高中物理新高考第一輪復(fù)習(xí)教案：第2講　光的干涉、衍射、光的偏振、激光

第2講光的干涉、衍射、光的偏振、激光必備知識新學(xué)法基礎(chǔ)落實(shí)一、光的干涉1．產(chǎn)生條件兩列光的__________相同，振動方向__________，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣．[主干知識·填一填]頻率相同明暗相間kλ

彩色白色(2)薄膜干涉①相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面__________的兩列光波．②圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應(yīng)薄膜的__________相等．單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時，形成彩色條紋．反射厚度二、光的衍射偏振1．光的衍射(1)發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長__________，甚至比光的波長__________的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯．(2)衍射條紋的特點(diǎn)①單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較相差不多還小單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋，兩側(cè)為__________的條紋，且越靠外，亮條紋的亮度__________，寬度__________中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著__________的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度__________，寬度越?。涣镰h(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而__________白光中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度__________、寬度__________的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光，離中央最遠(yuǎn)的是紅光中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的__________明暗相間越弱越小明暗相間越弱減小逐漸變暗變窄同心圓環(huán)②泊松亮斑(圓盤衍射)：當(dāng)光照到__________(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的小圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)__________(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))．不透明亮斑2．光的偏振現(xiàn)象(1)偏振光波只沿__________的方向的振動．(2)自然光太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿__________振動的光，而且沿各個方向振動的光波的__________都相同，這種光叫作自然光．(3)偏振光在__________于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光．光的偏振證明光是__________．自然光通過偏振片后，就得到了偏振光．某一特定一切方向強(qiáng)度垂直橫波1．光發(fā)生干涉現(xiàn)象是有條件的，光發(fā)生衍射現(xiàn)象是沒有條件的，但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的．2．圓孔衍射和圓盤衍射圖樣最明顯的區(qū)別在于中心的亮斑，前者的較大，后者的很小且有陰影包圍．3．只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象．[規(guī)律結(jié)論·記一記]一、易混易錯判斷1．光的顏色由光的頻率決定．()2．只有頻率相同的兩列光波才有可能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉．()3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用是使白光變成單色光．()4．陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的．()5．自然光是偏振光．()6．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象．()7．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光從紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距一定變?。?)[必刷小題·測一測]√√×××√√二、經(jīng)典小題速練1．(魯科版選擇性必修第一冊P136T1)用手捏緊疊在一起的兩塊平板玻璃時，若板間存在薄空氣層，從平板玻璃的上表面常會看到彩色條紋．產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是(

)A．光的折射

B．光的衍射C．光的干涉

D．光的偏振解析：C這是光射到板間空氣薄層的上下兩個表面的反射光所產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確．C2.(魯科版選擇性必修第—冊P118T3)

在如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長λ＝600nm的橙色光照射，在光屏中心點(diǎn)P0呈現(xiàn)亮條紋．若點(diǎn)P0上方的點(diǎn)P到S1、S2的路程差恰為λ，現(xiàn)改用波長為400nm的紫光照射，則(

)A．P0和P都呈現(xiàn)亮條紋B．P0為亮條紋，P為暗條紋C．P0為暗條紋，P為亮條紋D．P0和P都呈現(xiàn)暗條紋B3．(粵教版選擇性必修第一冊P126T5)(多選)一束自然光通過起偏器照射到光屏上，下列選項(xiàng)中光屏上發(fā)亮的有(起偏器上用箭頭表示其透射方向)(

)解析：ABD自然光包含垂直傳播方向各個方向振動的光，當(dāng)自然光照到起偏器上時，后面的屏上能觀察到光亮，當(dāng)兩個偏振片的偏振方向互相垂直時，光不能到達(dá)屏上，當(dāng)兩偏振片的偏振方向相互平行時，則光可以到達(dá)光屏上，綜上所述，屏上有亮光的是選項(xiàng)A、B、D.ABD關(guān)鍵能力新探究思維拓展命題點(diǎn)一光的干涉現(xiàn)象(自主學(xué)習(xí))[核心整合]1．雙縫干涉明、暗條紋的確定

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)到相干光源S1、S2的路程之

差為光程差，記為Δr.如圖所示．2．薄膜干涉(1)如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．(2)光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射出來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加．(3)明暗條紋的判斷方法①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍，即Δr

＝kλ(k＝1，2，3，…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋．②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍，即Δr＝

