第一環(huán)節(jié)　必備知識落實
第二環(huán)節(jié)　關鍵能力形成
第三環(huán)節(jié)　核心素養(yǎng)提升
1.定義:在兩列光波的疊加區(qū)域,某些區(qū)域的光被加強,出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域的光被減弱,出現(xiàn)暗紋,且加強和減弱互相間隔的現(xiàn)象叫作光的干涉現(xiàn)象。2.條件:兩列光的頻率相等,且具有恒定的相位差,才能產生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。3.雙縫干涉:由同一光源發(fā)出的光經雙縫后形成兩束振動情況總是相同的相干光,屏上就會出現(xiàn)明暗相間的條紋。4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的。圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應薄膜厚度相同。
追本溯源為什么高級照相機鏡頭在陽光下呈現(xiàn)淡紫色?提示 因為可見光有紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色,而膜的厚度是唯一的,所以只能有一種顏色的光完全進入鏡頭,一般情況下都是讓綠光全部進入的,這種情況下,你在可見光中看到的鏡頭反光其顏色就是淡紫色。
1.發(fā)生明顯衍射的條件:只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多,甚至比光的波長還小的時候,衍射現(xiàn)象才會明顯。
2.衍射條紋的特點。(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。
(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當光照到不透明的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。追本溯源通過手指間的縫觀察日光燈,可以看到彩色條紋,想一想這是光的什么現(xiàn)象?提示 光的衍射現(xiàn)象。
1.自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。2.偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個特定的方向振動的光。3.偏振光的形成。(1)讓自然光通過偏振片形成偏振光。(2)讓自然光在兩種介質的界面發(fā)生反射和折射,反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。4.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。
1.思考判斷(1)光的顏色取決于折射率。(　　)(2)只有頻率相同的兩列光波才能產生干涉。(　　)(3)在雙縫干涉實驗中,雙縫的作用是使白光變成單色光。(　　)(4)陽光下茂密的樹林下地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。(　　)(5)自然光是偏振光。(　　)
2.如圖所示,甲、乙、丙、丁四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。分析各圖樣的特點可以得出的正確結論是(　　)?A.甲、乙是光的干涉圖樣B.丙、丁是光的干涉圖樣C.形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣光的波長短D.形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣光的波長短
3.讓太陽光通過兩塊平行放置的偏振片,關于最后透射光的強度,下列說法正確的是(　　)A.當兩個偏振片透振方向垂直時,透射光強度最強B.當兩個偏振片透振方向垂直時,透射光強度最弱C.當兩個偏振片透振方向平行時,透射光強度最弱D.當兩個偏振片透振方向不平行不垂直時,透射光強度最強
解析:太陽光沿各個方向振動的都有,只有與偏振方向相同的光才能通過,當兩個偏振片方向垂直時,太陽光能通過第一個偏振片,不能通過第二個偏振片,透射光強度最弱,選項A錯誤,B正確。當兩個偏振片偏振方向平行時,光線能通過兩個偏振片,透射光強度最強,選項C、D錯誤。
【典例1】 如圖所示,在雙縫干涉實驗中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點,已知P點與S1、S2的距離之差為2.1×10-6 m,分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗。(1)已知A光在折射率為n=1.5的介質中的波長為4×10-7 m,分析用A光作光源時,P點是亮條紋還是暗條紋。(2)已知B光在某種介質中波長為3.15×10-7 m,當B光從這種介質射向空氣時,臨界角為37°,分析用B光作光源時,P點是亮條紋還是暗條紋。(3)若用A光照射時,把其中一條縫遮住,試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。
思維點撥根據折射定律和臨界角知識求出兩種光在真空中的波長,由路程差與波長的關系判斷P點是亮條紋還是暗條紋;遮住其中一條縫,則出現(xiàn)單縫衍射現(xiàn)象。
可見用B光作光源,P點為亮條紋。(3)光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋,但中央條紋最寬、最亮,兩邊條紋變窄、變暗。答案:(1)暗條紋　(2)亮條紋　(3)見解析
訓練突破1.(2020·山東卷)雙縫干涉實驗裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等,O點為S1、S2連線中垂線與光屏的交點。光源S發(fā)出的波長為λ的光,經S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點,經S2出射后直接傳播到O點,由S1到O點與由S2到O點,光傳播的時間差為Δt。玻璃片厚度為10λ,玻璃對該波長光的折射率為1.5,空氣中光速為c,不計光在玻璃片內的反射。以下判斷正確的是(　　)
3.薄膜干涉的應用(1)干涉法檢查平面平整度的原理?如圖所示,在被測平面上放一個透明的樣板,在樣板的一端墊一個薄片,使樣板的標準平面與被測平面之間形成一個楔形空氣薄層。用單色光從上面照射時,從空氣層的上下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生干涉?？諝鈱雍穸认嗤牡胤?兩列光波的路程差相同,兩列光波疊加時相互加強或減弱的情況也相同,所以若被測表面是平的,干涉條紋就是一組平行的直線,如果干涉條紋是彎曲的,就表明被測表面不平。
(2)被測平面凹下或凸起的形象判斷法——矮人行走法把干涉條紋看成“矮人”的行走軌跡。讓一個小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走,始終保持腳踏被檢板,頭頂樣板,在行走過程中:①若遇一凹下,他必向薄膜的尖端方向去繞,方可按上述要求過去,即條紋某處彎向薄膜尖端,該處為一凹下(如圖中P點);②若某處有一凸起,他要想過去,必向薄膜底部方向去繞,即條紋某處彎向薄膜底部方向時,該處必為一凸起(如圖中Q點)。
【典例2】 (多選)把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上,一端用薄片墊起,構成空氣劈尖,讓單色光從上方射入,如圖所示,這時可以看到明暗相間的條紋。下面關于條紋的說法正確的是(　　)A.干涉條紋是光在空氣劈尖膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結果B.干涉條紋中的暗條紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結果C.將上玻璃板平行上移,條紋向著劈尖移動D.觀察薄膜干涉條紋時,應在入射光的另一側
思維點撥(1)薄膜干涉的相干光源是什么?(2)觀察薄膜干涉的條紋時應在膜的哪一側?
