高二物理闵行松江补习班检测卷第二讲.docx

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高二物理闵行松江补习班检测卷第二讲

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第一课时（光的波动性）光的干涉

知识学习

光到底是什么？

这个问题早就引起了人们的注意。

不过在很长的时期内对它的认识却进展得很慢，直到17世纪才明确地形成了两种学说：

一种是牛顿主张的微粒说，认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播；另一种是波动说，是跟牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯提出的，认为光是在空间传播的某种波。

微粒说和波动说都能解释一些光现象，但又不能解释当时观察到的全部光现象。

由于早期的波动说不能用数学作严格的表达和分析，再加上牛顿在物理学界的威望，微粒说一直占上风。

到了19世纪初，人们在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，不能用微粒说解释，因而证明了波动说的正确性。

19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光也是一种电磁波。

此后，赫兹在实验中证实了这种假说，这样，光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，取得了巨大的成功。

但是，19世纪末又发现了新的现象―光电效应，这种现象用波动说无法解释。

爱因斯坦于20世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。

不过，这里所说的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”。

现在人们认识到，光既具有波动性，又具有粒子性。

本节介绍光的波动性。

1．光的双缝干涉七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

干涉现象是波独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象。

1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773一1829）在实验室里成功地观察到了光的干涉。

如图所示，让一束平行的单色光（如红色的激光束）投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。

如果光是一种波，平行光的光波会同时传到狭缝S1和S2，它们就成了两个振动情况总是激光束双缝相同的波源，它们发出的光在挡板后面的空间互相叠加，会发生干涉现象：

光在一些地方互相加强，在另一些地方互相削弱。

如果在挡板后面放一个屏，就能在屏上看到明暗相间的条纹。

实验果然得到了预期的结果，这就证明光的确是一种波。

如图所示，现在我们在屏上取一点P，P点到S1和S2的距离相同。

S1和S2相当于两个振动情况总是相同的波源，由S1和S2发出的两列波到达P点的路程又相同，所以这两列波的波峰（或波谷）将同时到达P点。

这时两列波总是波峰跟波峰叠加，波谷跟波谷叠加，P点的光波得到加强，这里就出现一个亮条纹。

在P点上方另取一点，例如P1点，它距S2比距S1远一些，两列波到达Pl点的路程不相同，两列波的波峰（或波谷）就不一定再同时到达Pl点。

如果路程差d正好是半个波长，那么当一列波的波峰到达Pl点时，另一列波正好在这里出现波谷。

这时两列波叠加的结果是互相削弱，于是在这里出现暗条纹。

对于更远一些的点，例如点P2，来自两个狭缝的光波的路程差d更大。

如果路程差正好等于波长λ，那么，两列波的波峰（或波谷）将同时到达这点，光波得到加强，这里也出现亮条纹。

距离屏幕的中心越远，路程差越大。

每当路程差等于λ、2λ、3λ……（半波长的偶数倍）时，两列光波就得到加强，屏幕上出现亮条纹。

每当路程差等于1/2λ、3/2λ、5/2λ……（半波长的奇数倍）时，两列光波就相互削弱，屏上出现暗条纹。

在双缝干涉实验中，狭缝S1和S2相当于两个振动情况总是相同的波源，称为相干波源。

由相干彼源发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的明暗相间的条纹。

在两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定的情况下，用不同颜色的单色光做双缝干涉实验，干涉条纹间的距离不同。

