步步高2015届一轮讲义:12.4光的干涉、衍射和偏振(2)

2019-08-31 17:52

例2 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6所示.这时可以看到明暗相间的条纹.下面关于条纹的说法中正确的是( )

图6

A.干涉条纹是光在空气尖劈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

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,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,所以A项对,B项错.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,故D项错误.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,故C项正确. 答案 AC

突破训练2 用如图7所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象,图(a)是点燃的酒精灯(在灯

芯上撒些食盐),图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈,将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是( )

图7

A.当金属线圈旋转30°时,干涉条纹同方向旋转30° B.当金属线圈旋转45°时,干涉条纹同方向旋转90° C.当金属线圈旋转60°时,干涉条纹同方向旋转30° D.干涉条纹保持不变 答案 D

解析 竖直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜,所以金属线圈的转动,改变

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不了肥皂液膜的上薄下厚的形状,由干涉原理可知,同一厚度处的干涉条纹在同一级次上,所形成的干涉条纹都是水平的,与金属线圈在该竖直平面内的转动无关,形成的仍然是水平的干涉条纹,D正确. 考点三 光的衍射现象的理解 1.衍射与干涉的比较

两种现象 单缝衍射 比较项目 条纹宽度 不同点 条纹间距 亮度情况 条纹宽度不等,中央最宽 各相邻条纹间距不等 中央条纹最亮,两边变暗 条纹宽度相等 各相邻条纹等间距 条纹清晰,亮度基本相等 双缝干涉 干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍相同点 射都有明暗相间的条纹 特别提醒 1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹,但光学本质不同. 2.区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分.

2.干涉与衍射的本质:光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,从本质上讲,衍射

条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹.

例3 如图8所示的4种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光通过同一个双缝干涉仪形成的

干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分代表亮纹),那么1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是( )

1 2 3 4

图8

A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫

解析 由于双缝干涉条纹是等间距的,而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外,两

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侧条纹亮度、宽度都逐渐减小,因此1、3为双缝干涉条纹,2、4为单缝衍射条纹.又l

双缝干涉条纹的间距Δx=λ,在l、d都不变的情况下,干涉条纹间距Δx与波长λ成正

d比,红光波长比蓝光波长长,则红光干涉条纹间距比蓝光干涉条纹间距大,即1、3分别对应红光和蓝光.而在单缝衍射中,当单缝宽度一定时,波长越长,衍射越明显,即中央条纹越宽越亮,黄光波长比紫光波长长,则黄光的中央条纹较宽较亮,故2、4分别对应紫光和黄光.综上所述,1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是红、紫、蓝、黄,选项B正确. 答案 B

突破训练3 抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图9所示,激光束越过细丝时产

生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同.观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是( )

图9

A.这里应用的是光的衍射现象 B.这里应用的是光的干涉现象

C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细 答案 AD

解析 由于是激光束是越过细丝即绕过障碍物,所以是光的衍射现象,当抽制的丝变细的时候,丝的直径较接近激光的波长,条纹间距就大,A、D对. 考点四 光的偏振现象的理解 1.偏振光的产生方式

(1)自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光,叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器. (2)自然光射到两种介质的交界面上时,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直.

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特别提醒 不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片,偏振片并非刻有狭缝,而是具有一种特征,即存在一个偏振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了.

2.偏振光的理论意义及应用

(1)理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明了光波是横波.

(2)应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.

例4 如图10所示,电灯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( )

图10

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 自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,则A错;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B对;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;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对. 答案 BD

偏振片A为起偏器,B为检偏器,当A、B的透振方向平行时透过B的亮度最大,垂直时没有光透过.

突破训练4 光的偏振现象说明光是横波.下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )

A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度

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发生变化

B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时,反射光是偏振光

C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰 D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹 答案 D

解析 在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的光是偏振光,A、B选项反映了光的偏振特性,C是偏振现象的应用,D是光的衍射现象.

高考题组

1.(2013·大纲全国·14)下列现象中,属于光的衍射的是( )

A.雨后天空出现彩虹

B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹 C.海市蜃楼现象

D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹 答案 B

解析 彩虹是光的色散现象,海市蜃楼是光的折射、全反射现象,肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象,A、C、D错误.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹是单缝衍射现象,B正确.

2.(2012·江苏·12B(1))如图11所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、

Q之间,B点位于Q右侧.旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是( )

图11

A.A、B均不变 B.A、B均有变化 C.A不变,B有变化 D.A有变化,B不变 答案 C

解析 白炽灯光包含向各方向振动的光,且同各个方向振动的光强度相等,所以旋转偏

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