【物理】2018届一轮复习人教版专题12-4光的干涉衍射和偏振学案

【物理】2018届一轮复习人教版专题12-4光的干涉衍射和偏振学案

专题12.4 光的干涉 衍射和偏振 ‎1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现亮暗条纹的条件.‎ ‎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．‎ ‎ ‎ 一、光的双缝干涉现象 ‎1．产生条件 两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．‎ ‎2．杨氏双缝干涉 ‎(1)原理图如图1所示 图1‎ ‎(2)亮、暗条纹的条件．‎ ‎①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．‎ a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹．‎ b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．‎ ‎②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)．‎ ‎③条纹间距公式：Δx＝λ.‎ 二、薄膜干涉现象 ‎1．薄膜干涉现象 如图3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．‎ 图3‎ ‎2．薄膜干涉原理分析 ‎(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．‎ ‎(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．‎ ‎3．薄膜干涉的应用 干涉法检查平面的平整程度如图4所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．‎ 图4‎ 三、光的干涉和衍射的比较 ‎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 注意　‎ ‎（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．‎ 四、光的偏振现象 ‎1．偏振：光波只沿某一特定的方向的振动．‎ ‎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，而且沿着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．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．‎ ‎4．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．‎ 高频考点一　光的干涉现象 例1．(多选)在杨氏双缝干涉实验中，如果(　　)‎ A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹 D．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹 E．分别用红光和紫光在同一装置上做干涉实验，相邻红光干涉条纹间距大于相邻紫光干涉条纹间距 答案：　BDE ‎【举一反三】(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是(　　)‎ A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹 B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹 C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射 D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射 E．在单缝衍射中增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽 解析：　单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，A正确；白光的衍射图样是彩色条纹，故B错误；光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象，故C正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在光的衍射现象，D错误；与双缝干涉相似，增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽，故E正确。‎ 答案：　ACE ‎【变式探究】(多选)如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则(　　)‎ A．图中a光为自然光 B．图中a光为偏振光 C．图中b光为偏振光 D．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 E．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮 答案：　ACE 高频考点二　光的衍射和偏振现象 例2．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现(　　)‎ A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失 D．由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 答案　D 解析　当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部消失，所以只有D正确．‎ ‎【变式探究】(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图4所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同．观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是(　　)‎ 图4‎ A．这里应用的是光的衍射现象 B．这里应用的是光的干涉现象 C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 答案　AD 解析　由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，A、D对．‎ ‎【举一反三】如图5所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)‎ 图5‎ A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄 C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫 答案　B ‎1．【2016·天津卷】图1是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则(　　)‎ 图1‎ A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大 ‎4.【2016·江苏卷】【选修34】‎ ‎ (2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同．如图1所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹．‎ 图1‎ ‎（2）【答案】频率　C ‎【解析】只有频率相同的两列波才可能发生干涉现象．只有波峰与波谷相遇处才是振动减弱点，也就是出现暗条纹处．‎ ‎1.【2015·江苏·12B（2）】2．用2×106Hz的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为‎2250m/s和‎1500m/s，则该超声波在结石中的波长时胆汁中的______倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长短，遇到结石时_______‎ ‎（选填“容易”或者“不容易”）发生衍射。‎ ‎【答案】1.5 不容易 ‎【解析】根据，在传播过程中，频率保持不变，所以；根据波长越长越容易发生衍射，所以用超声波遇到结石时，不容易发生衍射。‎ ‎2.【2015·上海·2】5．如图，P为桥墩，A为靠近桥墩浮出水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动，可用的方法是 A．提高波源频率 B．降低波源频率 C．增加波源距桥墩的距离 D．减小波源距桥墩的距离 ‎【答案】B ‎3.【2015·天津·2】5．中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子。涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”，从物理学的角度看，虹时太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，右图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b时两种不同频率的单色光，则两光 A．