第53講光的干涉、衍射和偏振教案新人教版選修3-4

1、第53講光的干涉、衍射和偏振考情 剖析 (注：考綱要求及變化中代表了解和認識，代表理解和應(yīng)用；命題難度中的A代表容易，B代表中等，C代表難)考查內(nèi)容考綱要求及變化考查年份考查形式考查詳情考試層級命題難度光的干涉、衍射和偏振10年填空考查相干光的加強減弱的條件、條紋間距隨波長變化規(guī)律12年選擇根據(jù)光的偏振現(xiàn)象判斷光強的變化情況次重點A激光的特性及應(yīng)用10年選擇考查激光的特性非重點A小結(jié)及預(yù)測1.小結(jié)：光的干涉、衍射和偏振，激光的特性及應(yīng)用以選擇題、填空題的形式進行考查，側(cè)重考查光的干涉、偏振現(xiàn)象及激光的特性2預(yù)測：四年來有三年考查過，預(yù)測14年會繼續(xù)考查其中的某一知識點3復(fù)習(xí)建議：建議復(fù)習(xí)時要全

2、面掌握各種光現(xiàn)象. 知識 整合一、光的干涉1光的干涉現(xiàn)象：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)_紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)_紋，且加強和減弱的區(qū)域相間，即亮紋和暗紋相間的現(xiàn)象光的干涉現(xiàn)象表明光是一種_2干涉條件光的干涉的條件是有兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源(相干波源的_必須相同)形成相干波源的方法有兩種：(1)利用激光(因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)(2)設(shè)法將同一束光分為兩束(這樣兩束光都來源于同一個光源，因此頻率必然相等)下面四個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖3薄膜干涉：當(dāng)光照射到薄膜上時，可以看到在薄膜上出現(xiàn)明暗相間的條紋當(dāng)

3、入射光是白光時，得到彩色條紋，當(dāng)入射光是單色光時，得到單色條紋參與薄膜干涉的兩列光是分別從薄膜的_表面和_表面反射出來的兩列光用薄膜干涉可以檢查工件表面是否平整，在透鏡表面涂上增透膜以增大透射光二、光的衍射1光的衍射：光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象2發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是_3衍射圖樣(1)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，最遠離中央的是紅光(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)(3)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(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))4應(yīng)用：衍射光柵根據(jù)_原

4、理制成，廣泛應(yīng)用于樣品的化學(xué)分析、鑒定、標(biāo)準(zhǔn)化測量利用光柵攝譜，可以探尋原子、分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以揭示太陽、星星的物質(zhì)成分三、光的偏振1光的偏振：光振動沿各個方向均勻分布的光叫自然光，光振動只沿著某個特定方向的光叫偏振光，只有_才有偏振現(xiàn)象2由自然光獲得偏振光的方法：(1)讓自然光通過偏振片(2)讓自然光在介質(zhì)表面以適當(dāng)角度入射，相互垂直的反射光和折射光都為偏振光3偏振光的應(yīng)用應(yīng)用于照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等四、激光具有的特點、產(chǎn)生機理及其應(yīng)用1特點：激光的_好激光的_非常好激光的_度非常高激光的_性很好2激光產(chǎn)生的機理處于激發(fā)態(tài)的原子，如果在入射光子的電磁場的影響下，引起高能態(tài)向低

5、能態(tài)躍遷，同時在兩個狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去，這種輻射叫做受激輻射原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)出的光子的頻率、發(fā)射方向等，都跟入射光子完全一樣，這樣使光得到加強，這就是激光產(chǎn)生的機理3應(yīng)用：激光是人工產(chǎn)生的相干光可應(yīng)用于光纖通信激光的平行度非常好，可應(yīng)用于激光測距測速激光亮度高、能量大，可應(yīng)用于切割物體、焊接金屬，醫(yī)學(xué)上應(yīng)用激光刀做外科手術(shù)，另外，利用激光可引起核聚變干涉區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的亮、暗紋亮紋：屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍，即Sn(n0,1,2，)暗紋：屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍，即S(2n1)(n0,1,2，)相鄰亮紋(暗紋)間的距離x.用此公式可以測定單

6、色光的波長用白光作雙縫干涉實驗時，由于白光內(nèi)各種色光的波長不同，干涉條紋間距不同，所以屏的中央是白色亮紋，兩邊出現(xiàn)彩色條紋一、光的偏振光的偏振充分說明光是橫波，只有橫波才有偏振現(xiàn)象除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通常見到的大部分光都是偏振光例如自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，調(diào)整入射角的大小，使反射光與折射光的夾角是90，這時反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直【典型例題1】 如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是() AA、B均不變 BA、B均有變化 CA不變，B有變化 DA有變化，B不變溫馨提示解此題

