1、第2課時 光的干涉、衍射 激光基礎(chǔ)知識歸納1 .光的干涉現(xiàn)象(1)光的干涉兩列光波在空間相遇時發(fā)生 疊加，在某些區(qū)域 總加強，在另一區(qū)域總 減弱，從而出現(xiàn) 明暗相問 的條紋的現(xiàn)象叫光的干涉.(2)干涉的條件相干光源：頻率 相同、 力目差 恒定(步調(diào)差恒定)的兩束光.相干光源采用將一束光一分為二的方法獲得，或者采用人造激光(3)楊氏雙縫干涉相干條件：如圖若Si、&光振動情況完全相同，則符合 6=2ri=Lx = n(n=0,1,2,3) 時，出現(xiàn)亮條紋 ：若Si、4光振動情況完全相同，則符合 6 =2 ri = Lx = (2n + 1)a (n =0,1,2,3)時，出現(xiàn)暗條紋.(注意

2、：振動情況完全相反的加強減弱條件)其中d是兩狹縫之間的距離，L是兩狹縫到屏的距離、入是光波的波長.相鄰亮條紋(或相鄰暗條紋)之間的中央間距：A x = L 入 d雙縫干涉圖樣單色光：中央為 明條紋，兩邊為等間距對稱分布明暗相間條紋：復(fù)合光：中央為 明條紋，兩邊為等間距對稱分布彩色條紋.白光：中央為白色明條紋.薄膜干涉薄膜干涉的成因：由薄膜的前、后表面反射的兩列光波疊加而形成.生活實例及應(yīng)用：a.液膜干涉：劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行明暗相間 的條紋.b.固膜干涉：增透膜.膜的厚度：d上.4增反膜：d上.| | | | | |單色光c.氣膜干涉：檢查平整程度.尸號二手93踽t(yī)待檢平面和標(biāo)準(zhǔn)平面之間的楔

3、形空氣薄膜， 用單色光進(jìn)行照射，入射光從 空 氣膜 的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋，待檢平面若是平的，空氣 膜厚度相同的各點就位于一條直線上，干涉條紋是平行 的:反之，干涉條紋有彎曲現(xiàn)象.2 .光的衍射現(xiàn)象(1)光的衍射光遇到障礙物時，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.(2)明顯衍射的條件從理論上講衍射是無條件的，但需發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件：當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波的波長 小,或者跟光波的波長 相差不多 時,光才發(fā)生明 顯的衍射現(xiàn)象.衍射圖樣單縫衍射：單色光：中央是最寬的亮條紋，兩側(cè)為 不等 間隔的 明暗相間 的條紋:復(fù)合光：中央是最寬的亮條紋，兩側(cè)為 不等 間隔

4、的 彩色 條紋、最靠 近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光.注意：與雙縫干涉的干涉條紋不同的是：干涉條紋均勻分布，而衍射條紋的中央明紋 較寬、 較亮 .圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán).光照射到一個半徑很小的圓板后在圓板的陰影中心出現(xiàn)亮斑，這是光能發(fā)生 衍射的有力證據(jù)之一.注意泊松亮斑與圓孔 衍射條紋的區(qū)別：圖甲是 泊松亮斑 ，圖乙是 圓孔衍射 條紋.(5)光的衍射的應(yīng)用用衍射光柵測定光波波長.3 .光的偏振(1)自然光、偏振光自然光：從光源(如太陽、亮著的燈等)直接發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播 方向的一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光"波的強度都相同.偏振光：自然光通過偏振片后

5、，在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動在某一方向較強而在另一些方向振動較弱，這樣的光叫偏振光.自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合.適，使反射和折射光之間的夾角恰好是 900,這時的 反射光 和 折射光 就都是偏振光、且它們的偏振方向互相垂直.我們通常看到的絕大多數(shù)光都是偏振光.(2)光的偏振的物理意義光的偏振現(xiàn)象充分表明光波是一波.因為偏振現(xiàn)象是橫波所特有的現(xiàn)象(3)偏振光的應(yīng)用全息照相、立體電影等.4 .激光(1)激光的特點主要特點有：相干性好；平行度好；亮度很高.激光是一種人工相干光，兩束相同的激光在相遇區(qū)域疊加時，產(chǎn)生非常明 顯的干涉現(xiàn)象；激光具有非常好的 平行度，激光在傳播很

