- 2021-06-01 发布 |
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文档介绍
【物理】2019届二轮复习第55讲光的干涉、衍射和偏振现象教案(全国通用)
第55讲 光的干涉、衍射和偏振现象 【教学目标】 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. 【教学过程】 ★重难点一、光的干涉★ 1.光的干涉 (1)明暗条纹的判断方法 ①单色光 a.如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2…)时,光屏上出现明条纹。 b.光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2…)时,光屏上出现暗条纹。 ②白光:光屏上出现彩色条纹。 ③中央条纹为明条纹。 (2)双缝干涉条纹是等间距的,相邻明条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比(装置已确定的情况下)。利用双缝干涉实验可测量光波的波长。 (3)薄膜干涉 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 单色光 a.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,即Δr=nλ(n=1,2,3…),薄膜上出现明条纹。 b.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,即Δr=(2n+1)(n =0,1,2,3…),薄膜上出现暗条纹。 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。 [典题1] (2016·成都模拟)如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6 m,今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条纹? (1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m; (2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8); (3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象。 【答案】 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析 【解析】 (1)设A光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n==得 λ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m 根据路程差Δx=2.1×10-6 m 所以N1===3.5 由此可知,从S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍,所以P点为暗条纹。 (2)根据临界角与折射率的关系sin C=得n== 由此可知,B光在空气中波长λ3为 λ3=nλ介=×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m 所以N2===4 可见,用B光作光源,P点为亮条纹。 (3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹,但中央条纹最宽最亮,两边条纹变窄变暗。 ★重难点二、光的衍射★ 1.干涉和衍射的比较 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更小 典型实验 杨氏双缝实验 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 2.对光的衍射的理解 ①干涉和衍射是波的特征,波长越长,干涉和衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象,只是明显与不明显的差别。 ②衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况,只有在光的波长比障碍物小得多时,光才可以看做是沿直线传播的。 3.区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 (1)根据条纹的宽度区分:双缝干涉条纹的宽度相同,而单缝衍射的条纹中央亮条纹最宽,两侧的亮条纹逐渐变窄。 (2)根据条纹的间距区分:双缝干涉条纹的间距是相等的,而单缝衍射的条纹越向两侧条纹间距越窄。 (3)根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮条纹往两侧亮度变化很小,而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮,两侧的亮条纹逐渐变暗。 【典型例题】如图所示的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和同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮条纹)。则属于蓝光的干涉图样的是 【答案】 C 【解析】 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,根据双缝干涉条纹间距Δx=λ可知波长λ越大,Δx 越大,故左边第一个是红光,第三个是蓝光。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,故从左向右依次是红光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)。以上分析可知,故A、B、D错误,C正确。 ★重难点三、光的偏振★ 1.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 2.偏振光的应用: 加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。 【典型例题】(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光为偏振光 B.图中b光为偏振光 C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮 D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮 E.无论以SP为轴将B转过多大角度后,在P处都将看到光亮 【答案】BD 【解析】 自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180°后,P处仍无光亮,C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D正确,E错误。查看更多