【物理】2019届一轮复习人教版光的干涉、衍射和偏振现象学案

【物理】2019届一轮复习人教版光的干涉、衍射和偏振现象学案

‎ ‎ 第十四章 选修3-4‎ ‎ ‎ ‎1、考查近代物理知识中一些基础知识，意在考查考生的理解能力 ‎2、高考对本专题内容考查的重点和热点有：①原子能级跃迁和原子核的衰变规律；②核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算；③原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等.‎ ‎3、近代物理部分，涉及的考点较多，主要有光电效应、波粒二象性、原子结构、玻尔理论、衰变、核反应和核能等，主要以选择题的形式命题，可能单独命题，但更多的是通过多个选项命制综合题。‎ ‎4、由于本专题内容琐碎，考查点多，因此复习时应抓住主干知识，梳理出知识点，进行理解性记忆.‎ ‎1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件.‎ ‎2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件.‎ ‎3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用．‎ ‎1． 光的干涉 ‎(1)定义 两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象．‎ ‎(2)相干条件 只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波．‎ ‎2． 双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为.‎ ‎3． 薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同．‎ ‎4． 光的衍射 ‎(1)定义 光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．‎ ‎(2)发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．‎ ‎(3)衍射图样 ‎①单缝衍射 a．单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性．‎ b．白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．‎ ‎②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积．‎ ‎③圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑．‎ ‎5．光的偏振 ‎(1)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振．‎ ‎(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在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，这种光叫做自然光．‎ ‎(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．‎ 考点一　光的干涉现象的理解 ‎1、光的双缝干涉现象的理解 ‎（1）光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．‎ ‎（2）双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即.‎ ‎（3）用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．‎ ‎2、薄膜干涉现象的理解 ‎（1）如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．‎ ‎（2）光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．‎ ‎（3） 原理分析 ‎①单色光 在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍．‎ Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹．‎ 在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍．Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．‎ ‎②白光：薄膜上出现水平彩色条纹．‎ ‎（4）薄膜干涉的应用 干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、两束振动情况相同的光源产生的光相互叠加时：‎ ‎(1)出现明条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即 ‎|PS1－PS2|＝kλ＝2k· (k＝0,1,2,3…)‎ 当k＝0时，即PS1＝PS2，此时P点处的明条纹叫做中央亮条纹．‎ ‎(2)出现暗条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于半波长的奇数倍，即 ‎|PS1－PS2|＝(2k＋1) (k＝0,1,2,3…)‎ ‎★典型案例★把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关阐释合理的是： （ ）‎ A．远离中心点处亮环的分布较疏 B．用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环 C．是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的 D．与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的 ‎【答案】D ‎【解析】 远离中心点处亮环的分布较密，A错；用白光照射时，仍能出现干涉形成的圆环，B错；是空气膜也即透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，C错；当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，与同一亮环相对应的各处空气薄膜的厚度是相同的，故D正确。‎ ‎【名师点睛】光的干涉和衍射比较 内容 干涉 衍射 现象 在光重叠区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多 典型实验 杨氏双缝干涉实验 单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘衍射 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽 条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 ‎★针对练习1★下面是四种与光有关的事实，其中与光的干涉有关的是： （ ）‎ A．用光导纤维传播信号 B．用白光照射单缝，在屏上看到的彩色条纹 C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带 D．