2011年高考物理一轮复习第十三章第7讲 光的干涉、衍射和偏振现象（教学案）

第7讲 光的干涉、衍射和偏振现象 【必备知识梳理】 一、光的干涉 1.产生相干光源的方法（必须保证r相同）。[来源:学科网ZXXK] ⑴利用激光；⑵将一束光分为两束。 2．双缝干涉的定量分析 如图所示，缝屏间距L远大于双缝间距d，O点与双缝S1和S2等间距，则当双缝中发出光同时射到O点附近的P点时，两束光波的路程差为 δ=r2－r1. 由几何关系得 r12=L2+(x－ )2， r22=L2+(x+ )2. 考虑到 L》d 和 L》x，可得 δ= . 若光波长为λ，则当 δ=±kλ（k=0，1，2，…）时，两束光叠加干涉加强； 当 δ=±(2k－1) (k=1，2，3，…)时，两束光叠加干涉减弱，据此不难推算出 （1）明纹坐标 x=±k λ （k=0，1，2，…） （2）暗纹坐标 x=±(2k－1) · （k=1，2，…） （3）条纹间距 △x= λ. 上述条纹间距表达式提供了一种测量光波长的方法。 结论：由同一光源发出的光经两狭缝后形成两列光波叠加产生．当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，即δ=kλ，该处的光互相加强，出现亮条纹；当到达某点的路程差为半波长奇数倍时，既δ= ，该点光互相消弱，出现暗条纹；条纹间距离与单色光波长成正比． ∝λ，所以用白光作双缝干涉实验时，屏的中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，离中央白色亮纹最近的是紫色亮纹。 薄膜干涉应用 （1）透镜增透膜：透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的1／4倍。使薄膜前后两面的反射光的光程差为波长的一半，(ΔT=2d=½λ，得d=¼λ)，故反射光叠加后减弱，从能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。 在介质膜吸收能量不变的前提下，若E反=0，则E透最大。增强透射光的强度。 （2）“用干涉法检查平面”：如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。 如果某处凸起来，则对应明纹(或暗纹)提前出现，如图甲所示；如果某处凹下，则对应条纹延后出现，如图乙所示。 (注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。 ) 4．光的波长、波速和频率的关系V＝λf。光在不同介质中传播时，其频率f不变，其波长λ与光在介质中的波速V成正比．色光的颜色由频率决定，频率不变则色光的颜色也不变。 二、光的衍射 1、光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象． 2．泊松亮斑：当光照到不透光的极小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑。当形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 3、各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 4．产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长小． 小结：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别： 单色光的衍射条纹与干涉条纹都是明暗相间分布，但衍射条纹中间亮纹最宽，两侧条纹逐渐变窄变暗，干涉条纹则是等间距，明暗亮度相同。 白光的衍射条纹与干涉条纹都是彩色的。 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，这种光叫自然光。 （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，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。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。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。 （3）只有横波才有偏振现象。光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。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。 （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，因此将E的振动称为光振动。 四、光的电磁说． 1、光的干涉与衍射充分地表明光是一种波，光的偏振现象又进一步表明光是横波。麦克斯韦对电磁理论的研究预言了电磁波的存在，并得到电磁波传播速度的理论值3.11×108m/s，这和当时测出的光速3.15×108m/s非常接近，在此基础上麦克斯韦提出了光在本质上是一种电磁波，这就是所谓的光的电磁说。赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出其波长与频率，进而得到电磁波的传播速度，用实验证实了光的电磁说。 2．电磁波按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射级、γ射线，除可见光外，相邻波段都有重叠。 3．无线电波是自由电子振荡产生的，红外线．可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的，x射线是原子的内层电子受到激发后产生的，γ射线是原子核受到激发后产生的． 电磁波种类 无线