魯科版高中物理選擇性必修第一冊第五章復習要點

魯科版高中物理選擇性必修第一冊第五章復習要點第1節(jié)光的干涉【學習目標】1.觀察光的干涉現(xiàn)象，能說出光的干涉條紋的特點．2．能說出干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及出現(xiàn)明條紋或暗條紋應滿足的條件．3．明確相干光源的概念，熟記產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件．【課上探究】知識點1：光的雙縫干涉及其產(chǎn)生條件思考與交流1.回顧，機械波的干涉現(xiàn)象是怎樣的？2.機械波的干涉條件是什么？3.機械波干涉圖樣中，什么地方出現(xiàn)亮條紋？什么地方出現(xiàn)暗條紋？如何判斷？4.如何獲得光的相干光源？5.類似于機械波的干涉，你能得出光的干涉條紋中，哪些地方出現(xiàn)明條紋？哪些地方出現(xiàn)暗條紋？總結與提升1.單縫屏的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況，2.雙縫屏的作用：平行光照射到單縫S上，又照射到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光．3.明暗條紋條件：兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光，當兩個光源與屏上某點的距離之差等于波長λ的整數(shù)倍時，兩列光波在這點相互加強，出現(xiàn)當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長λ2的奇數(shù)倍時，兩列光波在這點相互減弱，出現(xiàn)練習與拓展例1.(多選)以下光源不可作為相干光源的是()A．兩個相同亮度的燭焰B．兩個相同規(guī)格的燈泡C．雙絲燈泡D．出自一個光源的兩束光變式訓練1．從兩只相同的手電筒射出的光，當它們在某一區(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是為什么？知識點2：光的雙縫干涉公式思考與交流1.光的雙縫干涉條紋特征，如條紋寬度、間距等，與光的波長或頻率有關嗎？2．不同顏色的單色光產(chǎn)生的干涉條紋會有什么不同？3.條紋寬度與哪些因素有關？試推導。總結與提升1.單色光的干涉圖樣特點(1)中央出現(xiàn)的總為亮紋，兩邊則為明暗相間的條紋．(2)兩相鄰亮紋(或暗紋)間的距離相等，且波長越長，這個間距越大．因此，比較相鄰亮(暗)紋的間距，紅光的最大，紫光的最?。?.條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ.練習與拓展例2.關于光的干涉，下列說法中正確的是()A．在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的B．在雙縫干涉現(xiàn)象里，入射光波長變短，相鄰兩個明條紋間距將變窄C．只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉D．頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定變式訓練2.如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為7.30×10－7m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.30×10－7m．則在這里出現(xiàn)的應是________(選填“明條紋”或“暗條紋”)．知識點3：薄膜干涉及其應用思考與交流劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖2甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜．當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點：圖2(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置有什么規(guī)律？(2)任意相鄰亮條紋和暗條紋所對應的薄膜厚度差相等嗎？（3）現(xiàn)若在圖甲的裝置中增加一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋()A．變疏B．變密C．不變D．消失練習與拓展例3．(多選)利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度，如圖2(a)所示，現(xiàn)使透明標準板M和待檢工件N間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射，可觀察到如圖(b)所示的干涉條紋，條紋的彎曲處P和Q對應于A和B處，下列判斷中正確的是()A．N的上表面A處向上凸起B(yǎng)．N的上表面B處向上凸起C．條紋的c、d點對應處的薄膜厚度相同D．條紋的d、e點對應處的薄膜厚度相同【課后鞏固】1．煤礦中的瓦斯危害極大，某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是他根據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設計了一個監(jiān)測儀，其原理如圖13-3-6所示：在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋绻恋恼醒隣點變?yōu)榘导y，說明B中氣體一定__________瓦斯．2．（多選）下列說法正確的是（）A．直接用強光照射雙縫，發(fā)生干涉．B．兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能觀察到光的干涉現(xiàn)象．C．