提示 (1)薄膜前后表面的反射光。(2)在入射光的同側觀看。
解析:根據薄膜干涉的產生原理,上述現(xiàn)象是由空氣膜前后表面反射的兩列光疊加而成的,當波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時,振動加強,形成亮條紋,A正確,B錯誤。因相干光是反射光,故觀察薄膜干涉時,應在入射光的同一側,D錯誤。條紋的位置與空氣膜的厚度是對應的,當上玻璃板平行上移時,同一厚度的空氣膜向劈尖移動,故條紋向著劈尖移動,C正確。
方法規(guī)律關于薄膜干涉的兩點理解1.薄膜干涉是由光在薄膜前、后兩個表面上反射的光引起的。一般來說,光在不同厚度的薄膜上的光程差不同,而同一厚度薄膜的兩個表面反射的光光程差相同,發(fā)生的干涉情況相同,處于同一級干涉條紋上。2.薄膜干涉中條紋間距與厚度變化快慢有關,厚度變化越快,條紋間距越小。
訓練突破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,在一端夾入兩片薄片,從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜,當光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示?，F(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一片薄片,則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋(　　)?A.變疏B.變密C.不變D.消失
解析:如圖所示,若抽去一片薄片,則三角截面空氣層的傾角變小,由于形成亮條紋(或暗條紋)的兩束光間的路程差恒定,當傾角變小后形成該路程差的水平距離變大,因此干涉條紋變疏,A正確。
整合構建1.單縫衍射與雙縫干涉的比較
2.光的偏振(1)自然光與偏振光的比較。
(2)偏振光的應用:加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。
訓練突破3.(2020·上海南洋模范中學月考)觀察光的單縫衍射現(xiàn)象時,在狹縫寬度從0.1 mm逐漸增加到0.5 mm的過程中,通過狹縫觀察線狀光源的情況是(　　)A.不再發(fā)生衍射現(xiàn)象B.衍射現(xiàn)象越來越不明顯C.衍射條紋亮度逐漸變暗D.衍射條紋的間距逐漸變大
解析:當狹縫寬度增大,衍射現(xiàn)象越來越不明顯,但不會不發(fā)生衍射,A錯誤, B正確。當狹縫寬度增大,衍射亮條紋寬度變窄,亮度變亮,C、D錯誤。
4.(多選)如圖所示,光源S發(fā)出的光先后經過偏振片A和B,人眼在P處迎著入射光方向,看不到光亮,則(　　)A.圖中a光為偏振光B.圖中b光為偏振光C.以SP為軸將B轉過180°后,在P處將看到光亮D.以SP為軸將B轉過90°后,在P處將看到光亮
解析:自然光沿各個方向是均勻分布的,通過偏振片后,透射光是只沿著某一特定方向振動的光,從光源直接發(fā)出的光為自然光,A錯誤。它通過A偏振片后, 即變?yōu)槠窆?B正確。設通過A的光沿豎直方向振動,P點無光亮,則B偏振片只能通過沿水平方向振動的偏振光,將B轉過180°后,P處仍無光亮,C錯誤。若將B轉過90°,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B,即在P處有光亮,D正確。
光學在生活中的應用情景突破生活中有很多光學問題與我們學習的光學知識緊密結合,有助于培養(yǎng)考生分析實際問題的能力。
典例示范(多選)小明同學在假期旅游期間學習攝影,他發(fā)現(xiàn)照相機鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。下圖是他拍攝的兩張照片:甲圖的湖泊遠景照中,能看到遠處山峰的清晰倒影,看不到水面下景物;乙圖的湖水近景照中,能清楚看到魚、石頭等水下景物。則(　　)?A.鏡頭呈現(xiàn)淡紫色是鏡頭表面所鍍膜使光發(fā)生干涉的結果B.甲圖山峰倒影非常清晰是因為來自山峰的光在水面發(fā)生了全反射C.乙圖水下景物的光射到水面時因入射角較小致反射光強而折射光弱D.拍攝乙圖時若安裝透振方向與水面反射光偏振方向垂直的偏振片將更清晰
解析:照相機鏡頭鍍了多層的增透膜,增強了可見光的透過性,由于高頻的藍光和紫光等并不能完全地干涉抵消,因此鏡頭呈現(xiàn)淡紫色,故A正確。題圖甲中的倒影是來自山峰的光線通過水面反射射入鏡頭引起的,而全反射在光線由光密介質射入光疏介質才會發(fā)生,故B錯誤。當光從光密介質入射到光疏介質時,入射角增大才會使反射光增強而折射光減弱,故C錯誤。拍攝題圖乙時,來自水下魚的光通過水面的折射再進入鏡頭,為了使照片更清晰,可以利用偏振片來減少在水面發(fā)生反射而進入鏡頭的光,故D正確。
變式訓練假設所有的汽車前窗玻璃和前燈玻璃均按統(tǒng)一要求設置,使司機不僅可以防止對方汽車強光的刺激,也能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。以下措施可行的是(　　)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也是豎直的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.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,車燈玻璃的透振方向也是斜向右上45°

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