(2k＋1)(k＝0，1，2，3，…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋．③用白光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋．(4)薄膜干涉的應(yīng)用干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲．[題組突破]1．(光的雙縫干涉的理解)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，則下列說法正確的是(

)A．中間條紋間距較兩側(cè)更寬B．不同色光形成的條紋完全重合C．雙縫間距離越大條紋間距離也越大D．遮住一條縫后屏上仍有明暗相間的條紋DD3．(薄膜干涉的理解)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)燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，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，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時，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解析：D豎直肥皂膜是由于重力作用產(chǎn)生的上薄下厚的薄膜，所以金屬絲圈的緩慢轉(zhuǎn)動，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知，同一厚度處的干涉條紋在同一級次上，所形成的干涉條紋都是水平的，與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動無關(guān)，仍然是水平的干涉條紋，D正確．4．(薄膜干涉的應(yīng)用)(多選)光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用．例如，在磨制各種鏡面或其他精密的光學(xué)平面時，可以用干涉法檢查平面的平整程度．如圖所示，在被測平面上放一個透明的樣板，在樣板的一端墊一個薄片，使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測平面之間形成一個楔形空氣薄層．用單色光從上面照射，在樣板上方向下觀測時可以看到干涉條紋．如果被測表面是平整的，干涉條紋就是一組平行的直線(如圖甲)，下列說法正確的是(

)ABCA．這是空氣層的上下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生干涉B．空氣層厚度相同的地方，兩列波的路程差相同，兩列波疊加時相互加強(qiáng)或相互削弱的情況也相同C．如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測表面彎曲對應(yīng)位置向下凹D．如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測表面彎曲對應(yīng)位置向上凸解析：ABC在標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被測平面間形成

了很薄的空氣薄膜，用單色光從標(biāo)準(zhǔn)平面上面照射，從空氣薄膜的上下表面分別反射的兩列光波頻率相等，符合相干條件，發(fā)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的條紋，A正確；在空氣層厚度d相等的地方，兩列波的波程差均為2d保持不變，疊加時相互加強(qiáng)和削弱的情況是相同的，屬于同一條紋，故薄膜干涉也叫等厚干涉，B正確；薄膜干涉條紋，又叫等厚條紋，厚度相同的地方，應(yīng)該出現(xiàn)在同一級條紋上．圖中條紋向左彎曲，說明后面較厚的空氣膜厚度d，在左面提前出現(xiàn)，故左方存在凹陷現(xiàn)象．C正確，D錯誤．命題點(diǎn)二光的衍射現(xiàn)象(自主學(xué)習(xí))[核心整合]1．對光的衍射的理解(1)波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯．在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別．(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看作是沿直線傳播的．2．單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋3.光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于波的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理．都可認(rèn)為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的．[題組突破]1．(光的衍射現(xiàn)象的理解)(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說法正確的是(

)A．紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋B．白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋C．光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿直線傳播，不存在光的衍射解析：AC單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相同的直條紋，A正確；白光的衍射圖樣是彩色條紋，故B錯誤；光照到不透明小圓盤上，在其陰影處出現(xiàn)亮點(diǎn)，是衍射現(xiàn)象，故C正確；光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項(xiàng)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在光的衍射現(xiàn)象，D錯誤．AC2．(衍射現(xiàn)象的應(yīng)用)(多選)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同．觀察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化，下列敘述中正確的是(

)A．這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B．這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)解析：AD由于是激光束越過細(xì)絲即繞過障礙物，所以是光的衍射現(xiàn)象，當(dāng)抽制的絲變細(xì)，即相當(dāng)于遮光板上的窄縫變窄，條紋間距變寬，A、D正確．AD3．(干涉、衍射的圖樣比較)如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)．在下面的4幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是(

)A．紅黃藍(lán)紫

B．紅紫藍(lán)黃C．藍(lán)紫紅黃

D．藍(lán)黃紅紫B命題點(diǎn)三光的偏振(自主學(xué)習(xí))[核心整合]1．自然光與偏振光的比較2.偏振光的應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等．類別自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿任意方向，且沿各個方向光振動的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向[題組突破]1．(偏振現(xiàn)象的理解)(多選)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(