在同种玻璃种传播，a光的传播速度一定大于b光 B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大 C．分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，a光一定也能 D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气张只能看到一种光时，一定是a光 ‎【答案】C ‎【解析】由图可知，光线a的折射率大于b根据可以确定a光在同种玻璃中速度小于光速故A错误，以相同的入射角度射入平行玻璃砖折射率越大侧移量越大。故B错误，根据光的频率越大光子能量越大就越容易发生光电效应C正确。根据折射率越大，越容易发生全反射，在水外越不容易看到，D错误。‎ ‎4.【2015·全国新课标Ⅱ·34（1）】8．如图，一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线，则 （填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）‎ A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B．在真空中，a光的波长小于b光的波长 C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失 E．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 ‎【答案】ABD ‎1.(2014·全国大纲卷，17)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝‎1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为‎0.350 cm，则双缝的间距为(　　)‎ A．2.06×10－‎7 m B．2.06×10－‎‎4 m C．1.68×10－‎4 m D．1.68×10－‎‎3 m 解析　在双缝干涉实验中，相邻明条纹间距Δx、双缝间距d与双缝到屏的距离L间的关系为Δx＝λ，则双缝间距d＝＝ m≈1.68×10－‎4 m。‎ 答案　C ‎2.(2014·四川卷，2)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是(　　)‎ A．电磁波不能产生衍射现象 B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 解析　干涉、衍射是波所特有的现象，所以电磁波能产生衍射现象，选项A错误；常用的遥控器是通过发出红外线来遥控电视机的，选项B错误；利用多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的速度，选项C正确；根据光速不变原理，在不同的惯性系中，光速是相同的，选项D错误。‎ 答案　C ‎3．(2014·江苏卷，12B)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图5(甲)所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如(乙) 图所示。他改变的实验条件可能是(　　)‎ 图5‎ A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 解析　在双缝干涉中，相邻明条纹间的距离Δx＝λ，由题图知干涉条纹间距变宽，故可增大l、λ或减小d。根据c＝λν知要增大λ，应减小ν。选项B正确，选项A、C、D错误。‎ 答案　B ‎4．(多选)(2014·浙江卷，18)关于下列光学现象，说法正确的是(　　)‎ A．水中蓝光的传播速度比红光快 B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射 C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深 D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽 答案　CD ‎1．下列现象中，属于光的衍射的是(　　)‎ A．雨后天空出现彩虹 B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹 C．海市蜃楼现象 D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹 答案　B 解析　彩虹是光的色散现象，海市蜃楼是光的折射、全反射现象，肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，A、C、D错误．通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是单缝衍射现象，B正确．‎ ‎2．关于光的偏振现象，下列说法中正确的是(　　)‎ A．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同 B．自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光 C．光的偏振现象说明光是一种纵波 D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用 答案　B ‎3.如图1所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　)‎ 图1‎ A．增大S1与S2的间距 B．减小双缝屏到光屏的距离 C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光 答案　C 解析　据光的干涉产生的条纹间距满足的关系Δx＝可知，增大S1与S2的间距，条纹间距减小，A选项错误；减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，B选项错误；将绿光换成红光，波长增大，条纹间距增大，C选项正确；绿光换成紫光，波长减小，条纹间距减小，D选项错误．‎ ‎4．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理 B．紫外线比红外线更容易发生衍射现象 C．经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光的条纹宽度大 D．光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的 E．光的偏振现象说明光是一种横波 答案　ACE ‎5．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)‎ A．红外线比红光波长长，它的热作用很强 B．X射线就是伦琴射线 C．阴极射线是一种频率极高的电磁波 D．紫外线的波长比伦琴射线的长，它的显著作用是荧光作用 答案　ABD 解析　在电磁波谱中，红外线的波长比可见光的长，而红光属于可见光，故选项A正确．X射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故选项B正确．阴极射线与电磁波有着本质的不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中可能会偏转，电磁波在真空中的速度是3×‎108 m/s，而阴极射线的速度总是小于3×‎108 m/s，阴极射线实际是高速电子流，故选项C错误．紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，且紫外线的波长比伦琴射线的长，故选项D正确．‎ ‎6．(多选)如图4所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样，现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是(　　)‎ 图4‎ 答案　AD 图5‎ ‎7．如图5所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑．这是光的________(填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的________(填“波动说”“微粒说”或“光子说”)．‎ 答案　衍射　波动说 解析　圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，一定不是光的直线传播现象造成的，是光在传播过程中绕过障碍物形成的现象，属于光的衍射，衍射是波的特性，所以这一实验支持了光的波动说．‎ ‎8．两个狭缝相距‎0.3 mm，位于离光屏‎50 cm处，现用波长为6 000 Å的光照射双缝，求：‎ ‎(1)两条相邻暗条纹间的距离是多少？‎ ‎(2)若将整个装置放于水中，那么两条相邻暗条纹间的距离是多少？(水的折射率为，1 Å＝10－‎10 m)‎ 答案　(1)‎1 mm　(2)‎‎0.75 mm 解析　本题利用公式Δx＝λ进行计算．‎ ‎(1)Δx＝λ＝ m＝1×10－‎3 m＝‎1 mm.‎ ‎(2)λ′＝＝ Å＝4 500 Å Δx′＝λ′＝ m＝‎0.75 mm.‎