第4講 光干涉 衍射 偏振

第4講光的波動性2、干涉的條件：兩列頻率相同、振動情況完全相同的光源．一．光的干涉1、光的干涉：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被加強(qiáng)，出現(xiàn)明紋，某些區(qū)域的光被減弱，出現(xiàn)暗紋，且明暗相間的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象．3、原理：根據(jù)波的疊加原理，振動加強(qiáng)的地方出現(xiàn)明條紋，振動減弱的地方出現(xiàn)暗條紋。第一課時(shí)光的干涉光的衍射光的偏振

⑵出現(xiàn)暗條紋：兩列光波到達(dá)某點(diǎn)的路程差等于半波長的奇數(shù)倍（n=0、1、2、3……)4、出現(xiàn)明條紋和暗條紋的條件：⑴出現(xiàn)明條紋：兩列光波到達(dá)某點(diǎn)的路程差等于波長的整數(shù)倍（n=0、1、2、3……)5、兩種典型的干涉⑴雙縫干涉及其圖樣特點(diǎn)SS1S2P單色光單縫雙縫光屏①實(shí)驗(yàn)裝置：雙縫S1、S2到單縫S的距離相等，且雙縫很近，雙縫可獲得兩個(gè)振動情況完全相同的光源，叫相干光源(頻率相同)③明（暗）紋間距的公式：l：雙縫到光屏的距離；d：兩縫間的距離；λ：照射光的波長。②明、暗條紋的條件：明條紋：暗條紋：（n=0、1、2、3……)（n=0、1、2、3……)x④圖樣特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)裝置不變的條件下，紅光干涉條紋的間距最大，紫光干涉條紋的間距最小；若用白光，在屏上得到彩色條紋，且中央為白色．

【例與練】（2011年北京卷）如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀察到干涉條紋，要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A、增大S1與S2的間距

B、減小雙縫屏到光屏的距離

C、將綠光換為紅光

D、將綠光換為紫光SS1S2P單色光單縫雙縫光屏C【例與練】

2005年諾貝爾物理學(xué)獎授予對激光研究做出杰出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家．如圖所示是研究激光相干性的雙縫干涉示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1和S2發(fā)出的兩列波到達(dá)屏上時(shí)會產(chǎn)生干涉條紋．已知入射激光波長為λ，屏上的P點(diǎn)到兩縫S1和S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記作第0號亮紋，由P向上數(shù)與0號亮紋相鄰的亮紋為1號亮紋，與1號亮紋相鄰的亮紋為2號亮紋，設(shè)P1處的亮紋恰好是10號亮紋，直線S1P1的長度為r1，S2P1的長度為r2，則r2－r1等于(

)A．5λ

B．10λC．20λ D．40λS1S2P1P擋板屏激光LB⑵薄膜干涉及其圖樣特點(diǎn)①薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后兩表面的反射光波相遇而形成的干涉．②明、暗條紋的條件：明條紋：暗條紋：（n=0、1、2、3……)（n=0、1、2、3……)其中h是對應(yīng)部分薄膜的厚度.④常見的薄膜干涉現(xiàn)象：蚌殼內(nèi)表面的色彩、昆蟲翅翼上的彩色、激光唱片上的彩色、鏡頭上的增透膜、肥皂膜、水面上的油花．③圖樣特點(diǎn)：同一條明(或暗)條紋對應(yīng)薄膜厚度相同，單色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平狀的明暗相間的條紋，白光入射時(shí)形成彩色條紋．⑤薄膜干涉應(yīng)用：a.檢查物體表面的平整程度在薄膜干涉中，同一條亮條紋出現(xiàn)在膜的厚度相同的地方。被檢查標(biāo)準(zhǔn)若條紋向膜較薄那側(cè)彎曲，說明被檢查表面對應(yīng)部分凹若條紋向膜較厚那側(cè)彎曲，說明被檢查表面對應(yīng)部分凸b.