6、遠(yuǎn)的距離后仍然保持一定的 強度；激光具有很強的亮度，激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的 能量.(2)激光的重要應(yīng)用應(yīng)用：通信、測距、光盤讀取、切割等.由于激光是相干光，便于調(diào)制，常用來 傳遞信息 ， 光纖通信 就是 激光和光導(dǎo)纖維相結(jié)合的產(chǎn)物；激光測距雷達(dá)、激光刻錄光盤等都是根據(jù)激光的平行度好的原理制成的；利用激光在很短的時間內(nèi)集中很大的能量 的性質(zhì),用激光來切割各種物體、焊接金屬及在硬質(zhì)材料上打孔、醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀”來切開皮膚、切 除月中瘤、“焊接”剝落的視網(wǎng)膜等，利用激光產(chǎn)生的高溫高壓引起核聚變.重點難點突破一、正確識別生活中的干涉、衍射、折射、反射等光現(xiàn)象，掌握干涉、衍射

7、條紋的特點因白光是復(fù)色光，白光在干涉，衍射與折射時均可觀察到彩色光帶，生活中 常見的干涉現(xiàn)象為薄膜干涉，如水面的油膜、照相機鏡頭前的增透膜、肥皂膜， 相干光源是同一束光在薄膜前后兩個表面的反射光.因可見光的波長很短，只有幾 百納米，要觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，障礙物或孔的尺寸必須很小 .所以將眼瞇成一 條縫或透過紗巾觀察到的彩色光帶是白光經(jīng)過縫隙產(chǎn)生的衍射 .現(xiàn)象.白光通過三 棱鏡形成的彩色光帶是光的折射現(xiàn)象即色散，雨后天空中的彩虹產(chǎn)生也是光的色 散現(xiàn)象.二、光的干涉條件的理解光的干涉條件是有兩個頻率相同、振動 情況總是相同（或相差恒定）的波源，即相干 波源由于不同光源發(fā)出的光的頻率一般不 同，即

8、使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的 光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差， 在一般情況下，很難找到兩列相干光源.通 常采用人造激光或?qū)⒁皇庖环譃槎?，如圖分別是利用雙縫、楔形薄膜、空氣膜、 平面鏡形成相干光源.三、雙縫干涉中條紋間距和位置的分析及有關(guān)計算1 .影響條紋間距的因素，A x=L入，L為雙縫刻屏的距離，d為兩狹縫間的 d距離，入為光的波長.2 .中央位置是亮紋還是暗紋的條件：雙縫到光屏中央距離相等，光程差為零 若兩光源振動完全一致，中央一定是亮紋，若兩光源振動恰好相反，則中央為暗 紋.分析時要結(jié)合兩狹縫的具體位置及兩光源的振動情況兩個因素進(jìn)行判斷 .3 .單色光顏色、頻率、波長的關(guān)系.

9、光的顏色由光的.頻率決定，在可見光中， 紅光頻率最低，紫光頻率最高，真空中各色光光速相同，由 c= u知，真空中 紅光波長最大，紫光波長最小.四、薄膜干涉條紋間距與彎曲方法的判斷方法1.條紋出現(xiàn)在薄膜前表面的等厚線上，明紋產(chǎn)生的條件是厚度等于光波半波長的整數(shù)倍.2 .等傾干涉條紋是均勻的，相鄰明紋間的高度差是一 個常數(shù)，是由厚度決定.如圖若薄片變厚，9增大，第一條明紋位置向左移動 且相鄰明紋的間距變密.3 .若被檢查平面平整則干涉圖樣是等間距明暗相同的平行直條紋.若某處凹下，則對應(yīng)明（暗）條紋提前出現(xiàn)，如圖（a）所示；若某處凸起，則對應(yīng)明（暗）條紋 延后出現(xiàn)，如圖（b）所示.於新典例精析1 .

