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干 光源.2.两种典型的干涉(1)双缝干涉.相干光：两狭缝S1、S2射出的两束光.图样特点：单色光时形成_的条纹，白光时形成_ 条纹 条纹间距公式 y=_,为光的波长，d为两缝间的距离，l为两缝到光屏的距离.双缝 明暗相间 彩色 d l(2)薄膜干涉.相干光：光
2、照射到透明薄膜上，从_的两个表面反射的两 列光波 图样特点：同双缝干涉同一条亮(或暗)纹对应_的厚度 相等 常见的薄膜干涉现象：蚌壳内表面的彩色、昆虫翅翼上的彩色、激光唱片上的彩色、镜头上的增透膜、肥皂膜、水面的油花等.薄膜 薄膜 1.双缝干涉的实验规律的认识(1)获得相干光源的方法.利用激光(因为激光是单色性极好的光).设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等).下面4幅图分别是利用双缝、楔形薄膜、空气膜、平面镜形成相干光源的示意图.(2)明、暗条纹的确定：双缝干涉实验中，光屏上某点到相干光源S1、S2的路程之差为光程差，记为.如图所示.若光程差 是波长 的整倍
3、数，即=n(n=0，1，2，3)，P点将出现亮条纹.若光程差 是半波长的奇数倍，即=(2n+1)(n=0，1，2，3)，P点将出现暗条纹.屏上到双缝S1、S2距离相等的点即为加强点，故双缝干涉中 央条纹为亮条纹.2(3)干涉的条纹特征.若用单色光实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实 验，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹.屏上明暗条纹之间的距离总是相等的，其距离大小 y与双缝 之间距离d、双缝到屏的距离l及光的波长 有关，即 y 在l和d不变的情况下，y和波长 成正比，应用该式可测光波 的波长.用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距 y红最 大，紫光干涉条纹间距 y紫最小，故可知 红大
4、于 紫.这就是 白光干涉条纹中央为白色，两边出现彩色光带的原因.d l2.薄膜干涉的进一步理解与应用(1)形成.相干光源：如图所示，由于重力作用，肥皂膜上薄下厚，薄膜前表面AA和后表面BB的反射光发生叠加.亮暗条纹形成：如图所示，在薄膜干涉中，在P1、P2处，薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差，当光程差等于波长整数倍时形成亮条纹；在Q处，光程差等于半波长的奇数倍时，形成暗条纹.(2)应用.增透膜 利用光的薄膜干涉，在镜面涂上一层厚度适当的透明薄膜，该膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4这样，从膜的前后两个表面反射的光，光程差恰好等于半个波长，叠加后互相抵消，减弱了反射光的强度，使透射光的
5、强度得以增大，这种膜叫增透膜 检查平整程度 如图所示，待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹，待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹是平行的，反之，干涉条纹有弯曲现象.如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.3010-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.9510-7 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6.30 10-7 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】由题意可知=7.95
6、10-7m，则 ，即P点距双缝S1和S2的路程差为半波长的奇数倍，因此屏上P点 出现的是暗条纹；分析屏上的条纹间距，由y 可知在l和d不变的情况下，y和波长成正比，后来激光的波长大于 原来激光的波长，因此条纹间距将变宽.答案：暗条纹 变宽 777.95 10 m35.30 10 m2d l1.衍射现象：光绕过障碍物_传播方向的现象 2.发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸_ _，或者跟波长_时，才能发生明显的衍射现象 考点2 光的衍射 偏离直线 比光波波 长小 相差不多 1.光的衍射的理解(1)在发生明显衍射的条件下，当缝变窄(或孔变小)时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗.(
7、2)衍射图样.单缝衍射：中央亮纹宽且亮，两侧条纹明暗相间，窄且暗.白光衍射时，中央仍为白光，两侧为彩色，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光.圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，中央是大且亮的圆亮斑 泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现小的亮斑，向外是相应的阴影，再向外是亮暗相间的圆环这是光能发生衍射的有力证据之一.2.光的干涉、衍射和棱镜使白光色散的比较 现 象 项 目 干涉衍射 色散 形成原因 有限的几束光的叠加 多且复杂的相干光的叠加复色光在相同介质中的折射率不同条纹特点条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度不等，频率越大越宽亮度情况 清晰条纹，亮
8、度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗各色光的亮度与各自能量有关把两根铅笔并在一起，中间留一条很窄的缝，放在眼前，通过这条缝去看远处的日光灯(使狭缝的方向与灯管平行)，可以看到()A.平行的黑白相间的条纹 B.平行的彩色条纹 C.圆弧形的黑白相间的条纹 D.圆弧形的彩色条纹【解析】选B.此现象属于单缝衍射，日光灯发出的是白光，可看见平行彩色条纹，故选B.1.光的偏振(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光.(2)偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光的强度在某一方 向较强，而在另一些方向_.太阳光是偏振光.考点3 光的偏振 较弱 2.激光的特点及应用(1)激光是人工产生的相干光，可以用来全息照相