7、時，利用偏振原理判斷A、B兩點光的強度變化記錄空間【變式訓(xùn)練1】 如圖，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向下列四種入射光束中哪幾種照射P時能在P的另一側(cè)觀察到透射光？() A太陽光 B沿豎直方向振動的光 C沿水平方向振動的光 D沿與豎直方向成45角振動的光二、激光的特性及應(yīng)用【典型例題2】 激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點，在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用的敘述正確的是() A激光是縱波 B頻率相同的激光在不同介質(zhì)中的波長相同 C兩束頻率不同的激光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 D利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離溫馨提示解此題時，注意激光的各特性所對應(yīng)的應(yīng)用記錄空間【變

8、式訓(xùn)練2】 在演示雙縫干涉的實驗時，常用激光做光源，這主要是應(yīng)用激光的什么特性？() A亮度高 B平行性好 C單色性好 D波動性好一、光的干涉和衍射1雙縫干涉和單縫衍射都是疊加的結(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2單縫衍射時，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3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

9、最寬最亮4干涉現(xiàn)象中亮、暗條紋的判斷：rn(n0,1,2，)，即到雙縫的距離差為波長的整數(shù)倍的點出現(xiàn)亮條紋；rn(n0,1,2，)，即到雙縫的距離差為半波長奇數(shù)倍的點出現(xiàn)暗條紋【典型例題3】 如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30107 m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95107 m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是_(選填“明條紋”或“暗條紋”)現(xiàn)改用波長為6.30107 m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將_(選項“變寬”、“變窄”或“不變”)溫馨提示本題考查相干光的加強減弱的條件、條紋間距隨波長變化的規(guī)律記錄空間【變式訓(xùn)練3】 如圖所示，a、b、c、d四個

10、圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是() Aa、b是光的干涉圖樣 Bc、d是光的干涉圖樣 C形成a圖樣光的波長比形成b圖樣光的波長短 Dc、d中央條紋為暗紋【變式訓(xùn)練4】 在觀察光的衍射實驗中，分別觀察到如圖(a)、(b)所示的清晰的明暗相間的圖樣，圖中黑線為暗紋那么障礙物應(yīng)是() A(b)圖對應(yīng)的是很小的不透明圓板 B(a)圖對應(yīng)的是很大的不透明圓板 C(b)圖對應(yīng)的是很大的中間有大圓孔的不透明擋板 D(a)圖對應(yīng)的是很大的中間有小圓孔的不透明擋板 隨堂 演練1關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是() A光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理，衍射現(xiàn)象不

11、遵循波的疊加原理 B光的干涉條紋是彩色的，衍射條紋是黑白相間的 C光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性，光的衍射現(xiàn)象說明光具有粒子性 D光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果2關(guān)于波動，下列說法正確的是() A各種波均會發(fā)生偏振現(xiàn)象 B用白光做單縫衍射與雙縫干涉實驗，均可看到彩色條紋 C聲波傳播過程中，介質(zhì)中質(zhì)點的運動速度等于聲波的傳播速度 D已知地震波的縱波波速大于橫波波速，此性質(zhì)可用于橫波的預(yù)警3關(guān)于光的偏振現(xiàn)象，下列說法中正確的是() A偏振光沿各個方向振動的光波的強度都相同 B自然光在水面反射時，反射光和折射光都是一定程度的偏振光 C光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波 D照相機鏡頭表面的鍍膜是光的

12、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用4取兩塊平玻璃板合在一起用手捏緊，會從玻璃板上看到彩色條紋，這是光的干涉現(xiàn)象，有關(guān)這一干涉的敘述正確的是()第4題圖 A這是上下兩塊玻璃板的上表面反射光干涉的結(jié)果 B這是兩玻璃板間的空氣薄層上下兩表面的反射光相干涉的結(jié)果 C這是上面一塊玻璃的上、下兩表面的反射光干涉的結(jié)果 D這是下面一塊玻璃的上、下兩表面的反射光干涉的結(jié)果5光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是() A一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的強度發(fā)生變化 B一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90時，反射光是偏振光 C日落時分，拍

13、攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景象更清晰 D通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋6碳水化合物(糖)的含量是衡量奶粉質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，可以用“旋光”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量，偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度，這個角度稱為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測樣品的含糖量如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O外的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是()第6題圖 A到達O處光的強度會減弱 B到達O處光的強度不會減弱 C將偏振片B轉(zhuǎn)過一個角度，使

14、得O處強度再次最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于 D將偏振片A轉(zhuǎn)過一個角度，使得O處強度再次最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度大于7如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是()甲乙第7題圖 A干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 B干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 C干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的 D干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的8(1)如圖所示，a、b、c、d四個圖

