第二十章光的波动性.docx

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第二十章光的波动性

第二十章光的波动性

编辑：

张保华审定：

章节概述：

本章知识是按人类对光的认识过程展开的，光的干涉和衍射实验的成功，证明了光具有波动性，光的偏振现象证明了光是横波，光的电磁说揭示了光现象的电本质。

重点是光的干涉和用双缝干涉测光的波长。

针对本章知识的特点，学习时应该以对光的波动性的认识的发展史为主线，把光的波动说、电磁说等理论，把光的干涉、衍、偏振等现象串联起，形成知识结构，以记忆理解，重点理解几个重要的实验原理并加强记忆。

第一节光的干涉

学习目标：

1、知道光的干涉现象，并知道光的干涉现象说明光是一种波。

2、知道光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。

3、知道其他条件相同时，不同色光产生的双缝干涉条纹间距不同，光的波长越长，干涉条纹间距越大，知道不同色光的频率不同。

重点难点：

1、两束光产生干涉的条件和原理及出现亮条纹、暗条纹的判断方法。

2、决定干涉条纹宽度的因素。

预习学案

一、光的干涉

1、光的干涉：

在两列光的叠加区域，某些区域相互加强，出现；某些区域出现相互减弱，出现；且加强和减弱区域相同，既出现亮纹和暗纹相间的现象。

2、干涉条件：

，振动情况相同且相差恒定，能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称，相干光源可以用同一束光分成两列而获得。

二、双缝干涉

1、双缝干涉实验中相干光源的一般获得方法：

。

2、双缝干涉图样特点：

单色光干涉图样的中央为，往两边是，且间距相等的条纹。

白光干涉图样的中央为，中央白光边缘呈红色，在两侧依次出现彩色条纹，最靠近中央，

最远。

3、条纹间距：

在实验装置不变的条件下，干涉条纹间距跟单色光成正比，跟双缝之间距离成，条纹间距公式

。

三、薄膜干涉

1、薄膜干涉中相干光的来源：

一列光在膜的和分别反射，如同由前、后表面发射出来的两列完全相同的光，满足相干条件。

2、薄膜干涉图样特点：

由于膜的厚度不同，若两列波反射回来的光程差是波长的，叠加后振动加强，形成。

所以，当膜是楔性时，形成明暗相间的条纹，如果入射光是白光，其中各单色光的波长不同，各自在不同地点出现亮纹，而形成。

3、薄膜干涉的应用：

检查工件表面是否平整。

典型例题

例1：

如图，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距离之差为2.1

m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？

（已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4

m，B光在某种介质中波长为3.15

m，当B光从这种介质射向空气是临界角为53

。

）

例2：

如图，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是：

（）

A、人从右侧向左看，可看到彩色条纹；

B、

人从左侧向右看，可看到彩色条纹；

C、彩色条纹水平排列；

D、彩色条纹竖直排列。

例3：

登山运动员在登山是要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。

有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。

他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为

，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是：

（）

第二节光的衍射

学习目标：

1、知道光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件；

2、知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似。

重点难点：

1、光发生明显衍射的条件；

2、衍射条件的特点及影响中央亮纹的宽度的因素。

预习学案

一、光的衍射

光在遇到障碍物时，而照射到阴影区域的现象叫光的衍射。

二、发生明显衍射现象的条件

当孔和障碍物的尺寸比光波波长，或者跟光的波长时，光能发生明显的衍射现象。

三、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，中央仍为光，最靠近中央的的色光是光，最远离中央的色光是光。

2、圆孔衍射：

明暗相间的的条纹。

其余和单缝衍射相似。

四、光的衍射现象的意义

1、干涉和衍射是波的特征，光的干涉和衍射现象证明了光具有

，波长，干涉和衍射现象越明显。

2、衍射现象说明“光沿直线传播”只是近似规律，只有在光的波长比小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。