用红光做实验时的间距比用蓝光时大，这表明红光的波长比蓝光的波长长。

计算表明相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离△x为

△x=l/dλ

其中λ为光的波长，d为两条狭缝间的距离，l为挡板与屏间的距离，l》d你可以试着自己推导一下。

各种光的不同颜色，实际上反映了它们不同的波长（或频率）。

如果用白光做双缝干涉实验，由于白光内各种单色光的干涉条纹间距不同，在屏上会出现彩色条纹。

我们知道，波速等于波长和频率的乘积。

这个关系对一切波都是适用的。

不同的色光在真空中的传播速度相同，所以波长不同的色光，它们的频率也不同：

波长越长，频率越低；波长越短，频率越高。

各色光在真空中的波长和频率的范围见下表。

各色光在真空中的波长和频率光的颜色波长（nm）频率1014Hz）

【自己想】不同的色光，虽然在真空中的传播速度相同，但在介质中的传播速度一般却是不同的。

为什么？

从图所示的实验中可以看出，屏离开挡板越远，条纹间的距离越大。

这是为什么？

2.薄膜干涉

在酒精灯的灯芯上撒一些氯化钠，灯焰就能发出明亮的黄光。

把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜。

用酒精灯的黄光照射液膜，液膜反射的光使我们看到灯焰的像。

像上有亮暗相间的条纹，这是光的干涉产生的。

灯焰的像是液膜前后两个面反射的光形成的，这两列光波的频率相同，能够发生干涉。

竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用，下面厚，上面薄。

因此，在薄膜上不同的地方，来自前后两个面的反射光（如图中的实线和虚线波形所示）所走的路程差不同。

在一些地方，这两列波叠加后互相加强，于是出现了明条纹；在另一些地方，叠加后互相削弱，于是出现了暗条纹。

图是个示意图，实际上，液膜两面的夹角没有这么大，同一条人射光线从液膜前后两面反射之后在传播方向上没有多大差别，所以能够叠加在一起，出现干涉现象。

用不同波长的单色光做这个实验，条纹的间距是不一样的。

如果用白光照射肥皂液膜，由于各色光干涉后的条纹间距不同，液膜上就会出现彩色条纹。

肥皂泡上和水面的油膜上常常看到的彩色花纹，就是光的干涉造成的。

光的干涉现象在技术中有重要应用。

例如，在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度。

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，使样板的标准平面和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，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，两列波的路程差相同，两列波叠加时相互加强或削弱的情况也相同。

所以，如果被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线（图甲）；如果干涉条纹发生弯曲，就表明被测表面不平（图乙）。

这种测量的精度可达10-6cm。

【自己想】1．光的干涉现象在什么条件下才能产生？

为什么两盏相同的电灯发出的光不能产生干涉现象？

2．举一两个日常生活中见到的光的干涉现象的实例，并简单解释产生干涉的原因。

例1：

在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了多色干涉条纹。

若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）。

A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干步条纹消失

B．红色和绿色的双缝干步条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在

C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

例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，在一端夹入两张纸片，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。

干涉条纹有如下特点：

（l）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；

（2）任意相部明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。

现若在图（甲）装置中抽去一张纸片，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

例3：

为了减少光在透镜表面的反射损失，可在透镜表面涂一层增透膜。

增透膜的材料一般选用折射率为1.38的氟化镁。

为了使在空气中波长为0.552µm的绿光在垂直透镜入射时不发生反射，所涂薄膜的厚度最小应为m。

课堂练习七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

1.干涉现象的两束光是（）。

A、频率相同、振幅相同的两束光

B．频率相同；位相差恒定的两束光

C．两只完全相同的灯泡发出的光

D．同一光源的两个发光部分发出的光

2．图是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。

所用单色光是用普通光源加滤色片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（）。

A、a的上表面和b的下表面

B、a的上表面和b的上表面

C、a的下表面和b的上表面

D、a的下表面和b的下表面

3．由两个不同光源发出的两束白光，落在同一点上时，不会产生干涉现象，这是因为（）。

A．这两个光源发出的光速度不同

B．这两个光源发出的光，其光强不同

C．这两个光源是彼此独立的不相千光源

D．白光是由很多不同波长的光所组成的

4．下面是四种与光有关的事实：

①用光导纤维传播信号

②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度

③一束白光通过三棱镜形成彩色光带

④水面上的油膜呈现彩色七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

属于薄膜干涉的是（）。

A．①④B．②④C．①③D．②③

5.如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直人射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环。

