人教版高考物理一轮复习第10章第2讲光的波动性PPT课件

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被加强,出现亮纹,某些区域的光被减弱,出现暗纹,且加强和减弱互相间隔的现象叫作光的干涉现象。2.条件:两列光的频率相等,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。3.双缝干涉:由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是相同的相干光,屏上就会出现明暗相间的条纹。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。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度相同。
追本溯源为什么高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色?提示 因为可见光有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能有一种颜色的光完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是淡紫色。
1.发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显。
2.衍射条纹的特点。(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。
(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。追本溯源通过手指间的缝观察日光灯,可以看到彩色条纹,想一想这是光的什么现象?提示 光的衍射现象。
1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。2.偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光。3.偏振光的形成。(1)让自然光通过偏振片形成偏振光。(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和折射,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。4.光的偏振现象说明光是一种横波。
1.思考判断(1)光的颜色取决于折射率。(　　)(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。(　　)(3)在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光。(　　)(4)阳光下茂密的树林下地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(　　)(5)自然光是偏振光。(　　)
2.如图所示,甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　　) A.甲、乙是光的干涉图样B.丙、丁是光的干涉图样C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样光的波长短D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样光的波长短
3.让太阳光通过两块平行放置的偏振片,关于最后透射光的强度,下列说法正确的是(　　)A.当两个偏振片透振方向垂直时,透射光强度最强B.当两个偏振片透振方向垂直时,透射光强度最弱C.当两个偏振片透振方向平行时,透射光强度最弱D.当两个偏振片透振方向不平行不垂直时,透射光强度最强
解析:太阳光沿各个方向振动的都有,只有与偏振方向相同的光才能通过,当两个偏振片方向垂直时,太阳光能通过第一个偏振片,不能通过第二个偏振片,透射光强度最弱,选项A错误,B正确。当两个偏振片偏振方向平行时,光线能通过两个偏振片,透射光强度最强,选项C、D错误。
【典例1】 如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1、S2的距离之差为2.1×10-6 m,分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验。(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中的波长为4×10-7 m,分析用A光作光源时,P点是亮条纹还是暗条纹。(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°,分析用B光作光源时,P点是亮条纹还是暗条纹。(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象。
思维点拨根据折射定律和临界角知识求出两种光在真空中的波长,由路程差与波长的关系判断P点是亮条纹还是暗条纹;遮住其中一条缝,则出现单缝衍射现象。
可见用B光作光源,P点为亮条纹。(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹,但中央条纹最宽、最亮,两边条纹变窄、变暗。答案:(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)见解析
训练突破1.(2020·山东卷)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是(　　)
3.薄膜干涉的应用(1)干涉法检查平面平整度的原理 如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射时,从空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气层厚度相同的地方,两列光波的路程差相同,两列光波叠加时相互加强或减弱的情况也相同,所以若被测表面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测表面不平。
(2)被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹。让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被检板,头顶样板,在行走过程中:①若遇一凹下,他必向薄膜的尖端方向去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,该处为一凹下(如图中P点);②若某处有一凸起,他要想过去,必向薄膜底部方向去绕,即条纹某处弯向薄膜底部方向时,该处必为一凸起(如图中Q点)。
【典例2】 (多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图所示,这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法正确的是(　　)A.干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B.干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧
思维点拨(1)薄膜干涉的相干光源是什么?(2)观察薄膜干涉的条纹时应在膜的哪一侧?
提示 (1)薄膜前后表面的反射光。(2)在入射光的同侧观看。
解析:根据薄膜干涉的产生原理,上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时,振动加强,形成亮条纹,A正确,B错误。因相干光是反射光,故观察薄膜干涉时,应在入射光的同一侧,D错误。条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当上玻璃板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,C正确。
方法规律关于薄膜干涉的两点理解1.薄膜干涉是由光在薄膜前、后两个表面上反射的光引起的。一般来说,光在不同厚度的薄膜上的光程差不同,而同一厚度薄膜的两个表面反射的光光程差相同,发生的干涉情况相同,处于同一级干涉条纹上。2.薄膜干涉中条纹间距与厚度变化快慢有关,厚度变化越快,条纹间距越小。
训练突破2.劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两片薄片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜,当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。现若在图甲装置中抽去一片薄片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹(　　) A.变疏B.变密C.不变D.消失
解析:如图所示,若抽去一片薄片,则三角截面空气层的倾角变小,由于形成亮条纹(或暗条纹)的两束光间的路程差恒定,当倾角变小后形成该路程差的水平距离变大,因此干涉条纹变疏,A正确。
整合构建1.单缝衍射与双缝干涉的比较
2.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较。
(2)偏振光的应用:加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。
训练突破3.(2020·上海南洋模范中学月考)观察光的单缝衍射现象时,在狭缝宽度从0.1 mm逐渐增加到0.5 mm的过程中,通过狭缝观察线状光源的情况是(　　)A.不再发生衍射现象B.衍射现象越来越不明显C.衍射条纹亮度逐渐变暗D.衍射条纹的间距逐渐变大
解析:当狭缝宽度增大,衍射现象越来越不明显,但不会不发生衍射,A错误, B正确。当狭缝宽度增大,衍射亮条纹宽度变窄,亮度变亮,C、D错误。
4.(多选)如图所示,光源S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则(　　)A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
解析:自然光沿各个方向是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光,从光源直接发出的光为自然光,A错误。它通过A偏振片后, 即变为偏振光,B正确。设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180°后,P处仍无光亮,C错误。若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D正确。
光学在生活中的应用情景突破生活中有很多光学问题与我们学习的光学知识紧密结合,有助于培养考生分析实际问题的能力。
典例示范(多选)小明同学在假期旅游期间学习摄影,他发现照相机镜头呈现淡紫色。下图是他拍摄的两张照片:甲图的湖泊远景照中,能看到远处山峰的清晰倒影,看不到水面下景物;乙图的湖水近景照中,能清楚看到鱼、石头等水下景物。则(　　) A.镜头呈现淡紫色是镜头表面所镀膜使光发生干涉的结果B.甲图山峰倒影非常清晰是因为来自山峰的光在水面发生了全反射C.乙图水下景物的光射到水面时因入射角较小致反射光强而折射光弱D.拍摄乙图时若安装透振方向与水面反射光偏振方向垂直的偏振片将更清晰
解析:照相机镜头镀了多层的增透膜,增强了可见光的透过性,由于高频的蓝光和紫光等并不能完全地干涉抵消,因此镜头呈现淡紫色,故A正确。题图甲中的倒影是来自山峰的光线通过水面反射射入镜头引起的,而全反射在光线由光密介质射入光疏介质才会发生,故B错误。当光从光密介质入射到光疏介质时,入射角增大才会使反射光增强而折射光减弱,故C错误。拍摄题图乙时,来自水下鱼的光通过水面的折射再进入镜头,为了使照片更清晰,可以利用偏振片来减少在水面发生反射而进入镜头的光,故D正确。
变式训练假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按统一要求设置,使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激,也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。以下措施可行的是(　　)A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向也是竖直的C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯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°,车灯玻璃的透振方向也是斜向右上45°