15、是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是() Aa、b是光的干涉圖樣 Bc、d是光的干涉圖樣 C形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短 D形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短第8題圖(2)如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則圖中a光為_光圖中b光為_光以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180后，在P處_(選填“能”或“不能”)看到光亮，以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90后，在P處_(選填“能”或“不能”)看到光亮第53講光的干涉、衍射和偏振知識整合基礎(chǔ)自測一、1.亮暗波2.頻率3.前后二、2.障礙物(或孔)的尺寸跟波長差不

16、多，甚至比波長還小4.光的衍射三、1.橫波四、.相干性.平行度.亮.單色重點闡述【典型例題1】如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是() AA、B均不變 BA、B均有變化 CA不變，B有變化 DA有變化，B不變【答案】C【解析】 白熾燈光為自然光，經(jīng)過P后為偏振光在A處看到的偏振光亮度不變；在B處看到的光線亮度一會兒由強變?nèi)?，一會兒由弱變強答案C.變式訓(xùn)練1ABD【解析】當(dāng)光的振動方向與偏振片的透振方向平行時，透光最強；垂直時，無光透過；若為某一角度時，有部分光透過而太陽光是自然光，沿各個方向的振動都存在，因

17、此A、 B、 D選項正確【典型例題2】 激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點，在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用的敘述正確的是() A激光是縱波 B頻率相同的激光在不同介質(zhì)中的波長相同 C兩束頻率不同的激光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 D利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離【答案】D【解析】 (1)本題考查激光的有關(guān)知識激光是電磁波中的一種，是一種橫波頻率相同的激光在不同的質(zhì)中的波長是不同的，B項錯誤；能產(chǎn)生干涉的條紋的頻率要相同，C項錯誤；測定距離就是利用激光的平行度高的特征，D項正確變式訓(xùn)練2C【解析】頻率相同的兩束光相遇才能發(fā)生干涉，激光的單色性好，頻率單一，通過雙縫時能夠得到兩束相干光故本題的

18、正確答案是C【典型例題3】如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30107 m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95107 m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是_(選填“明條紋”或“暗條紋”)現(xiàn)改用波長為6.30107 m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將_(選項“變寬”、“變窄”或“不變”)【答案】暗條紋變寬【解析】當(dāng)點到差為半波長的奇數(shù)倍時，出現(xiàn)暗條紋；x，隨波長變長，條紋間距離變寬變式訓(xùn)練3A【解析】 單色光的雙縫干涉形成的是明暗相間的條紋，并且亮紋和暗紋間距相等，而單縫衍射形成的是雖然也是亮、暗相同的衍射條紋，但中央條紋寬度大，亮度也大，可見，a、b是光的干涉圖

19、樣，c、d是光的衍射圖樣，并且c、d中央條紋為亮紋，選項A正確，BD錯誤；a、b光形成的干涉條紋的間距與波長成正比，即x，a光形成的條紋間距大，所以形成a圖樣光的波長比形成b圖樣光的波長長，選項C錯誤本題答案A.變式訓(xùn)練4AD【解析】 比較兩圖，它們的背景明顯不同，(a)圖的背景為黑色陰影，說明障礙物應(yīng)是很大的不透明擋板，中間有透光并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明擋板的中間有小圓孔，D項正確；(b)圖的背景為白色，說明周圍沒有障礙物，中間有不透光圓形陰影，并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明中間存在很小的不透明圓板，(b)圖正中央的小亮點是泊松亮斑，A項正確隨堂演練1.D【解析】 光的衍射圖樣是很復(fù)雜的光

20、波的疊加現(xiàn)象，所以干涉和衍射都遵循波的疊加原理，A錯D對光的衍射和干涉是波所特有的現(xiàn)象，說明光具有波動性，C錯白光的干涉條紋是彩色的，單色光的是明暗相同的，單色光的衍射條紋是明暗相間的B錯2.BD【解析】 只有橫波才有偏振現(xiàn)象，A錯，聲波傳播過程中，介質(zhì)中質(zhì)點的運動速度不等于聲波的傳播速度，C錯；B、D說法正確，故選BD.3.B【解析】 (1)偏振光沿各個方向振動的光波的強度不一定相同，A錯；自然光在水面反射的，反射光和折射光都是一定程度的偏振光，B對；橫波才有偏振現(xiàn)象，C錯；照相機鏡頭表面的鍍膜并不是光的偏振現(xiàn)象，而是為了增透，D錯4.B【解析】 形成干涉條紋是有一定條件的，即兩列相干光的光程差需要連續(xù)變化，rk(k0，1，2，)時，形成明條紋，當(dāng)r(2k1)(k0，1，2，)時，形成暗條紋，當(dāng)入射光是白光時，就會形成彩色條紋，對平板玻璃來說，每