逍遥右脑 2013-07-04 18:08
第二时 光的波动性
【要求】
1．了解光的干涉、衍射现象及光的偏振现象。
2．熟悉激光的特性及应用。
【知识再现】
一、光的干涉
1．条：两列光的 相同、 恒定或两列光振动情况总是相同，能发生干涉的两列波称为相干波，两个光称为相干光。相干光可用同一束光分成两列获得。
2．双缝干涉：在用单色光进行的双缝干涉实验中，若双缝处两列光的振动情况完全相同，则在光屏上距双缝的路程差为光波波长 倍的地方被加强，将出现明条纹；光屏上距双缝的路程差为光波半波长 倍的地方光被减弱，出现暗条纹．
3．薄膜干涉：利用薄膜（如肥皂膜） 两表面的 相遇而形成的．
二、光的衍射
1．内容：光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。
2．产生明显衍射条：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。
3．单缝衍射条纹特点：中间条纹亮、宽，两侧条纹暗、窄，间距不等。相同的实验装置，光波波长越长，条纹越宽；相同的照射光，单缝窄的，中央条纹宽。
试一试：解释“闻其声不见其人”的原因？
三、光的偏振
1．自然光：光发出的，包含着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产光波的强度都相同。
2．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只有一个振动方向的光。
3．应用：立体电影、照相镜头等。
4．偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器：通过共轴的两个偏振片观察自然光，第一个偏振片是把自然光变成偏振光，叫做起偏器。第二个偏振片的检验是否为偏振光。(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光人射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是900时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
5．光的干涉和衍射说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。
思考：自然光与偏振光有哪些异同？
四、激光
1．产生：人工产生的一种相干光。
2．特点： ① ，
② ，③ 。
3．应用：光纤通信、精确测距、目标跟踪、激光读盘、激光切割等。
思考：自然光与激光有哪些异同？
知识点一光的干涉条及定量分析
1．杨氏双缝干涉实验
（1）相干光：双缝处光振动不但频率相等，而且总是同相的。
（2）实验结果：在屏上出现明暗相间的干涉条纹。
（3）当这两列光波到达某点的路程差δ等于光的半波长的偶数倍时，该处的光相加强，出现亮条纹；
当这两列光波到达某点的路程差δ等于光的半波长的奇数倍时，该处的光相减弱，出现暗条纹。
（4）相邻两条干涉条纹的间距
思考：解释若用白光做该实验则屏上出现彩色的干涉条纹的原因？
【应用1】如图所示，用某单色光做双缝干涉实验，P处为第三亮纹，若改用频率较高的单色光做这个实验时，则第三亮纹的位置 （ ）
A.仍在P处 B.在P点上方 C.在P点下方
D.要将屏向双缝方向移近一些，屏上才会出现第三亮纹
导示: 当P点距双缝路程差为光波长的3倍时，P处就出现第三亮纹，若改用频率较高的光时，由于光波长减小，所以第三亮纹的位置应下移.
故选 C
2．薄膜干涉：
（1）相干光：薄膜的前后两表面的反射光。
（2）图样特点：若单色光入射，出现亮暗相间的条纹（薄膜厚度相等的地方对应同一级条纹）；若白光入射，出现彩色条纹，在同一级条纹中，从紫色到红色对应的薄膜厚度从薄到厚．
（3）应用：检查光学平面的平整程度，增透膜等．
【应用2】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示。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，当光垂直人射后，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：（1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)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，则当光垂直人射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？
导示:光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹。设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相部明条纹，如图所示，则两处光的路程差分别为δ1=2d1 ， δ2 =2d2
因为δ1-δ2=λ
所以d2-d1=λ/2
设条纹间距为△L，
则由几何关系得（d2-d1）/△L = tanθ，
即△L=λ/2tanθ，当抽去一张纸片θ减小时，△L增大，即条纹变疏。
答案：变疏。
1．由于一般发光体发出若干频率的光，任何两个独立的光发出的光叠加均不能产生干涉现象．只有采用特殊的方法从同一细光束分离出两列光波相叠加，才可能发生干涉现象．
2．在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方．由于光波波长极短，因此薄膜干涉所用介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹．
知识点二光的衍射
1．几种典型衍射现象
(1)单缝衍射(2)小孔衍射(3)圆盘衍射（泊松亮斑）
图样特点：光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在后面的屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗；如果是白光发生衍射，则出现彩色条纹．
2．衍射条纹产生的理论机制
自单缝或小孔上不同位里的光，在光屏处叠加后光波加强或削弱，加强处出现亮线，削弱处出现暗线，这个道理和两列光干涉时的道理相似．如果用白光照封，则得到的亮线是彩色的．
注意：(1)衍射产生的条其实是指产生明显衍射的条，光的衍射是不需要条的，只是在有些条下衍射比较明显，有些条下衍射不明显而已．
(2）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：干涉是两束相干光的叠加，衍射是无数光的叠加，双缝干涉条纹是等间距、等亮度的，而单缝衍射条纹除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小．
【应用2】以下说法中正确的是?（ ）
A.当光的波长比圆孔直径小时，可产生明显的衍射现象?
