（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第57講 光的波動性激光講義

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1、（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第57講 光的波動性激光講義 考情剖析 考查內(nèi)容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 光的干涉、衍射和偏振 激光的特性及應(yīng)用 Ⅰ 14年 T12B(1)—選擇，考查雙縫干涉實驗中觀察到的條紋與光源雙縫、光屏之間距離的關(guān)系 16年 T12B(2)、(3)—填空，考查雙縫干涉實驗中觀察到的條紋與光源雙縫、光屏之間距離的關(guān)系 ,理解 知識整合 一、光的干涉 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．定義：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)_____

2、_紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)______紋，且加強和減弱的區(qū)域相間． 2．現(xiàn)象：若是單色光干涉，在光屏上______條紋，中央為______條紋．若是白光干涉，在光屏上出現(xiàn)______條紋，中央為______條紋． 3．意義：光的干涉現(xiàn)象表明光是一種______． 4．條件：光的干涉的條件是有兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源．(相干波源的______必須相同)． 形成相干波源的方法有兩種： (1)利用激光(因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)； (2)設(shè)法將同一束光分為兩束(這樣兩束光都來源于同一個光源，因此頻率必然相等)． 5．雙縫干涉中，屏上某一位置，亮紋、暗紋的判定 (

3、1)亮紋：雙縫到屏上某點的光程差等于波長的______倍，即ΔS＝nλ(n＝0，1，2，…)． (2)暗紋：雙縫到屏上某點的光程差等于半波長的______倍，即ΔS＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)． 6．應(yīng)用雙縫干涉測波長 (1)測量的原理如圖所示． (2)測量所用的規(guī)律：Δx＝λ，其中各符號的意義：相鄰亮紋(暗紋)間的距離為________，雙縫到屏的距離為________，雙縫間距為________，光波的波長為________． 7．薄膜干涉 (1)現(xiàn)象：當(dāng)光照射到薄膜上時，可以看到在薄膜上出現(xiàn)明暗相間的條紋．當(dāng)入射光是白光時，得到彩色條紋(如肥皂泡)，當(dāng)入射光是單色

4、光時，得到單色條紋． (2)相干光源的獲得：參與薄膜干涉的兩列光是分別從薄膜的________表面和________表面反射出來的兩列光． (3)應(yīng)用：用薄膜干涉可以檢查工件表面是否平整，在透鏡表面涂上增透膜以增大透射光． 二、光的衍射 1．光的衍射：光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象． 2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是__________________________________． 3．衍射圖樣 (1)單縫衍射：中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同．白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光． (2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)

5、． (3)泊松亮斑：光照射到一個半徑很小的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))． 4．應(yīng)用：衍射光柵根據(jù)________原理制成，廣泛應(yīng)用于樣品的化學(xué)分析、鑒定、標(biāo)準(zhǔn)化測量．利用光柵攝譜，可以探尋原子、分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以揭示太陽、星星的物質(zhì)成分． 三、光的偏振 1．光的偏振：光振動沿各個方向均勻分布的光叫自然光，光振動只沿著某個特定方向的光叫偏振光，只有________才有偏振現(xiàn)象． 2．由自然光獲得偏振光的方法 (1)讓自然光通過偏振片． (2)讓自然光在介質(zhì)表面以適當(dāng)角度入射，相互垂直的反射光和折射光都為偏振光． 3．偏振光的應(yīng)用

6、應(yīng)用于照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等． 四、激光具有的特點、產(chǎn)生機理及其應(yīng)用 1．特點 (1)激光的________好； (2)激光的________非常好； (3)激光的________度非常高； (4)激光的________性很好． 2．應(yīng)用 (1)激光是人工產(chǎn)生的相干光可應(yīng)用于光纖通信． (2)激光的平行度非常好，可應(yīng)用于激光測距測速． (3)激光亮度高、能量大，可應(yīng)用于切割物體、焊接金屬，醫(yī)學(xué)上應(yīng)用激光刀做外科手術(shù)，另外，利用激光可引起核聚變． 方法技巧考點1　干涉區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的亮、暗紋 相鄰亮紋(暗紋)間的距離Δx＝λ∝λ.用此公式可以測定單色光的波長．用