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度 ‎【答案】D ‎【名师点睛】解答此题要知道：光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号；检查平面的平整度是利用薄膜干涉；色散是同种玻璃对不同的单色光的折射率不同造成的；掌握了各种物理现象发生的原理即可顺利解决此类题目，故对于物理现象要知其然更要知其所以然。‎ ‎★针对练习2★如图所示为条纹总基宽度相同的4种明暗相间的条纹，其中有两种是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，还有两种是黄先、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（灰黑色部分表示亮纹）.则图中从左向右排列，亮条纹的颜色依次是： （ ）‎ A．红黄蓝紫 B．蓝紫红黄 C．红紫蓝黄 D．蓝黄红紫 ‎【答案】C ‎【名师点睛】解决本题的关键知道干涉条纹和衍射条纹的特点，以及知道波长越长，干涉和衍射条纹间距越大．‎ 考点二　光的衍射现象的理解 ‎1．衍射与干涉的比较 两种现象 比较项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 特别提醒　1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．‎ ‎2． 区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．‎ ‎2． 干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．‎ ‎★重点归纳★‎ 光的干涉和衍射比较 内容 干涉 衍射 现象 在光重叠区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多 典型实验 杨氏双缝干涉实验 单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘衍射 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽 条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 ‎★典型案例★两束单色光Ⅰ、Ⅱ从水下同一位置同一方向射向水面，只产生两束光线，光路图如图所示，则： （ ）‎ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ A．两束光在水中传播时，光束Ⅱ的速度大于光束Ⅰ的速度 B．两束光在水中传播时波长一样 C．两束光线通过同一小孔时，光线Ⅰ的衍射现象更明显 D．光束Ⅰ从水中到空气中频率变大 ‎【答案】C ‎【名师点睛】本题整合了光的折射、全反射、衍射、速度等多个知识点，有效地考查了学生对光学内容的掌握情况；要知道折射率较大的光，频率较大，临界角小，在介质中的传播速度较小. ‎ ‎★针对练习1★下列有关光现象的说法不正确的是： （ ）‎ A．泊松亮斑是光的衍射现象 B．用激光束在很硬的材料上打孔是利用了激光亮度高的特点 C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度 ‎【答案】D ‎【解析】光通过小圆盘，屏中央出现亮斑，说明光偏离原来直线方向传播，即发生光的衍射现象，故A正确；用激光束在很硬的材料上打孔是利用了激光亮度高的特点，故选项B正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故C正确；由于玻璃的反射光是偏振光，在拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱反射光的强度，故D错误。‎ ‎【名师点睛】考查光的干涉与衍射原 ‎★针对练习2★下列说法正确的是： （ ）‎ A、光纤通信依据的原理是光的折射，且内芯比包层的折射率大 B、光的色散现象表明了同一介质对不同色光的折射率不同，但各色光在同一介质中的光速相同 C、用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 D、照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象 ‎【答案】D ‎【名师点睛】本题中泊松亮斑与光导纤维学生容易接受并掌握的知识点，理解利用薄膜干涉检查光学平面的平整程度和增透膜的原理是该题的关键。‎ 考点三　光的偏振现象的理解 ‎1． 偏振光的产生方式 ‎(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．‎ ‎(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．‎ 特别提醒　不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．‎ ‎2． 偏振光的理论意义及应用 ‎(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．‎ ‎(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．‎ ‎★重点归纳★‎ 自然光和偏振光的比较 自然光(非偏振光)‎ 偏振光 光的 ‎ 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光 光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向 ‎★典型案例★下列说法正确的是： （ ）‎ A．光纤通信依据的原理是光的折射，且内芯比包层的折射率大 B．‎ 光的色散现象表明了同一介质对不同色光的折射率不同，但各色光在同一介质中的光速相同 C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 D．照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象 ‎【答案】D ‎【名师点睛】本题中泊松亮斑与光导纤维学生容易接受并掌握的知识点，理解利用薄膜干涉检查光学平面的平整程度和增透膜的原理是该题的关键。‎ ‎★针对练习1★关于光的现象，下列说法正确的是： （ ）‎ A．波源与观察者发生相对运动时，声波会产生多普勒效应，光波不会产生多普勒效应 B．无影灯利用的是光的衍射原理 C．阳光下肥皂泡呈现彩色是光的薄膜干涉现象 D．雨后的彩虹是光的干涉现象 ‎【答案】C ‎【解析】‎ 波源与观察者发生相对运动时，声波会产生多普勒效应，光波也会产生多普勒效应．故A错误；‎ 光源较大时，本影很小，无影灯是利用光的直线传播原理制成的．故B错误；肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜内外反射的光线，相互叠加产生的现象，这是光的干涉造成的．故C正确；雨后的彩虹是光的折射现象，不是干涉现象．故D错误．故选C。‎ ‎【名师点睛】本题主要考查的是光的多普勒效应、光的干涉与衍射以及光沿直线传播现象的应用；此题涉及的光学知识比较多，是一道综合性的题目，但是难度不大。‎ ‎★针对练习2★下列说法中正确的是： （ ）‎ A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波 B．自然光斜射到玻璃、水面、木质桌面时，反射光和折射光都是偏振光 C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄 D．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由他又用实验证实电磁波的存在 ‎【答案】B ‎【名师点睛】此题考查了光的干涉、光的偏振以及电磁波等知识点，要知道光的干涉、衍射、等现象证明光具有波动性，偏振现象证明光是一种横波；知道物理学的发展史.‎ ‎ ‎