用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．D．用白光做光的干涉實驗時，偏離中央明條紋較遠的是紅光3．如圖所示，用頻率為?的單色光垂直照射雙縫，在光屏上P點出現(xiàn)第2條暗條紋，已知光速為c，則P點到雙縫的距離之差（r2-r1）應為（）A．c/2?B．3c/2?C．2c/3?D．5c/2?4．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左移動，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的位置略向上移D．仍可產(chǎn)生干涉條紋，中央亮紋P的位置略向下移5.用如圖9所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象．圖(a)是點燃的酒精燈(在燈芯上撒些食鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈．將金屬絲圈在其所在的豎直平面內緩慢旋轉900，觀察到的現(xiàn)象是()A．當金屬絲圈旋轉時，干涉條紋同方向旋轉B．當金屬絲圈旋轉時，干涉條紋反方向旋轉C．當金屬絲圈旋轉90時，干涉條紋同方向旋轉90°D．干涉條紋保持原來狀態(tài)不變參考答案例1ABC變式1它們發(fā)出的光相位差不恒定，不是相干光源例2ABC變式2明條紋例3BC課后鞏固：1.含2.CD3.B4.B5.D第2節(jié)科學測量：用雙縫干涉測光的波長學案基礎知識：實驗目標：1.用雙縫干涉實驗裝置測量光的波長．2.學習測量微小距離的方法實驗器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫屏、雙縫屏、遮光筒、光屏及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學生電源、導線、米尺．實驗原理與設計(1)干涉圖樣的獲得：光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過單縫后相當于線光源，經(jīng)雙縫后產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋。(2)光的波長的測定：若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮紋間的距離用Δx表示，則入射光的波長為λ＝eq\f(dΔx,l)。實驗中d是已知的，測出l、Δx即可計算出光的波長λ。(3)測量Δx的方法：測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成，如圖甲所示，測量時先轉動測量頭，讓分劃板中心刻線與干涉條紋平行，然后轉動手輪，使分劃板向左(或向右)移動至分劃板的中心刻線與條紋的中心對齊，記下此時讀數(shù)，再轉動手輪，用同樣的方法測出n個亮紋間的距離a，則可求出相鄰兩亮紋間的距離Δx＝eq\f(a,n－1)。實驗步驟(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示．(2)接好光源，打開開關，使燈絲正常發(fā)光．(3)調節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏．(4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距5～10cm，這時可觀察白光的干涉條紋．(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋．數(shù)據(jù)分析(1)安裝測量頭，調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋，則相鄰兩亮條紋間距Δy＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1))).(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)．(4)重復測量、計算，求出波長的平均值．誤差分析(1)光波的波長很小，Δy、l的測量對波長λ的影響很大．(2)在測量l時，一般用毫米刻度尺；而測Δy時，用千分尺且采用“累積法”．(3)多次測量求平均值．注意事項(1)雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒、測量頭等元件．(2)濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應用擦鏡紙輕輕擦去．(3)安裝時，注意調節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且豎直，間距大約5～10cm.(4)調節(jié)的基本依據(jù)：照在像屏上的光很弱．主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致．干涉條紋不清晰的主要原因一般是單縫與雙縫不平行．(5)測量頭在使用時應使中心刻度線對應著亮(暗)條紋的中心．(6)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行靠近．重難點理解：實驗原理和數(shù)據(jù)處理典例1、利用雙縫干涉測定光的波長實驗中，雙縫間距為d＝0.4mm，雙縫到光屏間的距離l＝0.5m，用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋，分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺(10分度)讀數(shù)如圖所示，則：(1)分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)分別為xA＝________mm，xB＝________mm，相鄰兩條紋間距Δx＝________mm；(2)波長的表達式λ＝________(用Δx、l、d表示)，該單色光的波長為λ＝________m。