第十七章 光的波动性.docx
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第十七章光的波动性
第十七章 光的波动性
第一课时知识梳理
一、考点要求
内容
要求
1.光本性学说的发展简史
Ⅰ
2.光的干涉现象、双缝干涉、薄膜干涉、双缝干涉的条纹间距与波长的关系
Ⅰ
3.光的衍射
Ⅰ
4.光的偏振
Ⅰ
5.光谱和光谱分析、红外线、紫外线、X射线、γ射线以及综合应用、光的电磁本性、电磁波谱
Ⅰ
6.激光的特性及应用
Ⅰ
二、知识结构
光的波动性
三、考点命题特点及趋势
1、本章内容是按照人类对光的本性的认识过程展开的,光的干涉和衍射证明了光具有波动性,并推动了光的波动学说的发展,光的电磁说揭示了光现象的电磁本质,光的偏振进一步有力证明了光是横波。
2、在历届高考试题中,有关本章的内容多以选择题或填空题的形式出现。
高考热点是光的干涉,波长、波速和频率的关系,有时与几何光学结合考查,光的偏振和激光的应用属新增内容,易与生产、生活相联系考查,应引起重视。
四、课后练习
1、光的波动说:
(1)代表人:
荷兰物理学家
(2)内容:
光是在空间传播的某种。
(3)实验基础:
光的和。
(4)解释现象:
光的、、
及_________。
(5)困难:
难以解释光的,真空中光的传播。
2、光的电磁说
(1)代表人:
英国物理学家
(2)内容:
光是。
(3)实验基础:
德国物理学家的电磁波实验。
(4)解释现象:
许多光现象。
(5)困难:
无法解释_________。
3、干涉的概念:
两列,振动情况_____
的光波相叠加,某些区域出现光被。
某些地方出现光被,并且____和__的区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象。
光的干涉证明了光具有。
4、双缝干涉:
在用单色光进行的双缝干涉实验中,若双缝处两列光的振动情况完全相同,则在光屏上距双缝的路程差为光波波长倍的地方被加强,将出现明条纹;光屏上距双缝的路程差为光波半波长______倍的地方光被减弱,出现暗条纹。
(1)相干波源:
能产生现象的两个波源为相干波源。
杨氏双缝干涉实验采用“一分为二”的办法将同一光波分解成两列光波,作为相干光源。
(2)双缝干涉所得到的宽度相等的明暗相间的条纹,理论和实验都表明,相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离
,其中
表示与间的距离,d表示________间的距离,λ表示光的波长。
若用白光进行双缝干涉实验,光屏上除了中央为色明条纹外,两侧均为色的干涉条纹。
5、薄膜干涉:
光照射到薄膜上时,薄膜的_____和两个表面反射的两列光恰好构成相干光源。
由于膜的厚度不同,在有的地方出现明条纹,有的地方出现暗条纹,从而发生干涉现象。
若入射光为单色光,则形成的条纹,若入射光为白光,则出现_______干涉条纹,薄膜干涉常用于检查平面的平整和制作光学镜头的增透膜。
6、光发生明显衍射现象的条件:
只有当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比拟,甚至比光的波长还____的时候,衍射现象才会明显。
7、光的电磁本性:
___认为光是一种电磁波,_用实验证实了这一学说。
8、光是一种电磁波的实验依据:
(1)光波和电磁波的传播都可以需要介质;
(2)光波和电磁波在中传播的速度相同,都是3.00×10
m/s;
(3)光波和和电磁波都是波。
9、电磁波谱:
电磁波按波长由__到的顺序为:
无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
电磁波谱是一个非常广阔的频率范围,其中最长的波长是最短的波长的
倍以上。
不同的电磁波产生的机理不同,可见光只是电磁波谱中相当狭小的部分。
色光就是由可见光的决定的。
无线电波是由___产生的,红外线、可见光、紫外线是电子受到激发后产生的,X射线是电子受到激发后产生的,γ射线是________受到激发后产生的。
10、横波只沿某一特定的方向振动,称为波的_________;在垂直于传播方向的平面上,只沿一个特定方向振动的光,叫做光。
11、原子发生受激辐射时,发出的光子的频率、发射方向等,都跟入射光子完全一样,如果这样的光子在介质中传播时,再引起其他原子发生受激辐射,就会产生越来越多的频率和发射方向都光子,使光得到加强(也叫光放大),这就是激光。
第二课时光的干涉和衍射
一、考点理解
1、双缝干涉
(1)两列光波在空间相遇时发生叠加,在某些区域总加强,在另外一些区域总减弱,从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象。
(2)产生干涉的条件
两个振动情况总是相同的波源叫相干波源,只有相干波源发出的光互相叠加,才能产生干涉现象,在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。
(3)双缝干涉实验规律
