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1、第四節(jié)第四節(jié)光的波動性光的波動性(實驗：用雙縫干涉測量光的波長實驗：用雙縫干涉測量光的波長)第十二章機械振動與機械波光電磁波與相對論第十二章機械振動與機械波光電磁波與相對論一、光的干涉一、光的干涉1.定義：定義：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被_,出出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被_，出現(xiàn)暗紋，且，出現(xiàn)暗紋，且_和和_互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象2.條件：條件：兩列光的兩列光的_，且具有恒定的相位差，才能，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象加強加強減弱減弱加強加強減弱減弱頻率相等頻率
2、相等3.雙縫干涉：雙縫干涉：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動情況由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動情況總是總是_的相干光波，屏上某點到雙縫的路程差是的相干光波，屏上某點到雙縫的路程差是_處出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長的處出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長的_處處出現(xiàn)暗條紋出現(xiàn)暗條紋.相鄰的明條紋相鄰的明條紋(或暗條紋或暗條紋)之間距離之間距離x與波長與波長、雙縫間距雙縫間距d及屏到雙縫距離及屏到雙縫距離l的關(guān)系為的關(guān)系為_4.薄膜干涉：薄膜干涉：利用薄膜利用薄膜(如肥皂液薄膜如肥皂液薄膜)_反射的光相反射的光相遇而形成的圖樣中同一條亮遇而形成的圖樣中同一條亮(或暗或暗)條紋上所對應薄膜厚度條紋
3、上所對應薄膜厚度_頻率相等頻率相等波長的整數(shù)倍波長的整數(shù)倍奇數(shù)倍奇數(shù)倍前后表面前后表面相同相同二、光的衍射二、光的衍射1.光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象叫做光的衍射2.光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當孔或障礙物的尺寸比光波波長當孔或障礙物的尺寸比光波波長_，或者跟光波波，或者跟光波波長長_時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象小小相差不多相差不多3.衍射圖樣衍射圖樣(1)單縫衍射：中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但單縫衍射：中央為亮條紋
4、，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央間距和亮度不同白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央的是的是_光，最遠離中央的是光，最遠離中央的是_光光(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)(3)泊松亮斑：光照射到一個半徑很小的圓板后泊松亮斑：光照射到一個半徑很小的圓板后,在圓板的陰影在圓板的陰影中心出現(xiàn)的中心出現(xiàn)的_斑斑,這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一.紫紫紅紅亮亮三、光的偏振三、光的偏振1.偏振光：偏振光：在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光在某一方向振在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光在某一方向振動較強而在另一些
5、方向振動較弱的光即為偏振光動較強而在另一些方向振動較弱的光即為偏振光光的偏振現(xiàn)象證明光是光的偏振現(xiàn)象證明光是_(填填“橫波橫波”或或“縱波縱波”)2.自然光：自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿傳播方向上沿_振動的光，而且沿各個方向振振動的光，而且沿各個方向振動的光波的動的光波的_都相同，這種光叫做自然光都相同，這種光叫做自然光橫波橫波各個方向各個方向強度強度3.偏振光的產(chǎn)生偏振光的產(chǎn)生自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，
6、叫做一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫做_.第二個偏振片的作用是檢驗光是否是偏振光，叫做第二個偏振片的作用是檢驗光是否是偏振光，叫做_起偏器起偏器檢偏器檢偏器BD2對于光的衍射的定性分析，下列說法中不正確的是對于光的衍射的定性分析，下列說法中不正確的是()A只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長相比甚至比光的只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長相比甚至比光的波長還要小的時候，才能明顯地產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象波長還要小的時候，才能明顯地產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象B光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果C光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論D光的衍射現(xiàn)
7、象說明了光具有波動性光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性C3如圖所示如圖所示,兩光屏間放有兩個偏振片兩光屏間放有兩個偏振片,它們四者平行共軸，它們四者平行共軸，現(xiàn)讓太陽光沿軸線通過光屏現(xiàn)讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到固定不動的偏上的小孔照射到固定不動的偏振片振片P上，再使偏振片上，再使偏振片Q繞軸勻速轉(zhuǎn)動一周，則關(guān)于光屏繞軸勻速轉(zhuǎn)動一周，則關(guān)于光屏N上上光的亮度變化情況，下列說法中正確的是光的亮度變化情況，下列說法中正確的是()A光屏光屏N上光的亮度保持不變上光的亮度保持不變B光屏光屏N上光的亮度會時亮時暗上光的亮度會時亮時暗C光屏光屏N上有兩條與偏振片上有兩條與偏振片P、Q透振方向?qū)牧?/p>