7、白光作雙縫干涉實驗時，由于白光內(nèi)各種色光的波長不同，干涉條紋間距不同，所以屏的中央是白色亮紋，兩邊出現(xiàn)彩色條紋． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【典型例題1】　(16年江蘇高考)楊氏干涉實驗證明光的確是一種波，一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個光源，它們發(fā)出的光波滿足干涉的必要條件，則兩列光的________相同．如圖所示，在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實線表示波峰，虛線表示波谷，如果放置光屏，在________(選填“A”、“B”或“C”)點會出現(xiàn)暗條紋． 【典型例題2】　在楊氏雙縫干涉實驗中，如果不用激光光源而用一般的單色光源，為了完成實驗可在雙縫前

8、邊加一單縫獲得線光源，如圖所示，在用單色光做雙縫干涉實驗時，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，則(　　) A．不再產(chǎn)生干涉條紋 B．仍可產(chǎn)生干涉條紋，且中央亮紋P的位置不變 C．仍可產(chǎn)生干涉條紋，中央亮紋P的位置向上移 D．仍可產(chǎn)生干涉條紋，中央亮紋P的位置略向下移 　1.(多選)如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是(　　) 　　　　　　 甲　　　　　　　　　　乙

9、 A．干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 B．干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 C．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的 D．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的 考點2　光的偏振　激光 光的偏振充分說明光是橫波，只有橫波才有偏振現(xiàn)象． 除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通常見到的大部分光都是偏振光． 例如自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，調(diào)整入射角的大小，使反射光與折射光的夾角是90°，這時反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直． 【典型例題3】　如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P

10、和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)．旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是(　　) A．A、B均不變 B．A、B均有變化 C．A不變，B有變化 D．A有變化，B不變 　2.關(guān)于光的偏振現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　) A．偏振光沿各個方向振動的光波的強度都相同 B．自然光在水面反射時，反射光和折射光都是一定程度的偏振光 C．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波 D．照相機鏡頭表面的鍍膜是光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用 【典型例題4】　激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特點，在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用的敘述正確的是(　　) A．激光是縱波

11、B．頻率相同的激光在不同介質(zhì)中的波長相同 C．兩束頻率不同的激光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 D．利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離 當(dāng)堂檢測　　1.(多選)下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　A　　　　　　　　B 　　　　　　C　　　　　　　　D 2．(16年南通、泰州、揚州、淮安二模)2016年，科學(xué)家利用激光干涉方法探測到由于引力波引起的干涉條紋的變化，這是引力波存在的直接證據(jù)．關(guān)于激光，下列說法中正確的是(　　) A．激光是自然界中某種物質(zhì)直接發(fā)光產(chǎn)生的，不是偏振光 B．激光相干性好，任何

12、兩束激光都能發(fā)生干涉 C．用激光照射不透明擋板上小圓孔時，光屏上能觀測到等間距的光環(huán) D．激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖象的信息 3．下列說法中正確的是(　　) A．太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的干涉的結(jié)果 B．用光導(dǎo)纖維束傳送圖象信息，這是光的衍射的應(yīng)用 C．瞇著眼睛看發(fā)光的燈絲時能觀察到彩色條紋，這是光的干涉現(xiàn)象 D．照相機、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面常常鍍一層透光的膜，從膜的前表面和玻璃表面反射的光相互減弱 4．如圖所示的四種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射

13、圖樣(黑色部分表示亮紋)．則在下面的四個圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是(　　) 第4題圖 A．紅　黃　藍(lán)　紫 B．紅　紫　藍(lán)　黃 C．藍(lán)　紫　紅　黃 D．藍(lán)　黃　紅　紫 5．如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30×10－7 m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10－7 m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是________(選填“明條紋”或“暗條紋”)．現(xiàn)改用波長為6.30×10－7 m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將________(選填“變寬”、“變窄”或“不變”)． 第5題圖 第57講　光