B.衍射现象的研究表明，光沿直线传播只是一种近似规律?
C.用平行单色光垂直照射不透明小圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象?
D.用平行单色光垂直照射一把刀片，发现刀片的阴影边缘模糊不清，这是光的衍射现象
导示:设本题是对衍射现象及条的理解，在孔或障碍物的尺寸比波长小或相差不大时，才能观察到明显的衍射现象，A不正确；在障碍物尺寸比波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以认为光是沿直线传播的，B正确；圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一亮斑，是泊松亮斑，是光的衍射现象，C不正确；阴影的边缘模糊不清，是光的衍射的结果。
故选BD
类型一双缝干涉的明暗条纹的分析
【例1】（东省沂一中2008高三检测试题）如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则( )
A．不再产生干涉条纹
B．仍产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C．仍产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向上移
D．仍产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
导示: 中央亮缝的位置应该是略向下移动。光波波程差等于半波长的偶数倍为亮条纹，但这里的波程差的计算是从单缝到光屏的距离，因而当单缝略向上移动波程差为零的位置略向下移。 故选B
从本题可以看出：双缝干涉中的明暗条纹由屏上某点P到光之间的光程差决定的，而条纹间距则由双缝到屏的距离、双缝之间的距离和光波的波长共同决定的。
类型二应用动能定理巧求变力的功
【例2】现代光学装置中的透镜、棱镜的表面常涂上一层薄膜, 当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时, 可以大大减少入射光的反射损失, 从而增强透射光的强度, 这种作用是应用了光的（ ）
A．色散现象 B．全反射现象
C．干涉现象 D．衍射现象
导示:增透膜即增强了透射光，减小反射光，也就是说膜前后两面的反射光叠加相抵消，所以反射光光程差为λ/2，膜厚度为λ/4。是光的干涉现象的应用。故选C。
思考：登运动员为了防止紫外线过度照射，戴的镜子涂上膜的厚度至少为多少？
1．（徐州市2007高三第三次质量检测）下列说法中正确的是 （ ）
A．光的衍射现象说明光具有粒子性
B．光的干涉现象说明光是一种电磁波
c．光的偏振现象说明光是横波
D．电子束通过铝箔能发生衍射现象,说明作为实物粒子的电子也具有波动性
2．关于激光的说法正确的是：（ ）
A.可以利用激光切割各种物质，是利用了激光的亮度高的特性
B.在做双缝干涉实验时，常会用激光作光，是利用了激光的相干性好的特性
C.激光通信是利用了激光的平行度好的特性
D.激光测距是利用了激光平行度好的特性
3．（泗阳中学2008物理第四次调研测试）一同学在“用双缝干涉测光的波长"实验中，使用的双缝的间距为0．02 cm，测得双缝与屏的距离为50 cm，第1级亮纹中心到第5级亮纹中心的距离为O．4 5 cm，则待测单色光的波长是 ．
4．（海安高级中学第七次统测）如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明 （ ）
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．光是概率波
5．（南京市秦淮中学2007年物理高考模拟试卷） 夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶的汽车司机照射得睁不开眼，严重影响行车安全．若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透偏方向正好与灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体．如下措施中可行的是
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
参考答案1：CD 2：ABD 3：4.5×10-7m
4：B 5：D