2018-2019學(xué)年高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振章末整合提升學(xué)案 魯科版選修3-4.docx

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第5章 光的干涉 衍射 偏振 一、光的干涉 1．產(chǎn)生干涉的條件：兩列頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)情況相同的光． 2．產(chǎn)生明暗條紋的條件：兩個(gè)完全相同的光源，當(dāng)Δs＝kλ時(shí)出現(xiàn)明條紋；當(dāng)Δs＝(2k－1)時(shí)出現(xiàn)暗條紋(其中k＝0，1,2，…)． 相鄰亮(或暗)條紋間距：Δy＝λ 3．雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)：?jiǎn)紊庹丈鋾r(shí)為間距相同的明暗相間的條紋，白光照射時(shí)中央為白條紋，兩側(cè)為彩色條紋． 4．雙縫干涉法測(cè)光波的波長(zhǎng)：根據(jù)相鄰亮(或暗)條紋間距Δy＝λ，得：λ＝. 5．薄膜干涉 (1)薄膜干涉中的條紋是從薄膜前、后兩個(gè)表面反射的光在光源這一側(cè)干涉形成的． (2)同一條紋上的點(diǎn)厚度相同，所以若用豎直放置的肥皂薄膜做實(shí)驗(yàn)，條紋為橫條紋． 例1　如圖1所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，甲圖為用綠光照射時(shí)的結(jié)果，a為中央亮條紋，a′為相鄰亮條紋；乙圖為換用另一種單色光照射時(shí)的結(jié)果，a為中央亮條紋，a′為相鄰亮條紋，兩次實(shí)驗(yàn)中雙縫間距和雙縫到屏的距離相等，以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖1 A．乙圖可能是用紅光照射，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng) B．乙圖可能是用紫光照射，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng) C．乙圖可能是用紫光照射，表明紫光波長(zhǎng)較短 D．乙圖可能是用紅光照射，表明紅光波長(zhǎng)較短 解析　由題圖知甲圖中條紋間距大，由Δy＝λ可知，在l和d相同的情況下，Δy大，則λ大；Δy小，則λ??；所以題圖乙中所用單色光波長(zhǎng)較短，因紫光比綠光波長(zhǎng)短，故選項(xiàng)C正確． 答案　C 例2　用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)．實(shí)驗(yàn)裝置如圖2甲所示，已知單縫與雙縫間的距離L1＝100mm，雙縫與屏的距離L2＝700mm，雙縫間距d＝0.25mm.用測(cè)量頭來(lái)測(cè)量亮條紋中心的距離．測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板左右移動(dòng)，讓分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)亮條紋的中心(如圖乙所示)，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)另一條亮條紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)． 圖2 (1)分劃板的中心刻線分別對(duì)準(zhǔn)第1條和第4條亮條紋的中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)如圖丙所示，則對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)y1＝________mm、對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)y2＝________mm. (2)寫出計(jì)算波長(zhǎng)λ的表達(dá)式，λ＝________(用符號(hào)表示)，λ＝________nm(保留三位有效數(shù)字)． 解析　(1)y1＝2mm＋19.00.01mm＝2.190mm y2＝7.5mm＋36.80.01mm＝7.868mm (2)相鄰兩條亮條紋間距Δy＝， 由Δy＝λ得波長(zhǎng)λ＝＝ 代入數(shù)據(jù)，得λ＝m ≈67610－9m＝676nm. 答案　(1)2.187～2.193　7.867～7.873 (2)　676 例3　如圖所示的4種明暗相間的條紋，是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)．則在下面的四個(gè)圖中，哪個(gè)圖是藍(lán)光形成的干涉圖樣(　　) 解析　雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，隨著波長(zhǎng)越短，則條紋間距越小，故A、C是雙縫干涉的圖樣，其中A是藍(lán)光通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣，C是紅光的干涉條紋；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長(zhǎng)越大，中央亮條紋越粗，故B、D是衍射圖樣，紫光波長(zhǎng)較短，則中央亮條紋較細(xì)，故B是紫光的衍射條紋，D是黃光的衍射條紋．故A正確，B、C、D錯(cuò)誤． 答案　A 二、幾何光學(xué)和光的本性的結(jié)合 　幾何光學(xué)和光的本性(例如干涉、衍射等)結(jié)合點(diǎn)是折射率n和光的頻率f，折射率n和f間雖然不存在公式關(guān)系，但它們的大小存在對(duì)應(yīng)關(guān)系：頻率f越大，折射率n越大，再由c＝λf找出與波長(zhǎng)的關(guān)系，由波長(zhǎng)關(guān)系可聯(lián)系雙縫干涉、光的衍射等現(xiàn)象的應(yīng)用． 例4　在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，光盤是存儲(chǔ)信息的一種重要媒介．光盤上的信息通常是通過激光束來(lái)讀取的．假設(shè)一束復(fù)合激光束不是垂直投射到盤面上，則光線在通過透明介質(zhì)層時(shí)會(huì)發(fā)生偏折而改變行進(jìn)的方向，如圖3所示．下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3 A．圖中光束①是紅光，光束②是藍(lán)光 B．在光盤的透明介質(zhì)層中，光束①比光束②傳播速度快 C．若光束①、②先后通過同一單縫衍射裝置，光束①的中央亮紋比光束②的窄 D．若光束①、②先后通過同一雙縫干涉裝置，光束①的條紋寬度比光束②的寬 解析　①光的偏折程度越大，則其折射率越大，因?yàn)樗{(lán)光的折射率大于紅光的折射率，所以①是藍(lán)光，②是紅光，故A錯(cuò)誤；根據(jù)v＝知，藍(lán)光的折射率大，在介質(zhì)中的速度小，則光束①比光束②傳播速度慢，故B錯(cuò)誤；②的折射率較小，頻率較小，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，波動(dòng)性較強(qiáng)，所以②的衍射和干涉條紋較寬，故C正確，D錯(cuò)誤． 答案　C 圖4 針對(duì)訓(xùn)練　如圖4所示為用a、b兩種單色光分別通過同一個(gè)雙縫干涉裝置獲得的干涉圖樣，現(xiàn)讓a、b兩種單色光組成的復(fù)色光通過三棱鏡或平行玻璃磚，光的傳播路徑和方向可能正確的是(　　) 解析　由通過同一個(gè)雙縫干涉裝置的圖樣可知a光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，頻率小，同一介質(zhì)a光的折射率小，臨界角大，對(duì)于兩面平行的玻璃磚，出射光線與入射光線平行，但有側(cè)移，n越大，側(cè)移量越大，所以A、B錯(cuò)誤；相同的入射角b光先發(fā)生全反射，故C正確，D錯(cuò)誤． 答案　C