第2讲 光的波动性
板块一 主干梳理·夯实基础
【知识点1】 光的干涉 Ⅰ 1．条件和方法
(1)两列光的频率相同，相位差恒定，才能产生稳定的干涉现象。
(2)将同一列光分为两列光，可以获得相干光源。双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源。 2．双缝干涉 (1)原理如图所示。
(2)明、暗条纹的条件 ①单色光
a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)光屏上出现明条纹。 λ
b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)光屏上出现暗条纹。
2②白光：光屏上出现彩色条纹。 l
(3)条纹间距公式：Δx＝dλ。 3．薄膜干涉
(1)原理：薄膜厚度上薄下厚，入射光在薄膜的同一位置的来自前后两个面的反射光路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹。 (2)应用 ①增透膜。
②利用光的干涉检查工件平整度。
(3)图样特点：同双缝干涉，同一条明(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。 【知识点2】 光的衍射 Ⅰ 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：单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。
(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。
(3)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)。 【知识点3】 光的偏振现象 Ⅰ 1．偏振
横波在垂直于传播方向的平面上，只沿某一特定的方向的振动。 2．自然光
太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。 3．偏振光
在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 【知识点4】 实验：用双缝干涉测光的波长 1．实验目的
(1)观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 (2)测定单色光的波长。 2．实验原理
相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离l满足的关l系式为：Δx＝dλ。 3．实验器材
光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 4．实验步骤 (1)安装仪器。
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上。
②接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
③安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。 (2)观察记录与数据处理。
①调单缝与双缝间距为5～10 cm时，观察白光的干涉条纹。 ②在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
③调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条明条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转
动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条明条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2，则相邻两条纹间的距离Δx＝
|a1－a2|
。 n－1
d
④用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式λ＝lΔx 计算波长。 ⑤换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间距的变化，测量相应色光的波长。 5．注意事项
(1)注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。
(3)调节测量头时，应使分划板中心刻度线和条纹的中心对齐，记录此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下这时手轮的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。
(4)不要直接测量相邻两条纹的间距Δx，测量间隔若干个条纹的间距，计算得到相邻两条纹的平均间距Δx，这样可以减小误差。
(5)观察白光的干涉，看到的是彩色条纹，中央为白色亮条纹。
板块二 考点细研·悟法培优
考点1 光的干涉、衍射 [对比分析]
1．单缝衍射与双缝干涉的比较
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1 (多选)如图所示，甲、乙为单色光通过狭缝后形成的明暗相间的两种条纹图样。下列选项中说法正确的是( )
A．甲为单缝衍射的图样 B．乙为双缝干涉的图样 C．甲为双缝干涉的图样 D．乙为单缝衍射的图样
(1)从条纹的宽度和间距上如何区别双缝干涉和单缝衍射？
提示：双缝干涉：条纹宽度相等，相邻条纹间距也相等。单缝衍射：条纹宽度不等，中央最宽，相邻条纹间距也不等。
(2)干涉条纹和衍射条纹的宽度与波长有何关系？ 提示：波长越长，产生的干涉条纹和衍射条纹越宽。 尝试解答 选AB。
干涉条纹的特点是条纹宽度相等，且相邻条纹等间距，故乙图为干涉条纹，B正确。衍射条纹的特点是条纹宽度不等，中央最宽且各相邻条纹间距不等，故甲图为衍射条纹，A正确，C、D都错误。 总结升华
区分光的干涉和衍射
(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但其光学本质不同。 (2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可以从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分。
[跟踪训练] (多选)下列说法正确的是( )
A．用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理 B．紫外线比红外线更容易发生衍射现象
C．其他条件相同，经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光的条纹宽度大 D．光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的 E．光的偏振现象说明光是一种横波 答案 ACE
解析 光导纤维传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，A正确。紫外线比红外线
的波长更短，更不容易发生衍射现象，B错误。其他条件相同，经同一双缝所得的干涉条纹，波长越长条纹越宽，红光的波长比绿光的波长长，因此红光比绿光的条纹宽度大，C正确。折射、衍射、干涉都可以引起光的色散现象，D错误。偏振是横波所特有的，光的偏振说明光是一种横波，E正确。 考点2 光的双缝干涉 [深化理解]
1．双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻明条纹或两相邻暗条纹间距离与波长成正比，l
即Δx＝λ。
d
2．用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。
例2 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2.1×106 m，已知A光在折射率为n＝1.5的介质中的波长为4×107 m，B光在某种介质中波长为3.15×107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°，分别用A、B两种单色光在空气中用此装置做双缝干涉实验，问P点是明条纹还是暗条纹？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。
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(1)如何判定P点是明条纹还是暗条纹？
提示：光程差是半波长的奇数倍时是暗条纹，是偶数倍时是明条纹。 (2)如何判定是干涉还是衍射？ 提示：双缝是干涉，单缝是衍射。
尝试解答 暗条纹__明条纹__仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两侧明条纹逐渐变窄、变暗，相邻两条明条纹或暗条纹间距逐渐减小。
cλ1－
设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝v得，n＝，则λ1＝nλ2＝6×107 m。
λ2δ－
又光的路程差δ＝2.1×106 m，N1＝＝3.5，即从S1和S2到P点的光的路程差δ是波长λ1
λ11
的3.5倍，所以P点为暗条纹。用B光作光源，根据临界角与折射率的关系sinC＝n，得n′
2020届高考物理一轮复习讲义：第十六章 第2讲 光的波动性(含答案)