8、線透振方向?qū)牧辆€D光屏光屏N上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動B光的干涉光的干涉2.薄膜干涉薄膜干涉(1)如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于如圖所示，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，在膜的前表面光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA和后表面和后表面BB分別反射出來，形成分別反射出來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加，兩列光波同向疊加，出現(xiàn)兩列頻率相同的光波，并且疊加，兩列光波同向疊加，出現(xiàn)明紋；反向疊加，出現(xiàn)暗紋明紋；反向疊加，出現(xiàn)暗紋(3)條紋特點：條紋特點：單色光：明暗相間的水平條紋；單色光：
9、明暗相間的水平條紋；白光：彩色水平條紋白光：彩色水平條紋 如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30107 m，屏上，屏上P點距雙縫點距雙縫S1和和S2的路程差為的路程差為7.95107 m，則在這里出現(xiàn)的應是，則在這里出現(xiàn)的應是_(選填選填“明條紋明條紋”或或“暗暗條紋條紋”)現(xiàn)改用波長為現(xiàn)改用波長為6.30107 m的激光進行上述實驗，的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將_(選填選填“變變寬寬”、“變窄變窄”或或“不變不變”)暗條紋暗條紋變寬變寬嘗試解答嘗試解答_1如圖甲所示，在一
10、塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是正確的是()ACA干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的光疊加形成的B干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面
11、反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的疊加形成的C干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的D干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的1.衍射與干涉的比較衍射與干涉的比較光的衍射現(xiàn)象的理解光的衍射現(xiàn)象的理解兩種現(xiàn)象兩種現(xiàn)象比較項目比較項目單縫衍射單縫衍射雙縫干涉雙縫干涉不不同同點點相同點相同點條紋寬度條紋寬度 條紋寬度不等條紋寬度不等,中央最寬中央最寬條紋寬度相等條紋寬度相等條紋間距條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等各相鄰條紋等間距間距亮度亮度中央條紋最亮中央條紋最亮,兩邊變暗兩
12、邊變暗清晰條紋，亮度清晰條紋，亮度基本相等基本相等干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊干涉、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加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2.光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波或多列頻率相同的光波,在屏上疊加形成的單縫衍射現(xiàn)象在屏上疊加形成的單縫衍射現(xiàn)象. (2014福建龍巖調(diào)研福建龍巖調(diào)研)如圖所示，如圖所示，
13、a、b、c、d四個四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣分析各圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是()Aa、b是光的干涉圖樣是光的干涉圖樣Bc、d是光的干涉圖樣是光的干涉圖樣C形成形成a圖樣的光的波長比形成圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短圖樣光的波長短D形成形成c圖樣的光的波長比形成圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短圖樣光的波長短A2在單縫衍射實驗中，下列說法正確的是在單縫衍射實驗中，下列說法正確的是( )A其他條件不變，將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋其他條件不變，將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變
14、窄間距變窄B其他條件不變，使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄其他條件不變，使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C其他條件不變，換用波長較長的光照射，衍射條紋間其他條件不變，換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬距變寬D其他條件不變，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距其他條件不變，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬變寬解析解析 單縫寬度越小，光波波長越長，衍射越明顯，中央單縫寬度越小，光波波長越長，衍射越明顯，中央亮紋越寬亮紋越寬ACD1偏振光的產(chǎn)生方式偏振光的產(chǎn)生方式(1)自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光
15、變成偏振光，叫起偏器第第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器(2)自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上,如果光入射的方向合適，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使反射光和折射光之間的夾角恰好是90時，反射光和折射時，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直光都是偏振光，且偏振方向相互垂直2偏振光的理論意義及應用偏振光的理論意義及應用(1)理論意義：理論意義：光的偏振現(xiàn)象說明了光波是橫波光的偏振現(xiàn)象說明了光波是橫波. (2)應用：照相機鏡頭、立體電影