①双缝干涉实验中,光屏上某点到相干光源
、
的路程之差为光程差,记为
。
若光程差
是波长λ的整倍数,即
(n=0,1,2,3…)P点将出现亮条纹;若光程差
是半波长的奇数倍
(n=0,1,2,3…),P点将出现暗条纹。
②屏上和双缝
、
距离相等的点
,若用单色光实验该点是亮条纹(中央条纹),若用白光实验该点是白色的亮条纹。
③若用单色光实验,在屏上得到明暗相间的条纹;若用白光实验,中央是白色条纹,两侧是彩色条纹。
④屏上明暗条纹之间的距离总是相等的,其距离大小
与双缝之间距离d、双缝到屏的距离
及光的波长λ有关,即
。
在
和d不变的情况下,
和波长λ成正比,应用该式可测光波的波长λ。
⑤用同一实验装置做干涉实验,红光干涉条纹的间距
最大,紫光干涉条纹间距
最小,故可知
大于
小于
。
3、薄膜干涉
(1)薄膜干涉的成因:
由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成,劈形薄膜干涉可产生平行相间的条纹。
(2)薄膜干涉的应用
①增透膜:
透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的
。
②检查平整程度:
待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜,用单色光进行照射,入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波,形成干涉条纹,待检平面若是平的,空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上,干涉条纹是平行的;反之,干涉条纹有弯曲现象。
4、光的衍射
(1)光的衍射现象
光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射。
(2)光发生明显衍射现象的条件
当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长差不多时,光才能发生明显的衍射现象
(3)衍射图样
①单缝衍射:
中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同。
白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光。
②圆孔衍射:
明暗相间的不等距圆环。
③泊松亮斑:
光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。
二、方法讲解
1、双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法
(1)影响条纹间距的因素:
相邻亮纹或相邻暗纹的间距
x与双缝到屏的距离
成正比,与两狭缝之间距离d成反比,与光的波长λ成正比,即
。
(2)中央位置是亮纹还是暗纹的条件:
双缝到光屏中央距离相等,光程差为零,如果两光源振动完全一致,中央一定是亮纹,假如两光源振动正好相反,则中央为暗纹。
(3)单色光颜色、频率、波长的关系:
光的颜色由频率决定,光的频率由光源决定,在可见光中红光频率最低,紫光最高,真空中各色光速相同,由c=λ·
知,真空中红光波长最大,紫光最小。
综合以上各点可知:
(1)为了观察到清晰的干涉图样,必须使双缝距离d小到与波长相当,且使
>>d。
(2)同样条件下,红光的干涉条纹间距最大,紫光最小。
这就是白光干涉条纹中央为白色,两边出现彩色光带的原因。
2、双缝干涉和棱镜使白光色散的比较
(1)形成原因不同:
双缝干涉是光的干涉现象,棱镜色散是光的折射现象。
(2)发生条件比较:
由
和
可知,在同一种介质中,红光的频率最低,折射率最小,速度最大,波长最大,依次为红橙黄绿蓝靛紫,所以双缝干涉中红光相邻亮纹间距最大,紫光最小;棱镜色散中红光偏折角最小,紫光最大。
3、光的干涉和光的衍射的比较
(1)双缝干涉和单缝衍射都是波叠加的结果,只是干涉条纹是有限的几束光的叠加,而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加。
在双缝干涉实验中,光在通过其中的三个狭缝时,都发生了衍射而形成三个线光源,所以,一般现象中既有干涉又有衍射。
(2)单缝衍射,照射光的波长越长,中央亮纹越宽,所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象,且中央白光的边缘均呈红色。
(3)干涉和衍射的图样有相似之处,都是明暗相间的条纹。
只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同,衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等,中央亮纹最宽最亮。
三、考点应用
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- 第十七章 光的波动性 第十七 波动性