解析(1)由題圖可知A位置的讀數(shù)為11.1mm，B位置的讀數(shù)為15.6mm，A、B間有6個條紋間距，因此Δx＝eq\f(xB－xA,6)＝0.75mm。由Δx＝eq\f(l,d)λ知λ＝eq\f(dΔx,l)＝eq\f(0.4×10－3×0.75×10－3,0.5)m＝6×10－7m。答案(1)11.115.60.75(2)eq\f(dΔx,l)6×10－7實驗操作及注意事項典例2、現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和濾光片E等光學元件，把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。(1)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)為________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為＝________mm。(2)已知雙縫間距d＝2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為________nm。(3)若要使屏上條紋間距離增大，下列方法可行的是________。A.換用縫間距較大的雙縫B.增大雙縫到屏的距離C.適當增大單縫到雙縫的距離D.將紅色濾光片換成綠色濾光片解析(1)測量頭的讀數(shù)：先讀整數(shù)部分，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度。題圖甲讀數(shù)為2.320mm，題圖乙讀數(shù)為13.870mm，所以相鄰亮條紋間距Δx＝eq\f(13.870－2.320,5)mm＝2.310mm。(2)由相鄰的兩亮條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ得λ＝eq\f(dΔx,l)，代入數(shù)據(jù)解得λ＝6.6×10－7m＝660nm。(3)由Δx＝eq\f(l,d)λ知，換用縫間距較大的雙縫，Δx變小，A項錯誤；增大雙縫到屏的距離，Δx增大，B項正確；Δx與單縫到雙縫的距離無關，C項錯誤；將紅色濾光片換成綠色濾光片，波長變小，Δx變小，D項錯誤。答案(1)13.8702.310(2)eq\f(dΔx,l)660(3)B鞏固練習：1．一束白光在真空中通過雙縫后在屏上觀察到的干涉條紋，除中央白色亮紋外，兩側還有彩色條紋，其原因是()A．各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同B．各色光的速度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同C．各色光的強度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同D．上述說法都不正確2．包括紅光、綠光、紫光三種色光的復合光做光的干涉實驗，所產(chǎn)生的干涉條紋中，離中央亮紋最近的干涉條紋是()A．紫色條紋 B．綠色條紋C．紅色條紋 D．都一樣近3.用單色光做如圖所示的雙縫干涉實驗時，位置的調節(jié)很難做的完全精確．(1)如果光源前狹縫S(看作線光源)的位置向中線OO′的一側偏離了一個小距離，則與調節(jié)精確時相比，觀察屏E上條紋間距不變(選填“變大”“變小”或“不變”)．(2)如果觀察屏E(垂直于圖畫)與它的正確位置成一個小角度，則與調節(jié)精確時相比，屏上條紋間距變大或變小(選填“變大”“變小”或“不變”)．4.某同學在做“雙縫干涉測定光的波長”實驗時，第一次分劃板中心刻度線對齊第2條亮紋的中心時(如圖甲中的A)，游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示，第二次分劃板中心刻度線對齊第6條亮紋的中心時(如圖丙中的B)，游標卡尺的示數(shù)如圖丁所示．已知雙縫間距d＝0.5mm，縫到屏的距離l＝1m．則：(1)圖乙中游標卡尺的示數(shù)為cm.(2)圖丁中游標卡尺的示數(shù)為cm.(3)所測光波的波長為m(保留兩位有效數(shù)字)．參考答案：1.A．2.A．3.解析：(1)用單色光做雙縫干涉實驗時，相鄰干涉條紋之間的距離Δx＝eq\f(L,d)λ，雖然線光源偏離某一側一小段距離，但公式中各量沒有變化，因此條紋間距也不變；(2)觀察屏E(垂直于圖畫)與它的正確位置成一個小角度，根據(jù)相鄰干涉條紋之間的距離Δx＝eq\f(L,d)λ，導致屏與雙縫間距變大或變小，則屏上條紋間距可能變大或變小.4.解析：(1)圖乙中游標卡尺是20個等分刻度，精確度為0.05mm，讀數(shù)為12mm＋0.05mm×10＝12.50mm＝1.250cm.(2)圖丁中游標卡尺也是20個等分刻度，讀數(shù)為17mm＋0.05mm×14＝17.70mm＝1.770cm.(3)由Δx＝eq\f(l,d)λ可得λ＝Δx·eq\f(d,l)＝eq\f(1.770－1.250×10－2,6－2)×eq\f(0.5×10－3,1)m＝6.5×10－7m.第3節(jié)光的衍射第4節(jié)光的偏振第5節(jié)激光與全息照相【課前預習】知識點1：光的衍射1.衍射現(xiàn)象：光在傳播過程中，，光偏離直線傳播而后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象。衍射現(xiàn)象證明。2.發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或縫的尺寸跟光的波長相比，或者比光的波長，衍射現(xiàn)象就十分明顯了，不能看作光沿直線傳播。3.衍射圖樣的特點：（1）單縫衍射：若照射光是單色光，則中央亮紋最寬，兩邊是的條紋。若照射光是白光，則中央亮條紋為，兩邊條紋為。其中最靠近中央的色光是，最遠離中央的是。（2）圓孔衍射：明暗相間的、間距不等的。