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、振動情況相同的光． 2．產(chǎn)生明暗條紋的條件：兩個完全相同的光源，當(dāng)Δs＝kλ時出現(xiàn)明條紋；當(dāng)Δs＝(2k－1)時出現(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)：單色光照射時為間距相同的明暗相間的條紋，白光照射時中央為白條紋，兩側(cè)為彩色條紋． 4．雙縫干涉法測光波的波長：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，以下說法正確的是(　　) 圖1 A．乙圖可能是用紅光照射，表明紅光波長較長 B．乙圖可能是用紫光照射，表明紫光波長較長 C．乙圖可能是用紫光照射，表明紫光波長較短 D．乙圖可能是用紅光照射，表明紅光波長較短 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?。凰灶}圖乙中所用單色光波長較短，因紫光比綠光波長短，故選項(xiàng)C正確． 答案　C 例2　用雙縫干涉測光的波長．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.用測量頭來測量亮條紋中心的距離．測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板左右移動，讓分劃板的中心刻線對準(zhǔn)亮條紋的中心(如圖乙所示)，記下此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)另一條亮條紋的中心，記下此時手輪上的讀數(shù)． 圖2 (1)分劃板的中心刻線分別對準(zhǔn)第1條和第4條亮條紋的中心時，手輪上的讀數(shù)如圖丙所示，則對準(zhǔn)第1條時讀數(shù)y1＝________mm、對準(zhǔn)第4條時讀數(shù)y2＝________mm. (2)寫出計算波長λ的表達(dá)式，λ＝________(用符號表示)，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)．則在下面的四個圖中，哪個圖是藍(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，而波長越大，中央亮條紋越粗，故B、D是衍射圖樣，紫光波長較短，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找出與波長的關(guān)系，由波長關(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，光盤是存儲信息的一種重要媒介．光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的．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)層時會發(fā)生偏折而改變行進(jìn)的方向，如圖3所示．下列說法中正確的是(　　) 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?、俟獾钠鄢潭仍酱螅瑒t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錯誤；②的折射率較小，頻率較小，波長較長，波動性較強(qiáng)，所以②的衍射和干涉條紋較寬，故C正確，D錯誤． 答案　C 圖4 針對訓(xùn)練　如圖4所示為用a、b兩種單色光分別通過同一個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　由通過同一個雙縫干涉裝置的圖樣可知a光的波長長，頻率小，同一介質(zhì)a光的折射率小，臨界角大，對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錯誤；相同的入射角b光先發(fā)生全反射，故C正確，D錯誤． 答案　C