)A．圖中a光為自然光B．圖中a光為偏振光C．圖中b光為偏振光D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮解析：AC自然光沿各個方向振動的光是均勻分布的，通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動的光．從電燈直接發(fā)出的光為自然光，它通過A偏振片后，即變?yōu)槠窆?，則B錯，A、C對；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，P點(diǎn)無光亮，則B偏振片只能通過沿水平方向振動的偏振光，將B轉(zhuǎn)過180°后，P處仍無光亮，D錯．AC2．(偏振現(xiàn)象的應(yīng)用)(2021·麗水模擬)偏振光通過不加電壓的液晶時，光的偏振方向會被液晶旋轉(zhuǎn)，這種性質(zhì)叫液晶的旋光性．用人工方法也可以產(chǎn)生旋光效應(yīng)，其中最重要的是磁致旋光效應(yīng)．當(dāng)偏振光沿著(或逆著)磁場方向透過樣品時，偏振方向會旋轉(zhuǎn)一個角度α.實(shí)驗(yàn)表明，磁致旋光效應(yīng)有如下規(guī)律：①對于給定的介質(zhì)，偏振方向轉(zhuǎn)過的角度α與樣品的長度l和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成正比，即：α＝klB，k為比例系數(shù)．②偏振光沿著磁場方向通過樣品，逆著光的傳播方向看，偏振方向順時針轉(zhuǎn)過一個角度；逆著磁場方向通過樣品，逆著光的傳播方向看，偏振方向逆時針轉(zhuǎn)過一個角度．利用磁致旋光的這一特點(diǎn)可以制成光隔離器，即只允許光從一個方向通過而不能從反方向通過．現(xiàn)使一束激光(偏振光)通過一偏振片(偏振方向與透振方向平行)，沿著磁場方向通過某一樣品后垂直射到一玻璃磚，會有部分光反射，如圖所示，為了消除反射光對前面裝置的影響，那么所加磁場至少多大．已知該種樣品的k＝15°/(cmT)，樣品的長度l為3cm，玻璃磚反射不改變偏振方向(

)BA．0.5T

B．1TC．1.5T D．2T解析：B向右傳播，通過樣品后，從左往右看，激光偏振方向逆時針轉(zhuǎn)過klB角度，通過玻璃磚反射回來，向左傳播通過樣品后，偏振方向繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)過klB角度，所以總共轉(zhuǎn)過2klB角度，為了不能透過偏振片，那么2klB至少是90°，所以B＝1T，故B正確，ACD錯誤，故選B.限時規(guī)范訓(xùn)練1．(2021·江蘇省如皋中學(xué)高三三模)華為手機(jī)采用了雙麥克風(fēng)降噪技術(shù)，以保證優(yōu)秀的通話體驗(yàn)．一個麥克風(fēng)為用戶通話時使用的麥克風(fēng)，用于收集人聲，而另一個配置在機(jī)身頂端的麥克風(fēng)采集周圍環(huán)境噪音，通過特定的模塊對這兩路信號進(jìn)行技術(shù)處理，實(shí)現(xiàn)降噪功能．技術(shù)處理用到的原理是(

)A．干涉

B．衍射C．調(diào)制

D．解調(diào)解析：A降噪麥克風(fēng)是通過降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相位相反的聲波與噪音疊加從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果，且環(huán)境噪音與降噪聲波頻率相同，兩列波發(fā)生了干涉現(xiàn)象．故選A.123456A2．(2021·全國高三專題練習(xí))(多選)下列說法正確的是(

)A．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用紅光代替黃光作為入射光可增大相鄰兩亮條紋的間距B．光從空氣射入玻璃時可能發(fā)生全反射C．在岸邊觀察前方水中的一條魚，魚的實(shí)際深度比看到的要深D．白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的波長不同123456ACD1234563.(多選)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋．屏上O點(diǎn)距雙縫S1和S2的距離相等，P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋．如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況是(

)A．O點(diǎn)是紅光的亮條紋B．O點(diǎn)不是藍(lán)光的亮條紋C．紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方D．藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方123456AC4．(多選)光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用，例如檢查平面的平整程度．如圖甲所示，把一透明板壓在另一透明板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光a、b分別從上方射入，得到明暗相間的條紋如圖乙所示．下列說法正確的是(

)A．單色光a的波長比單色光b的波長大B．單色光a的波長比單色光b的波長小C．同種介質(zhì)對單色光a的折射率比對單色光b的折射率大D．同種介質(zhì)對單色光a的折射率比對單色光b的折射率小123456BC解析：BC波長越長，條紋間距越大，由題圖乙可知，單色光a的波長比單色光b的波長小，故A錯誤，B正確；同種介質(zhì)對波長小的光的折射率大，故C正確，