以下说法中正确的是（）。

A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

B、干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

C、干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的

D、干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的

6、薄膜干涉装置如图，在一端夹两张纸片用干涉法检查工件表面的质量，产生的干涉条纹是一组平行的直线。

若劈尖角度增大，干涉条纹将；若劈尖的上表面向上平移，如图所示，则干涉条纹将（以上可选填：

变宽、变窄或不变）

基础练习

1．能产生干涉现象的两束光是（）

A．频率相同、振幅相同的两束光

B．频率相同、位相差恒定的两束光

C．两只完全相同的灯泡发出的光

D．同一光源的两个发光部分发出的光

2．取两块平行玻璃板，合在一起用手捏紧，从反射光中看到彩色条纹，且用力不同，看到的彩色条纹会发生变化，这种现象属于（）

A．干涉B．色散C．反射D．以上均不对

3．用太阳光照射竖直放置的肥皂膜，从肥皂膜的反射光中观察干涉条纹时，将会看到彩色条纹。

下列关于这些彩色条纹的说法中，正确的有（）

A．所看到的彩色条纹的每一条亮线都是水平线

B．所看到的彩色条纹的每一条亮线都是竖直线

C．每一组完整的彩色亮线中，都是紫光在最上方

D．每一组完整的彩色亮线中，都是红光在最上方

4．用单色光做双缝干涉实验，下述说法中，正确的是（）

A．相邻干涉条纹之间的距离相等七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

B．中央明条纹宽度是两边条纹宽度的2倍

C．在实验装置不变的情况下，红光条纹间距小于蓝光的条纹间距

D．屏与双缝之间的距离减小，则屏上条纹间的距离增大

5．照相机镜头上涂有一层增透膜，看上去呈淡紫色，这说明（）

A．增透膜明显增强了红光的透射能力

B．增透膜明显增强了绿光的透射能力

C．增透膜的厚度是绿光在真空中波长的l/4

D．增透膜的厚度是绿光在增透膜中波长的1/4

6．如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板上表面是否平的装置，a为标准样板，b为待测厚玻璃板，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成（）七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

A.a的上表面和b的下表面B.a的上、下表面

C.a的下表面和b的上表面D.b的上、下表面

7．如图所示，划有斜线部分为涂在镜头表面厚度为d的增透膜，a是人射单色光，b和c分别是从增透膜前、后表面反射的光，以下说法中，正确的是（）

A．产生干涉的光是a和b以及a和c

B．当d等于单色光在膜中波长的1/4时，在膜的表面会看到明暗暗相间的干涉条纹

C．不论a是什么波长的光，b和c总是反相叠加互相削弱

D、当b和c反相叠加时，从人射光方向看去膜的表面是一片暗区

8．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。

往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的

9．用白光进行双缝干涉实验时是（）

A．红色明、暗相间的条纹

B．绿色明、暗相间的条纹

C．红、绿相间的条纹

D．没有干涉条纹七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

10．如图所示，两个直径微小差别的彼此平行的滚珠之间的距离，夹在两块平晶的中间，形成空气劈尖，当单色光垂直人射时，产生等厚干涉条纹。

如果两滚珠之间的距离L变大，则在L范围内干涉条纹的（）

A．数目增加，间距不变

B．数目减少，间距变大

C．数目增加，间距变小

D．数目不变，间距变大

11．如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二亮纹，改用频率较大的单色光重做实验（其他不变），则第二亮纹的位芝置（）七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

A．在P处B．在P点上方

C．在P点下方D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹

12．关于杨氏双缝干涉实验，下列说法中，正确的是（）

A．凡波峰与波谷相遇处必为暗条纹

B．凡由光源发出的两束光线叠加后，都能形成干涉图像

C．在双缝干涉实验中，把光屏与双缝的距离移远，其他条件都不变，则条纹将模糊，成像不清楚

D．明条纹是光子到达机会多的地方，暗条纹是光子到达机会少的地方

E．在双缝干涉实验中，把光屏与双缝的距离移远，其他条件都不变，则相邻两条亮条纹间的距离将变宽

13．把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射人如图所示，这时可以看到亮、暗相间的同心圆，这个同心圆叫做牛顿环，如图所示，则（）