16、、消除車燈眩光等應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等光的偏振現(xiàn)象的理解光的偏振現(xiàn)象的理解 如圖所示，電燈如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和和B，人，人眼在眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則處迎著入射光方向，看不到光亮，則()A圖中圖中a光為偏振光光為偏振光B圖中圖中b光為偏振光光為偏振光C以以SP為軸將為軸將B轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過180后，在后，在P處將看到光亮處將看到光亮D以以SP為軸將為軸將B轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90后，在后，在P處將看到光亮處將看到光亮嘗試解答嘗試解答_BD解析解析自然光沿各個方向發(fā)散是均勻分布的自然光沿各個方向發(fā)散是均勻分布的,通過偏振片后，通過偏振片后
17、，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，則光為自然光，則A錯；它通過錯；它通過A偏振片后，即變?yōu)槠窆?，則偏振片后，即變?yōu)槠窆?，則B對；設通過對；設通過A的光沿豎直方向振動，的光沿豎直方向振動，P點無光亮，則點無光亮，則B偏振片偏振片只能通過沿水平方向振動的偏振光，將只能通過沿水平方向振動的偏振光，將B轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過180后，后，P處處仍無光亮，仍無光亮，C錯；若將錯；若將B轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在
18、，即在P處處有光亮，有光亮，D對對3光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波下列現(xiàn)象中不能反映光的偏光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是振特性的是()A一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的強度發(fā)生變化一個偏振片，透射光的強度發(fā)生變化B一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當反射光線與一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當反射光線與 折射光線之間的夾角恰好是折射光線之間的夾角恰好是90時，反射光是偏振光時，反射光是偏振光C日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝
19、上偏振振 濾光片可以使景像更清晰濾光片可以使景像更清晰D通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋D1實驗原理實驗原理單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮鄰兩條亮(暗暗)紋間距紋間距x與雙縫間距與雙縫間距d、雙縫到屏的距離、雙縫到屏的距離l、單、單色光的波長色光的波長之間滿足之間滿足dx/l.實驗：用雙縫干涉測量光的波長實驗：用雙縫干涉測量光的波長2.實驗步驟實驗步驟(1)觀察干涉條紋觀察干涉條紋將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光
20、具座上如圖所示如圖所示接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達光屏調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達光屏.安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約與單縫的縫平行，二者間距約5 cm10 cm，這時，可觀察，這時，可觀察白光的干涉條紋白光的干涉條紋在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋.(2)測定單色光的波長測定單色光的波長安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋安裝測量頭，調(diào)節(jié)
21、至可清晰觀察到干涉條紋使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)讀數(shù)a1，將該條紋記為第，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2,將將該條紋記為第該條紋記為第n條亮紋條亮紋用刻度尺測量雙縫到光屏的距離用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的是已知的)改變雙縫間的距離改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離，雙縫到屏的距離l，重復測量，重復測量4.注意事項注意事項(1)安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫
22、、雙縫的中心均在安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應正確調(diào)節(jié)清晰一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應正確調(diào)節(jié) 利用雙縫干涉測量光的波長實驗中，雙縫間距
23、利用雙縫干涉測量光的波長實驗中，雙縫間距d0.4 mm，雙縫到光屏的距離，雙縫到光屏的距離l0.5 m，用某種單色光照射雙縫，用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺位置時游標卡尺讀數(shù)也如圖中所示，則：讀數(shù)也如圖中所示，則：(1)分劃板在圖中分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)分別為位置時游標卡尺讀數(shù)分別為xA_mm，xB_ mm，相鄰兩條紋間距，相鄰兩條紋間距x_mm；(2)波長的表達式波長的表達式_(用用x、l、d表示表示)，該單色光，該單色光的波長的波長_m；(3)若改用頻率較高的單色光照射，得到的干涉條紋間距將若改用頻
24、率較高的單色光照射，得到的干涉條紋間距將_(填填“變大變大”、“不變不變”或或“變小變小”)嘗試解答嘗試解答_11.115.60.756.0107變小變小條紋間距公式的拓展應用條紋間距公式的拓展應用答案答案(1)4.01014 Hz7.5107 m(2)1.125103 m總結(jié)提升總結(jié)提升在波的干涉、衍射中，要注意光的波長，像雙在波的干涉、衍射中，要注意光的波長，像雙縫干涉中，通常是指光在真空縫干涉中，通常是指光在真空(空氣空氣)中的波長，若裝置處于中的波長，若裝置處于其他介質(zhì)中，就應取光在介質(zhì)中的波長又如薄膜干涉、增其他介質(zhì)中，就應取光在介質(zhì)中的波長又如薄膜干涉、增透膜等，也應為在這種介質(zhì)中的波長透膜等，也應為在這種介質(zhì)中的波長
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