10、各種光現(xiàn)象的,識別【例11分析以下現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：(1)通過盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光?2)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色；(3)隔著帳?？催h(yuǎn)處的燈，見到燈周圍輻射彩色的光芒；(4)光線照在花布上，可以看見花布上的圖樣.【解析】(1)白光通過盛水的玻璃杯發(fā)生折射，產(chǎn)生色散，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，?色光分離較大，可看到彩色光.(2)光經(jīng)過菜湯上油膜的上、下兩表面發(fā)生反射，兩列反射光波相互疊加，產(chǎn) 生干涉條紋，因此菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色.(3)遠(yuǎn)處發(fā)出的光經(jīng)過帳幔的縫隙，產(chǎn)生衍射，因此遠(yuǎn)處的燈周圍輻射彩色的廿7c匚.(4)光線照在花布上看見花布的圖樣，是由于光的反射與吸收的結(jié)果.花布是 由各種顏色的

11、花紋組成的，當(dāng)白光照在花布上時紅色花紋反射紅光，吸收其他顏 色的光，這樣我們在該位置只看到紅色.同理可以看到各種花紋反射的顏色.這樣 可以看到花布的圖樣.【思維提升】題目中的四種現(xiàn)象都使觀察者看到彩色光，但它們產(chǎn)生彩色光 的原因不盡相同，解答這類說理題要求我們善于透過現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì).【拓展11如圖所示為單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫照射到光屏上，可觀察到的圖像是(A ) 川I t I I【解析】單色光源經(jīng)狹縫產(chǎn)生衍射，衍射圖樣是間距不等明暗相間，中央寬 而亮，兩邊寬度和亮度逐漸降低的條紋，且兩邊明條紋的亮度迅速降低，只有 A 符合這些特點.故本題答案為A.2 .對相干光源的理解及干涉規(guī)律的實際應(yīng)

12、用【例2】1801年，托馬斯楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì).1834年，洛 埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗).(1)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖所示，S為單色光源.M為一平面鏡.試用平面 鏡成像作圖法在圖上畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域.（2）設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L,光的波長為入，在光屏上形成干涉條紋.寫出相鄰兩條亮紋（或暗紋）間距離Ax的表達(dá)式.【解析】（1）根據(jù)平面鏡成像特點（對稱性），先作出S在鏡中.的像，畫出邊沿 光線，范圍如圖所示.（2）要求記住楊氏雙縫干涉實驗中干涉條紋寬度與雙縫間距、縫屏距離、光波 波長

13、之間的關(guān)系A(chǔ)x="L入，因為d = 2a,所以Ax= - X d2a【思維提升】對于雙縫干涉原理的理解是很重要的，關(guān)鍵是楊氏的“一分為 二”的實驗設(shè)計思想.光源S在平面鏡中所成的像與S本身構(gòu)成了相干光源.要獲 得穩(wěn)定的干涉，就是要找到相干光源.如還可以利用兩塊成很小角度的平面鏡的反 射光進(jìn)行干涉實驗等.【拓展2】在楊氏雙縫干涉實驗中，如果（BD ）.A.用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B.用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋D.用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋【解析】白光是由不同頻率

14、單色光組成的復(fù)色光，各種色光都能形成明暗相 間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋，由于兩 側(cè)條紋間距與各色光波長成正比，即紅光的亮條紋間寬度最大，紫光亮條紋間寬 度最小，除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋， 所以A錯，B正確；當(dāng)兩縫用不同光照射時，兩光頻率不同，不是相干光，不能呈 現(xiàn)彩色條紋，C錯；遮住一縫，則為衍射實驗，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋，D正確.3 .雙縫干涉中明暗條紋出現(xiàn)的條件及定量計算【例3】如圖所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600 nm的橙色光源照射單縫S,在光屏中央P處觀察到亮 條紋，在位于P點上方的R點出現(xiàn)第一條亮紋