A．牛顿环是由透镜的上、下表面的反射光发生干涉而形成的

B．牛顿环是由透镜下表面的反射光和平面玻璃上表面的反射光发生干涉而形成的

C．透镜表面弯曲越厉害，牛顿环的直径就越大

D．透镜表面弯曲越厉害，牛顿环的直径就越小

14．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。

用二次曝光照相所获得的“散斑对’，相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔△t的乘积等于双缝间距。

实验中可侧得二次曝光时间间隔△t，双缝到屏之距离l以及相邻两条亮纹间距△x。

若所用的激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（）

A、

B、

C、

D、

第二课时光的衍射

知识学习

1．光的衍射

我们知道，波能够绕过障碍物产生衍射，并且只在一定条件下，才能明显地观察到波的衍射现象。

既然光也是一种波，为什么在日常生活中没有观察到光的衍射现象呢？

从光的干涉可以知道，光的波长很短，只有十分之几微米，通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象。

但是当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，可以清楚地看到光的衍射。

在不透光的挡板上安装一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一个光屏（图）。

用平行单色光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮线。

但是，当缝调到很窄时，尽管亮线的亮度有所降低，但是宽度反而增大了。

这表明，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。

这就是光的衍射现象。

自己做七宝新王牌精品教案闵行补习班闵行初中补习班闵行小学补习班闵行高中补习班松江初中补习班松江高中补习班松江小学补习班闵行小升初补习班松江小升初补习班闵行中考补习班松江中考补习班闵行高考补习班松江高考补习班专用

下面我们自制一个可调节宽度的狭缝，观察线状光源发出的光通过狭缝产生的衍射现象。

按如图（a）所示的方法，用两片刀片制成一个宽度可调节的狭缝。

闭上一只眼睛，用另一只眼睛透过狭缝看约2~3m外的灯泡的灯丝图（b），调节狭缝的宽度使其逐渐变窄，到一定的宽度后，便可以看到如图（c）所示的图样。

实验表明，狭缝越窄，衍射后产生的条纹越宽。

用点光源照射具有较大圆孔的挡板AB，在后面的屏上就得到一个圆形亮斑，它的直径可以按照光的直线传播的规律作图得到（图甲、乙）。

但是，如果圆孔缩小到一定程度，可以在屏上看到，光所到达的范围会远远超过它沿直线传播所应照明的区域（图丙）。

这就是光的衍射现象。

同学们可能已经注意到，在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮线和暗线。

这是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，在光屏处叠加后光波加强或者削弱的结果，这个道理和两列光干涉时的道理相似。

如果用白光做衍射实验，得到的亮线是彩色的，这也是由于不同波长的光在不同位置得到了加强。

对衍射现象的研究表明，我们前面说的“光沿直线传播”只是一种特殊情况。

光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以认为光是沿直线传播的。

但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了。

【自己做】用激光作为光源照射到狭缝上，在光屏上将出现衍射图样。

如图所示。

用DIS实验的光传感器可以测量衍射图样中光强分布的规律。

你得到的实验结论是什么？

【自己想】1．通常我们说光是沿直线传播的，这和射现象有矛盾吗？

2．光的衍射现象在什么条件下才能产孔成像与圆孔衍射相矛盾吗？

3．举一两个日常生活中见到的光的衍射现象的实例。

2．泊松亮斑

用激光束照射一个不透明的小圆盘（图1），观察图2，会发现在不透明圆盘的阴影中心，有一个亮斑。

关于这个亮斑在历史上还有一段有趣的故事。

1818年，法国的巴黎科学院为了鼓励对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。

一位年轻的物理学家菲涅耳按照波动说深人研究了光的衍射，在论文中提出了严密的解决衍射问题的数学方法。

当时的另一位法国科学家泊松是光的波动说的反对者，他按照菲涅耳的理论计算

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