典型例题

例1、在用单色平行光照射单缝时，观察衍射现象的实验中，下列说法正确的是：

（）

A、缝越窄，衍射现象越明显；

B、缝越宽，衍射现象越明显；

C、照射光的波长越长，衍射现象越明显；

D、照射光的频率越高，衍射现象越明显。

例2、关于衍射下列说法中正确的是：

（）

A、单缝衍射的图样与双缝干涉的图样都是明暗相间的条纹；

B、单缝衍射与双缝干涉的图样完全一样；

C、单缝衍射条纹宽度不等，中央条纹最宽；

D、用白光作单缝衍射实验时，所得衍射条纹全部是彩色的。

第三节光的电磁说

学习目标：

1、知道光的电磁说的内容；

2、知道电磁波谱，知道可见光是一定频率范围的电磁波；

3、知道红外线、紫外线、X射线等不同频率的电磁波的特点。

重点难点：

1、各种电磁波的产生机理；

2、各种电磁波的特点及应用。

预习学案

一、光的电磁说：

光在本质上是一种电磁波

1、光的电磁说由提出，后来被用试验验证；

2、意义：

光的电磁说说明了光的电磁本质，使人们认识到光波跟机械波有本质的不同，把光学和电磁学统一起来了。

二、提出电磁说的根据

1、光和电磁波的传播都不需要，而机械波的传播必须依赖；

2、光和电磁波在真空中传播速度；

3、光和电磁波都是。

三、电磁波谱

1、红外线

（1）产生机理：

；

（2）最显著作用：

；

（3）应用：

；；。

2、紫外线

（1）产生机理：

；

（2）最显著作用：

；

（3）应用：

；。

3、伦琴射线

（1）产生机理：

；

（2）特点；

（3）应用：

；。

4、γ射线

（1）产生机理：

；

（2）特点和应用：

。

典型例题

例1：

关于电磁波的产生，下列说法正确的是（）

A、无线电波和红外线是原子外层电子受激发产生的；

B、红外线、可见光和紫外线是由原子外层电子受激发产生的；

C、可见光和紫外线是由原子内层电子受激发产生的；

D、X射线和γ射线是由原子核受激发产生的。

例2：

“风云”二号卫星发回地面的红外云图是由卫星上设置的可以接收云层辐射的红外线的感应器完成的，云图上的黑白程度是由辐射红外线的云层的温度高低决定的，这是用红外线的：

（）

A、穿透性；B、热效应；C、可见性；D、化学效应

例3：

认为光波和无线电波都是电磁波的理由是下面哪几个方面：

（）

A、在真空中传播速度相同；

B、都能发生反射、折射、衍射等现象；

C、传播中都不需要依靠别的介质；

D、都是振荡电路中自由电子的运动产生的。

第四节光的偏振

第五节激光

学习目标：

1、知道振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象；

2、知道偏振光和自然光的区别，知道常见的多是偏振光，知道偏振光的应用；

3、知道激光和自然光的区别；

4、知道激光的特点和应用。

重点难点：

1、偏振光和自然光的区别；

2、激光的特点和应用。

预习学案

一、偏振现象

波只沿着振动，称为波的偏振，只有才偏振现象。

二、自然光和偏振光的区别

包含着在垂直于传播方向上振动的光，而且沿着各个方向振动的都相同，这种光叫自然光。

在垂直于传播方向的平面上，只沿某一特定方向振动的光叫偏振光。

三、偏振光的产生

自然光通过后就成了偏振光；自然光射到两种介质的界面上，如果入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是900时，反射光和折射光都是偏振光。

平时我们所看到的光，除了

的光以外都是偏振光。

四、激光

1、激光是人工产生的；

2、激光的、非常好。

3、激光的应用：

激光雷达；读盘；医用激光刀；切割金属；激光育种；可控荷聚变；激光武器；作为干涉、衍射源。

典型例题

例1、光的偏振说明光是横波，下列现象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，透射光的强度发生变化；

B、一束自然光入射到两种介质的界面上，当反射光与折射光之间的夹角恰好是900时，反射光是偏振光；

C、日落时分，拍摄水面下的景物，在照相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

例2、将激光束的宽度聚焦到纳米级（10-9m）范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的：

（）

A、平行性好的特性；B、单色性好的特性；

C、亮度高的特性；D、粒子性好的特性。

例3、在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的什么特性：

（）

A、亮度高；B、平行性好；

C、单色性好；D、波动性好。

例4、激光在生产生活中有着重要的应用，以下利用激光的特点工作的有：

（）

A、光纤通信；B、激光测距仪；

C、“焊接”视网膜；D、用“激光刀”切除肿瘤。