15、中心（即Pi 到Si、S的路程差為一個波長），現(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則（）A.P和Pi仍為亮點B.P為亮點，Pi為暗點C.P為暗點，Pi為亮點D.P、Pi均為暗點【解析】從單縫S射出的光波被Si、S2兩縫分成的兩束光為相干光，由題意， 屏中央P點到S、S2距離相等，即由S、S2分別射出的光到P點的路程差為零，因 此是亮紋中心.因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點都是中央亮紋中心.而Pi點至|J Si、4路程相差剛好是橙光的一個波長，即|PiSi-PiS2| =600 nm= 入橙，則兩列光波到達(dá)Pi點振動情況完全一致，振動得到加強，因此出現(xiàn)亮紋 .當(dāng)換用波長為40

16、0 nm的紫光時，|PiS PG| =600 nm= 3堂，則兩列光波到2達(dá)Pi點時振動情況完全相反，即由 S、&射出的光波到達(dá)R點就相互消弱，因止匕, 出現(xiàn)暗條紋.綜上所述，選項B正確.【答案】B【思維提升】判斷屏上某點為亮紋還是暗紋，要看該點到兩個光源（雙縫）的 路程差與波長的比值，要記住路程差等于波長整數(shù)倍處為亮條紋，等于半波長的 奇數(shù)倍處為暗條紋.還要注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個光源情況完全相同.本題若頻率相同的兩相干光源，振動情況完全相反，那么P點仍然是中央亮條紋嗎？（答案：不是，為暗條紋.）【拓展3】雙縫干涉實驗裝置如圖所示，綠光通過單縫 S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙

17、縫Si和4與單縫S的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上P點是距。點最近的第一條亮形成干涉條紋.屏上。點距雙縫S和S的距離相等， 紋.如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，討論屏上 。點及其上方的干涉條紋的情況是：0點是紅光的 亮條紋；紅光的第一條亮條紋在P點的上方；0 點不是藍(lán)光的亮條紋；藍(lán)光的第一條亮條紋在 P點的上方.已知紅光波長大于綠光波長，綠光波長大于藍(lán)光的波長，據(jù)此判斷（A ）A.只有正確B.只有正確C.只有正確D.只有正確【解析】由于。點到雙縫的光程差為零，所以為各種單色光的亮條紋，P點是綠光的第一亮條紋，因為 入紅入綠，Ax=L入，所以紅光條紋間距大于綠光條紋 間距.4 .薄膜

18、干涉規(guī)律的認(rèn)識與應(yīng)用【例4】劈尖干涉是一種薄膜干涉，具裝置如圖所示.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(dāng)光垂直 入射后,從上往下看到干涉條紋如圖所示.干涉條紋有如下特IIIIIIIIIII 點' 八、（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(yīng)的薄膜厚度差恒定 .現(xiàn)若在圖裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)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】撤去一張紙片后，劈形空氣薄膜的劈勢減緩，相同水平距離上，劈 勢厚度變化減小

19、，以致干涉時波程差變化減小，條紋變寬，數(shù)量變少（變疏）.【答案】A【思維提升】本題考查了對薄膜干涉的正確理解，特別是同一條紋對應(yīng)的空 氣膜厚度相同這一知識的靈活運用，考查了學(xué)生的應(yīng)用能力 .【拓展4】登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴(yán)重地?fù)p壞視力.有人想利用薄膜干涉的原 理設(shè)計一種能大大減小紫外線對眼睛的傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率 為n=1.5 ,所要消除的紫外線的頻率為8.1 X1014 Hz,那么它設(shè)計的這種“增反 膜”的厚度至少是多少？【解析】“增反膜”與“增透膜”的區(qū)別是：“增透膜”是增強透射光的強 度，“增反膜”卻是減弱透射光的強度，故“增反膜”的前后表面的兩反射光的由題中信息可知:光程差為波長的整數(shù)倍，即光程差最小為光在膜中的一個波長入介紫外線在膜中波長入介=-0