（3）圓屏衍射：明暗相間的、間距不等的，中心有一“亮斑”，這就是著名的。（4）不只是狹縫、圓孔和圓屏，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，衍射的結果是影的輪廓模糊不清。1.衍射現(xiàn)象光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔時，光偏離直線傳播而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象。衍射現(xiàn)象證明光是一種波。2.發(fā)生明顯衍射的條件障礙物或縫的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小，衍射現(xiàn)象就十分明顯了，不能看作光沿直線傳播。3.衍射圖樣的特點（1）單縫衍射若照射光是單色光，則中央亮紋最寬，兩邊是間距不等的明暗相間的條紋。若照射光是白光，則中央亮條紋為白色，兩邊條紋為彩色。其中最靠近中央的色光是紫光，最遠離中央的是紅光。（2）圓孔衍射明暗相間的、間距不等的同心圓環(huán)。（3）圓屏衍射明暗相間的、間距不等的同心圓環(huán)，中心有一“亮斑”，這就是著名的泊松亮斑。（4）不只是狹縫、圓孔和圓屏，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，衍射的結果是影的輪廓模糊不清。知識點2：光的偏振光的偏振自然光：包含著在垂直于傳播方向上的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都，這種光叫自然光。太陽、電燈、蠟燭等普通光源直接發(fā)出的光都是自然光。偏振光：自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著方向振動，這樣的光叫偏振光。我們通?？吹降慕^大部分光，都是不同程度的偏振光，自然光在玻璃、水面、木質桌面等表面反射時，反射光和折射光都是偏振光。光的偏振證明了光是。應用：攝影、液晶顯示、立體電影等。光的偏振（1）自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。太陽、電燈、蠟燭等普通光源直接發(fā)出的光都是自然光。（2）偏振光自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著偏振片的透振方向振動，這樣的光叫偏振光。我們通常看到的絕大部分光，都是不同程度的偏振光，自然光在玻璃、水面、木質桌面等表面反射時，反射光和折射光都是偏振光。（3）光的偏振證明了光是橫波。（4）應用：攝影、液晶顯示、立體電影等。知識點3：激光激光是一種特殊的光，是人類在實驗室里激發(fā)出的一種的光。激光的特點：（1）激光是人工產(chǎn)生的，具有高度的相干性。注意：只有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。（2）激光的非常好。激光幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的。（3）激光的亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。3.激光的應用：（1）光纖通信激光能像無線電那樣進行調制，用來傳遞信息。光纖通信就是激光和光導纖維相結合的產(chǎn)物。（2）激光可用來精確測距，激光讀寫。（3）激光切割物質、焊接金屬、激光打孔、激光手術。（4）全息照相。1.激光是一種特殊的光，是人類在實驗室里激發(fā)出的一種自然界中沒有的光。2.激光的特點（1）激光是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性。注意：只有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。（2）激光的平行度非常好。激光幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。（3）激光的亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。3.激光的應用（1）光纖通信激光能像無線電那樣進行調制，用來傳遞信息。光纖通信就是激光和光導纖維相結合的產(chǎn)物。（2）激光可用來精確測距，激光讀、寫。（3）激光切割物質、焊接金屬、激光打孔、激光手術。（4）全息照相。練習與拓展例1讓太陽光垂直照射一塊遮光板，板上有一個可以自由收縮的三角形孔，當此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)（D）A.由大變小的三角形光斑，直至光斑消失B.由大變小的三角形光斑、明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失C.由大變小的三角形光斑，明暗相間的條紋，直至黑白色條紋消失D.由大變小的三角形光斑，小圓形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失例2如圖所示，圖甲、圖乙是由同一單色光分別入射到兩圓孔而形成的圖樣，其中圖甲是光的（填“干涉”或“衍射”）圖樣。由此可以判斷出圖甲所對應的圓孔的孔徑（填“大于”或“小于”）圖乙所對應的圓孔的孔徑。例3在白熾燈的照射下從兩塊捏緊的玻璃板表面看到彩色條紋，通過狹縫觀察發(fā)光的白熾燈也會看到彩色條紋，這兩種現(xiàn)象（C）都是光的衍射現(xiàn)象都是光的干涉現(xiàn)象前者是光的干涉現(xiàn)象，后者是光的衍射現(xiàn)象D.前者是光的衍射現(xiàn)象，后者是光的干涉現(xiàn)象例3（多選）如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則（BD）圖中a光為偏振光圖中b光為偏振光以SP為軸將B轉過180°后，在P處將看到光亮以SP為軸將B轉過90°后，在P處將看到光亮E.無論以SP為軸將B轉過多大角度后，在