第二時 光的波動性

【要求】
1．了解光的干涉、衍射現(xiàn)象及光的偏振現(xiàn)象。
2．熟悉激光的特性及應用。
【知識再現(xiàn)】
一、光的干涉
1．條：兩列光的 相同、 恒定或兩列光振動情況總是相同，能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波，兩個光稱為相干光。相干光可用同一束光分成兩列獲得。
2．雙縫干涉：在用單色光進行的雙縫干涉實驗中，若雙縫處兩列光的振動情況完全相同，則在光屏上距雙縫的路程差為光波波長 倍的地方被加強，將出現(xiàn)明條紋；光屏上距雙縫的路程差為光波半波長 倍的地方光被減弱，出現(xiàn)暗條紋．
3．薄膜干涉：利用薄膜（如肥皂膜） 兩表面的 相遇而形成的．
二、光的衍射
1．內容：光離開直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射。
2．產生明顯衍射條：障礙物或孔的尺寸比波長小或差不多。
3．單縫衍射條紋特點：中間條紋亮、寬，兩側條紋暗、窄，間距不等。相同的實驗裝置，光波波長越長，條紋越寬；相同的照射光，單縫窄的，中央條紋寬。
試一試：解釋“聞其聲不見其人”的原因？

三、光的偏振
1．自然光：光發(fā)出的，包含著垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動產光波的強度都相同。
2．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只有一個振動方向的光。
3．應用：立體電影、照相鏡頭等。
4．偏振光的產生方式
(1)自然光通過起偏器：通過共軸的兩個偏振片觀察自然光，第一個偏振片是把自然光變成偏振光，叫做起偏器。第二個偏振片的檢驗是否為偏振光。(2)自然光射到兩種介質的交界面上，如果光人射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是900時，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
5．光的干涉和衍射說明了光是波，但不能確定光是橫波還是縱波，光的偏振現(xiàn)象說明了光是橫波。
思考：自然光與偏振光有哪些異同？

四、激光
1．產生：人工產生的一種相干光。
2．特點： ① ，
② ，③ 。
3．應用：光纖通信、精確測距、目標跟蹤、激光讀盤、激光切割等。
思考：自然光與激光有哪些異同？

知識點一光的干涉條及定量分析
1．楊氏雙縫干涉實驗
（1）相干光：雙縫處光振動不但頻率相等，而且總是同相的。
（2）實驗結果：在屏上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。
（3）當這兩列光波到達某點的路程差δ等于光的半波長的偶數(shù)倍時，該處的光相加強，出現(xiàn)亮條紋；
當這兩列光波到達某點的路程差δ等于光的半波長的奇數(shù)倍時，該處的光相減弱，出現(xiàn)暗條紋。
（4）相鄰兩條干涉條紋的間距
思考：解釋若用白光做該實驗則屏上出現(xiàn)彩色的干涉條紋的原因？

【應用1】如圖所示，用某單色光做雙縫干涉實驗，P處為第三亮紋，若改用頻率較高的單色光做這個實驗時，則第三亮紋的位置 （ ）
A.仍在P處 B.在P點上方 C.在P點下方
D.要將屏向雙縫方向移近一些，屏上才會出現(xiàn)第三亮紋
導示: 當P點距雙縫路程差為光波長的3倍時，P處就出現(xiàn)第三亮紋，若改用頻率較高的光時，由于光波長減小，所以第三亮紋的位置應下移.
故選 C
2．薄膜干涉：
（1）相干光：薄膜的前后兩表面的反射光。
（2）圖樣特點：若單色光入射，出現(xiàn)亮暗相間的條紋（薄膜厚度相等的地方對應同一級條紋）；若白光入射，出現(xiàn)彩色條紋，在同一級條紋中，從紫色到紅色對應的薄膜厚度從薄到厚．
（3）應用：檢查光學平面的平整程度，增透膜等．
【應用2】劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜，當光垂直人射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點：（1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定，現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張 紙片，則當光垂直人射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將如何變化？

導示:光線在空氣膜的上下表面上反射，并發(fā)生干涉，從而形成干涉條紋。設空氣膜頂角為θ，d1、d2處為兩相部明條紋，如圖所示，則兩處光的路程差分別為δ1=2d1 ， δ2 =2d2
因為δ1-δ2=λ
所以d2-d1=λ/2
設條紋間距為△L，
則由幾何關系得（d2-d1）/△L = tanθ，
即△L=λ/2tanθ，當抽去一張紙片θ減小時，△L增大，即條紋變疏。
答案：變疏。