9、(2)激光的平行度好，可以用来通信、测距、测速、刻录、读取光盘(3)激光的亮度高，可以用来切割、焊接、打孔、手术用光刀、治疗视网膜剥落、用于人工控制聚变 光的偏振的进一步说明 1.自然光与偏振光的区别(1)自然光：在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面内的分布是均匀的，强度都相同(2)偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，只沿某一个特定方向上振动的光 2.偏振光的产生方式(1)让自然光通过偏振片，偏振片的作用是只允许沿某一个方向振动的光通过，沿其他方向振动的光不能通过.(2)自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时，反射光和折
10、射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直 3.偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是一种波，但不能确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明光波是横波(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等 关于光的偏振，下列说法中错误的是()A.自然光通过偏振片后就变成了偏振光 B.立体电影就利用了光的偏振现象 C.在拍摄日落时水面下、池中的鱼等景象时，可在镜头前装一偏振滤光片，使图像清晰 D.一列光在界面上发生反射与折射，反射光与折射光都是偏振的，且偏振方向都相同【解析】选D.自然光通过偏振片后就变成了偏振光，这是偏振光产生的一种方法，A对；立体电影是两偏振光同时放出，属于
11、光的偏振现象，B对；在拍摄日落时水面下、池中的鱼等景象时，可在镜头前装一偏振滤光片，这样做可以减少水面反射光的干扰，使图像清晰，C对；D中反射光与折射光都是偏振的，但偏振方向不同，D错，故选D.双缝干涉的规律【例证1】(2011北京高考)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以采用()A增大S1与S2的间距 B减小双缝屏到光屏的距离 C将绿光换为红光 D将绿光换为紫光【解题指南】解答该题应明确以下两个方面：(1)影响条纹间距的因素.(2)光的颜色与光的波长的对应关系.【规范解答】选C.由于双缝干涉中，相邻条纹间距离y=，增大S
12、1与S2的间距d，相邻条纹间距离y减小，A错；减小双缝 屏到光屏的距离l，相邻条纹间距离y减小，B错；将绿光换为 红光，使波长增大，相邻条纹间距离y增大，C对；将绿光 换为紫光，使波长减小，相邻条纹间距离y减小，D错.d l【总结提升】双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法(1)影响条纹间距的因素：相邻亮纹或相邻暗纹的间距y与双 缝到屏的距离l成正比，与两狭缝之间距离d成反比，与光的波 长成正比，即y .(2)中央位置是亮纹还是暗纹的条件：双缝到光屏中央距离相 等，光程差为零如果两光源振动完全一致，中央一定是亮 纹；假如两光源振动正好相反，则中央为暗纹 d l(3)单色光颜色、频率、波长的关系：光
13、的颜色由频率决定，光 的频率由光源决定，在可见光中红光频率最低，紫光最高，真 空中各色光光速相同，由c=知，真空中红光波长最大，紫 光最小(4)要明确同种颜色的光在不同介质中传播时，频率不变，但波 长随波速的变化而变化，要注意n=及v=的综合运用.cv 真介 “增反膜”的厚度的分析【例证2】登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力有人想利用薄膜干涉原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为=8.11014 Hz，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是()A.9.26
14、10-8 m B.1.8510-7 m C.1.2310-7 m D.6.1810-8 m【解题指南】解答该题应明确以下两个方面：(1)“增反膜”的作用是让紫外线在薄膜表面反射光增强.(2)波程差应等于光在薄膜中的波长的整数倍.【自主解答】选C.为了减小进入眼睛的紫外线，应使入射光分别 从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则波程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长的整数 倍，即2d=n(n=1，2)因此，膜的厚度至少是紫外线在膜 中波长的 ，紫外线在真空中的波长=3.710-7 m，在膜 中的波长是=2.4710-7 m，故膜的厚度至少是 1.2310-7 m，故选
15、C.12cn【总结提升】解答本题的关键是要理解“增反膜”的作用与原理以及干涉的实验规律，对易错选项及错误原因具体分析如下：易错角度 错误原因易错选A(1)未能对“增透膜”和“增反膜”的原理加以区分(2)机械记住d=从而得出该选项 易错选B 不知道上述波长应为光在薄膜中的波长，而误认为是真空中的波长 4 几何光学与物理光学的综合【例证3】光束1和光束2通过三棱镜的传播路径如图所示.针对光束1和光束2，以下说法正确的是()A.两束光束在棱镜中的传播时间相等 B.两束光束以相同的入射角从水中斜射入空气中时，如果光束1发生全反射，那么光束2也一定发生全反射 C.两束光在大气中传播遇到浮尘等小颗粒时，光
16、束2的衍射比光束1明显 D.通过同一实验装置观察两束光的双缝干涉条纹，光束1的条纹间距比光束2的小【解题指南】本题可按如下思路进行分析：【规范解答】选B.由题图可知，光束1、2进入三棱镜后，光束2 的偏折程度更大，所以光束2的折射率大，频率大，波长小，在 介质中的速度小，所以传播相同的距离用的时间更长，A错；由 sinC=可知，折射率大的光束2的临界角小，所以当光束1发生 全反射时，光束2也一定发生了全反射，B对；发生明显衍射的 条件是波长比障碍物的尺寸大或相当，所以波长大的光束1更容 易发生明显衍射，C错；双缝干涉实验中，波长越长，条纹间距 越大，D错.故选B.1n【总结提升】几何光学与物理