增透膜：在透鏡表面涂上一層薄膜，當(dāng)薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波長的1/4時(shí)，從薄膜前后兩表面反射回來的光的路程差恰好等于半個(gè)波長，它們干涉相消，減小了反射光的能量，增強(qiáng)了透射光的能量，稱為增透膜?！纠c練】如圖所示，是用干涉法檢查某厚玻璃的上表面是否平整的裝置，所用單色光做光源，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的（）A、a的上表面和b的下表面B、a的上表面和b的上表面C、a的下表面和b的上表面D、a的下表面和b的下表面C【例與練】

（08上海卷）用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖（a）是點(diǎn)燃酒精燈（在燈芯上灑些鹽），圖（b）是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是（）（A）當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°（B）當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°（C）當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°（D）干涉條紋保持原來狀態(tài)不變D二．光的衍射1、光的衍射：光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象．2、光發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸與光的波長差不多，甚至比光的波長還?。?、幾種衍射現(xiàn)象⑴圓孔衍射：明暗相間的同心圓環(huán)，中央是最大最亮的圓斑．⑵單縫衍射：中央亮紋最寬最亮，兩側(cè)明暗相間，條紋窄且暗，若用白光時(shí)中央為白色，兩側(cè)為彩色．激光束屏⑶泊松亮斑：光照在一個(gè)不透明的小圓板上，在圓板后面一定距離的屏上出現(xiàn)：中間是亮斑，向外是相應(yīng)的陰影，再向外是明暗相間的間距不等的同心圓環(huán)。泊松亮斑光的干涉和衍射的比較

內(nèi)容光的干涉光的衍射現(xiàn)象在光重疊區(qū)域出現(xiàn)明暗相間或彩色條紋的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象．產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定，即必須是相干光源障礙物或孔的尺寸與波長差不多或比波長更小(明顯衍射的條件)典型實(shí)驗(yàn)雙縫干涉(薄膜干涉)單縫衍射(圓孔衍射、不透明圓盤衍射)圖樣特點(diǎn)中央明紋，兩邊等間距分布的明暗相間條紋中央最寬最亮，兩邊不等間距分布的明暗相間條紋應(yīng)用檢查平面，增透膜，測定波長衍射光柵相同點(diǎn)干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加，光的干涉和衍射都有明暗相間的條紋【例與練】在做單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說法中正確的（）

A．將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變窄B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬ACD【例與練】用單色光照射雙縫，在像屏上觀察到明暗相間的干涉條紋，現(xiàn)用遮光板將其中的一個(gè)縫擋住，則像屏上觀察到（）A、寬度均勻的明暗相間的條紋。B、中央亮而寬，兩邊窄而暗條紋。C、一條亮紋。D、一片亮光。B【例與練】如圖所示，兩個(gè)同種玻璃制成的三棱鏡，頂角α1略大于α2，兩單色光1和2分別垂直入射三棱鏡，其出射光線與豎直界面的夾角β1＝β2，則(

)A．在棱鏡中1光的傳播速度比棱鏡中2光的傳播速度小B．1光的頻率大于2光的頻率C．讓1光和2光通過同一雙縫干涉裝置，1光的條紋間距小于2光的條紋間距D．在利用1光和2光做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，1光的實(shí)驗(yàn)效果顯著D三．光的偏振1、偏振:振動矢量偏于某個(gè)特定方向的現(xiàn)象叫波的偏振只有橫波有偏振現(xiàn)象，縱波只能沿著波的傳播方向的直線上振動，所以縱波不可能有偏振。3、偏振光：在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)只沿著某一個(gè)特定方向振動的光．如自然光經(jīng)偏振片作用后的光．2、自然光：在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)光振動(指E的振動)沿各個(gè)方向振動強(qiáng)度都相同．如由太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光．偏振片：偏振片由特定的材料制成，它上面有一個(gè)特殊的方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片．4、偏振光的產(chǎn)生⑴偏振片只讓某一方向振動的光通過.⑵通過兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器．第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器．（請細(xì)讀課本P87-88)⑶自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．i1n2n⑵應(yīng)用：照相機(jī)偏振鏡、立體電影5、偏振光的理論意義及應(yīng)用⑴理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波．光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波．拍攝水下的景物或展覽櫥窗中的陳列品的照片時(shí)，由于水面或玻璃會反射出很強(qiáng)的反射光，使得水面下的景物和櫥窗中的陳列品看不清楚，攝出的照片也不清楚．如果在照相機(jī)鏡頭上加一個(gè)偏振片，使偏振片的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以把這些反射光濾掉，而攝得清晰的照片。6、激光：（詳見課本第89-92頁）【例題1】有關(guān)偏振和偏振光的下列說法中正確的有（） A.只有電磁波才能發(fā)生偏振，機(jī)械波不能發(fā)生偏振B.只有橫波能發(fā)生偏振，縱波不能發(fā)生偏振C.自然界不存在偏振光，自然光只有通過偏振片才能變?yōu)槠窆釪.除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光BD【例題2】激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特點(diǎn)，在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用廣泛．下面關(guān)于激光的敘述正確的是(

)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(diǎn)可以測量月球到地球的距離D【例題3】

用激光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，比普通光源效果更好，圖象更清晰．如果將