1．由于一般發(fā)光體發(fā)出若干頻率的光，任何兩個獨立的光發(fā)出的光疊加均不能產生干涉現(xiàn)象．只有采用特殊的方法從同一細光束分離出兩列光波相疊加，才可能發(fā)生干涉現(xiàn)象．
2．在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一明條紋或同一暗條紋應出現(xiàn)在膜的厚度相同的地方．由于光波波長極短，因此薄膜干涉所用介質膜應足夠薄，才能觀察到干涉條紋．
知識點二光的衍射
1．幾種典型衍射現(xiàn)象
(1)單縫衍射(2)小孔衍射(3)圓盤衍射（泊松亮斑）
圖樣特點：光通過很小的孔、縫或障礙物時，會在后面的屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，且中央條紋很亮，越向邊緣越暗；如果是白光發(fā)生衍射，則出現(xiàn)彩色條紋．
2．衍射條紋產生的理論機制
自單縫或小孔上不同位里的光，在光屏處疊加后光波加強或削弱，加強處出現(xiàn)亮線，削弱處出現(xiàn)暗線，這個道理和兩列光干涉時的道理相似．如果用白光照封，則得到的亮線是彩色的．
注意：(1)衍射產生的條其實是指產生明顯衍射的條，光的衍射是不需要條的，只是在有些條下衍射比較明顯，有些條下衍射不明顯而已．
(2）光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結果，但存在明顯的區(qū)別：干涉是兩束相干光的疊加，衍射是無數(shù)光的疊加，雙縫干涉條紋是等間距、等亮度的，而單縫衍射條紋除中央明條紋最寬最亮外，兩側條紋亮度、寬度逐漸減�。�
【應用2】以下說法中正確的是?（ ）
A.當光的波長比圓孔直徑小時，可產生明顯的衍射現(xiàn)象?
B.衍射現(xiàn)象的研究表明，光沿直線傳播只是一種近似規(guī)律?
C.用平行單色光垂直照射不透明小圓板，在圓板后面的屏上發(fā)現(xiàn)圓板陰影中心處有一亮斑，這是光的干涉現(xiàn)象?
D.用平行單色光垂直照射一把刀片，發(fā)現(xiàn)刀片的陰影邊緣模糊不清，這是光的衍射現(xiàn)象
導示:設本題是對衍射現(xiàn)象及條的理解，在孔或障礙物的尺寸比波長小或相差不大時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，A不正確；在障礙物尺寸比波長大得多的情況下，衍射現(xiàn)象不明顯，也可以認為光是沿直線傳播的，B正確；圓板后面的屏上發(fā)現(xiàn)圓板陰影中心處有一亮斑，是泊松亮斑，是光的衍射現(xiàn)象，C不正確；陰影的邊緣模糊不清，是光的衍射的結果。
故選BD

類型一雙縫干涉的明暗條紋的分析
【例1】（東省沂一中2008高三檢測試題）如圖所示，在用單色光做雙縫干涉實驗時，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，則( )
A．不再產生干涉條紋
B．仍產生干涉條紋，且中央亮紋P的位置不變
C．仍產生干涉條紋，中央亮紋P的位置略向上移
D．仍產生干涉條紋，中央亮紋P的位置略向下移
導示: 中央亮縫的位置應該是略向下移動。光波波程差等于半波長的偶數(shù)倍為亮條紋，但這里的波程差的計算是從單縫到光屏的距離，因而當單縫略向上移動波程差為零的位置略向下移。 故選B
從本題可以看出：雙縫干涉中的明暗條紋由屏上某點P到光之間的光程差決定的，而條紋間距則由雙縫到屏的距離、雙縫之間的距離和光波的波長共同決定的。
類型二應用動能定理巧求變力的功
【例2】現(xiàn)代光學裝置中的透鏡、棱鏡的表面常涂上一層薄膜, 當薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的1/4時, 可以大大減少入射光的反射損失, 從而增強透射光的強度, 這種作用是應用了光的（　�。�
A．色散現(xiàn)象 B．全反射現(xiàn)象
C．干涉現(xiàn)象 　D．衍射現(xiàn)象
導示:增透膜即增強了透射光，減小反射光，也就是說膜前后兩面的反射光疊加相抵消，所以反射光光程差為λ/2，膜厚度為λ/4。是光的干涉現(xiàn)象的應用。故選C。
思考：登運動員為了防止紫外線過度照射，戴的鏡子涂上膜的厚度至少為多少？

1．（徐州市2007高三第三次質量檢測）下列說法中正確的是 （ ）
A．光的衍射現(xiàn)象說明光具有粒子性
B．光的干涉現(xiàn)象說明光是一種電磁波
c．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波
D．電子束通過鋁箔能發(fā)生衍射現(xiàn)象,說明作為實物粒子的電子也具有波動性

2．關于激光的說法正確的是：（ ）
A.可以利用激光切割各種物質，是利用了激光的亮度高的特性
B.在做雙縫干涉實驗時，常會用激光作光，是利用了激光的相干性好的特性
C.激光通信是利用了激光的平行度好的特性
D.激光測距是利用了激光平行度好的特性

3．（泗陽中學2008物理第四次調研測試）一同學在“用雙縫干涉測光的波長"實驗中，使用的雙縫的間距為0．02 cm，測得雙縫與屏的距離為50 cm，第1級亮紋中心到第5級亮紋中心的距離為O．4 5 cm，則待測單色光的波長是 ．

4．（海安高級中學第七次統(tǒng)測）如圖所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片P或Q，可以看到透射光的強度會發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象。這個實驗表明 （ ）
A．光是電磁波 B．光是一種橫波
C．光是一種縱波 D．光是概率波
5．（南京市秦淮中學2007年物理高考模擬試卷） 夜晚，汽車前燈發(fā)出的強光將迎面駛的汽車司機照射得睜不開眼，嚴重影響行車安全．若考慮將汽車前燈玻璃改用偏振玻璃，使射出的燈光變?yōu)槠�振光；同時汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透偏方向正好與燈光的振動方向垂直，但還要能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體．如下措施中可行的是
A．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是豎直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是斜向右上45°

參考答案1：CD 2：ABD 3：4.5×10-7m
4：B 5：D

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