17、光学综合问题的分析思路 由于几何光学中的折射、全反射与折射率有关，而物理光学中的干涉、衍射现象也与折射率、频率、波长有关，所以这两部分知识常结合在一起出题，折射率是联系这两部分内容的桥梁.一般根据题目先分析出折射率的大小关系，折射率大的光，频率大，临界角小，容易发生全反射，在介质中的速度小，波长小，干涉、衍射条纹窄.将这些知识点记忆清楚，就能快速、准确地作出判断.【变式训练】(2012宁德模拟)小明在实验探究中用一束复色光沿AO方向(O是圆心)射入一半圆形玻璃砖，射出时分成a、b两束单色光，以下说法正确的是()Aa光比b光先从玻璃砖中射出 B若将光束AO绕O点逆时针转动，则a光先发生全反射 C
18、分别让a、b通过同一双缝干涉仪，则a光干涉条纹间距较大 D分别让a、b通过同一单缝，则a光更容易发生衍射【解析】选B.由题图可知，a光的偏折程度更大，所以a光的折 射率大，频率大，波长小，在介质中的速度小，所以传播相同 的距离用的时间更长，A错；由sinC=可知，折射率大的a光的 临界角小，若光束AO绕O点逆时针转动，则a光先发生全反射，B 对；波长大的b光干涉条纹间距较大，通过同一单缝更容易发生 衍射，C、D错.故选B.1n考查内容光的偏振在科学技术、生产中的应用【例证】如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置,一束偏振光射入光纤,由于温度的变化,光纤的长度、芯径、折射率发生变化,从而
19、使偏振光的透振方向发生变化,光接收器接收的光强度就会变化.设起偏器和检偏器透振方向相同,关于这种温度计的工作原理,正确的说法是()A.到达检偏器的光的透振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越大 B.到达检偏器的光的透振方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越大 C.到达检偏器的光的透振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小 D.到达检偏器的光的透振方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小【解题指南】解答该题应注意以下两个关键点：(1)偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向的夹角大小对偏振片出射光强度的影响.(
20、2)明确由于温度的变化、光纤对光的作用发生变化.【规范解答】选B.由题意可知温度的变化越大,光纤的长度、芯径、折射率发生变化也越大,从而使偏振光的透振方向发生的变化越大，则从光纤射出的偏振光的偏振方向与检偏器透振方向夹角也越大，从而检偏器出射光强度越小，光接收器所接收的光强度就会越小，故选B.1.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像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【解析】选D.用透明的标准平面样板检查光学
21、平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象，B错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，D正确 2.将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传病等彻底根除，这是利用了激光的()A平行性好的特性 B单色性好的特性 C亮度高的特性 D粒子性好的特性【解析】选C.由于激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量，所以可修复器官、根除病变，这是利用了激光亮度高、强度大的特性，故选C.3.(2012荆州模拟)如图
22、所示，甲表示单缝，乙表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示明条纹)，如图丙、丁所示下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是()A图丙表示单缝衍射条纹，图丁表示双缝干涉条纹 B单缝S越宽，越容易观察到对应的明暗条纹 C双缝间距离越小，对应条纹间距越大 D照射双缝的单色光波长越小，对应条纹间距越大【解析】选C.单缝衍射产生的条纹是中央明纹最宽，两侧分布 着明、暗相间的条纹，且宽度比中央明纹窄，而双缝干涉条纹 是等间距的，分布在中央明纹两侧且各条纹宽度相等，A错；由 公式y 知，d越小时，y越大，越小时，y越小，C 对D错
23、；发生明显衍射现象的条件是孔的尺寸跟波长相差不多或 比波长小，单缝S越宽，比波长大得多，衍射现象越不明显，B 错，故选C.d l4.(2012广州模拟)如图所示为竖直的肥皂液膜的横截面，右侧受到一束平行白光的照射，关于肥皂液膜产生干涉条纹的说法正确的是()A在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液膜左右两个表面反射的两列光波叠加产生的 B观察到的干涉条纹可能是水平的，也可能是竖直的 C在左侧不能观察到类似的条纹 D观察到的条纹可能是黑白的，也可能是彩色的【解析】选A.薄膜干涉的相干光源来自于薄膜的前后表面，A对；每一个亮暗条纹在薄膜的同一厚度处，因此干涉条纹是水平的，B错；在左侧同样能观察到类似的条纹，C错；白光照射肥皂液膜观察到的条纹是彩色的，D错.5.下列说法中不正确的有()A自然光斜射到玻璃、水面、木质桌面时，反射光和折射光都是偏振光 B玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的干涉现象 C立体电影是应用了光的偏振现象 D可以通过迈克尔孙-莫雷实验得出：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的【解析】选B.自然光斜射到界面经反射和折射后变成偏振光，A对；玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射，B错；立体电影是应用了光的偏振现象，C对；据光速不变原理知D对，故选B.