14、的波動性　激光 知識整合 基礎(chǔ)自測 一、1.亮　暗　2.明暗相間　明　彩色　白　3.波　4.頻率　5.(1)整數(shù)　(2)奇數(shù) 6．(2)Δx　L　d　λ　7.(2)前　后 二、2.障礙物(或孔)的尺寸跟波長差不多，甚至比波長還小 4．光的衍射 三、1.橫波 四、1.(1)相干性　(2)平行度　(3)亮 (4)單色 方法技巧 ·典型例題1· 頻率　C　【解析】　產(chǎn)生光的干涉的前提是頻率相等．波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動加強，所以A、B點出現(xiàn)明條紋，波峰與波谷疊加振動減弱，所以C點出現(xiàn)暗條紋． ·典型例題2·D　【解析】　本實驗中單縫S的作用是形成頻率一定的線光源，雙

15、縫S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移動S后，沒有改變傳到雙縫的光的頻率，由S1、S2射出的仍是相干光，由單縫S發(fā)出的光到達屏幕上P點下方某點光程差為零，故中央亮紋下移． ·變式訓(xùn)練1·AC　【解析】　牛頓環(huán)的相干光源來源于平板玻璃、凸薄透鏡之間形成厚度不均勻的空氣膜的前后表面，屬于薄膜干涉．相干光源也可以說是來源于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光．A正確．由于透鏡是曲線的，空氣膜厚度不均勻變化，所以干涉條紋是不等間距的．C正確． ·典型例題3·C　【解析】　白熾燈光為自然光，經(jīng)過P后為偏振光．在A處看到的偏振光亮度不變；在B處看到的光線亮度一會兒由強變?nèi)?，一會兒由弱變強．故選C.

16、 ·變式訓(xùn)練2·B　【解析】　自然光是在垂直于傳播方向的上沿一切方向振動且各個方向振動的光波強度都相同，偏振光沿各個方向振動的光波的強度不同．A錯誤．自然光在水面反射時，反射光和折射光的振動方向不同，都是一定程度的偏振光．B正確．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．C錯誤．照相機的增透膜，使得反射光發(fā)生干涉從而使其減弱，是光的干涉現(xiàn)象，故D錯誤． ·典型例題4·D　【解析】　激光是橫波，選項A錯誤；激光在不同介質(zhì)中的波速不同，由λ＝可以判斷選項B錯誤；發(fā)生干涉現(xiàn)象的條件是兩束光必須為頻率相同的相干光，選項C錯誤；利用激光平行度好的特點，可以通過光的反射測量激光往返所用的時間，達到測量月球到地球距離

17、的目的，選項D正確． 當(dāng)堂檢測 1．BC　【解析】　圖A屬于單縫衍射，圖B屬于薄膜干涉，圖C屬于薄膜干涉，圖D屬于白光的色散，故屬于光的干涉現(xiàn)象的是BC. 2．D　【解析】　激光是人造光，也是偏振光，故A錯誤；激光相干性好，但必須頻率相同兩束激光才能發(fā)生干涉，故B 錯誤；用激光照射不透明擋板上小圓孔時，光屏上能觀測到不等間距的光環(huán)，故C錯誤；激光全息照片是利用光的干涉現(xiàn)象，故D正確． 3．D　【解析】　A項太陽光通過三棱鏡，由于各種單色光的折射率不同，而發(fā)生色散現(xiàn)象形成彩色光譜．故A錯誤．B項用光導(dǎo)纖維束傳送圖象信息是利用光在纖維中不停地發(fā)生全反射進行傳遞信息．故B錯誤．C項當(dāng)光通

18、過狹縫時，若縫的尺寸與光的波長相當(dāng)，則會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．故C錯誤．D項照相機、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面鍍一層增透膜，從膜的前表面和玻璃表面反射的光出現(xiàn)疊加，光程差是半個波長，則相互減弱，從而增加投射能力，故D正確．故選D. 4．B　【解析】　從圖樣可以看出從左數(shù)第1、3個圖為干涉圖樣，由Δx＝λ可知，從左數(shù)第1個圖為紅光的干涉圖樣，第3個圖為藍(lán)光的干涉圖樣；第2、4個圖為衍射圖樣，且第4個圖衍射明顯，故第4個圖應(yīng)為黃光的衍射圖樣，故選B. 5．暗條紋　變寬　【解析】　當(dāng)?shù)诫p縫的距離差為半波長的奇數(shù)倍時，出現(xiàn)暗條紋，7.95×10－7＝3×，所以應(yīng)出現(xiàn)暗條紋；根據(jù)Δx＝λ，隨著波長變長，條紋間的距離變寬．