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1、第十五章光的本性第一节机械波的干预和衍射4、机械波的干预图肿波射I温的爪几用】、机械波的衍射乙甲N第二节光的干预和衍射一、光的干预1光的干预现象：两列频率相同的光相遇时发生叠 加，在某些区域总加强，而另外一些区域总减弱， 出现明暗相间的条纹或者彩色条纹的现象。2.干预的条件 两个光源发出的光频率相同； 两个光源发出的光在空间叠加。二、双缝干预1 .实验装置实验：杨氏双缝干预实验装置如下图。图18-7孩缝于涉挡板屏注意：本实验中所用的光束是，能否用灯泡产生的光自然光来做这个实验？如果仍要用灯泡产生的光束来做这个实验，该 怎么做？如以下图所示，杨氏双缝干预实验的装置主要由 光源、单缝S、双缝Si、
2、S2和光屏组成。当光照射到单缝时，单缝S就成为一个线光源， 双缝Si、S2到单缝S的距离相等，这样双缝 Si、S2 就处在线光源S发出的光波的同一个波面上如图所示，因此双缝 S1、S2 就成为振动情况完全相同 的两个光源。所谓“振动情况完全相同是指描述 振动的物理量频率、相位、振幅以及振动方向都 相同。由双缝 S1、S2 发出的两列光波在它们相遇的 空间就会出现光振动加强与光振动减弱相间隔的区 域，光屏上会出现亮、暗相间隔的条纹。思考：下一个波面的振动情况与前一个波面的 振动情况相同吗？答：不一定。由光源的性质决定，假设光源为普 通光源，那么前后两个波面的振动一般不同，假设光源 为激光，那么前
3、后两个波面的振动一般相同。思考：如果单缝比拟大的话，还能观察到进一 步条纹吗？答：如果缝比拟大的话，单缝里所含有的光量 多，信息复杂，就有可能含有不同频率的光。单缝 就不能成为新的单一波源， 这样到达两缝的信息 “即 振动情况 就不完全相同， 两个缝的波就不能干预。例 1 某同学自己动手利用如下图器材，观 察光的干预现象，其中 A 为单缝屏， B 为双缝屏， C 为像屏。当他用一束阳光照射到 A 上时，屏 C 上 并没有出现干预条件。他移走 B 后， C 上出现一窄不亮斑。分析实验失败的原因，最大的可能性是()A .单缝S太窄B. 单缝太宽C. S到S和S的距离不等D .阳光不能作为光源 2.
4、干预规律:Pi挡板P 屏上某点到两个光源之间的距离差是波长的 整数倍，或是半波长的偶数倍时，该点将出现亮条 纹，即即n 2n -,(n0,1,2)屏上某点到两个光源之间的距离之差是半波长 的奇数倍时，该点将出现暗条纹，即2n 1 -,n0,1,2 屏上和双缝Si和S2的距离相等的点 0,假设 用单色光实验该点是亮条纹中央条纹，假设用白光实验该点是白色的亮条纹。假设用单色光做实验，在屏上得到明暗相间的条 纹；假设用白光实验，中央条纹是白条纹，两侧是彩 色条纹。内侧为紫色，外侧为红色。 屏上明条纹暗条纹之间的距离总是相等的。 其距离大小 x与双缝之间距离 d，双缝到屏的距 离L及光的波长有关，即L
5、x d在L和d不变的情况下， x和波长入成正比， 应用上式可侧光波的波长入。假设测出n条亮纹或暗纹间的距离 a，相邻a两条亮纹或暗纹间的距离x 荷，再测出d和L的值。就可以测得波长dd ax LL n 1光源滤光片单缝学缝 遮光简禹ta ai!L&_.AA I特别注意：n的表述。 用同一实验装置做干预实验，红光干预条纹的间 距x红最大，紫光的干预条纹间距 x紫最小。三、薄膜干预1. 产生原因：由薄膜的前后外表反射的两列光波 叠加而成。2. 现象：假设单色光照在上述薄膜上，形成明暗相 间的条纹；假设白光照在上述薄膜上，将形成彩色条 纹；在水面上的油膜、肥皂泡等在白光照射下出现 灿烂的彩色都是薄膜
6、干预现象。肥皂液膜| 111图18-9灯焰的像上冇明暗相间的条纹甲肥皂液膜:暗匸明明图18-10液膜前后两个 面的反射光发生r干预3 薄膜干预的应用检查精密零件的外表质量如 |) (|)如下图，利用被检查平面和标准样板间的空 气薄膜的上下两个外表反射的两列光波之间的干涉条纹来检查思考：干预条纹是由哪两个外表的反射形成的？人射光zJ JIJ J甲乙甲：牛顿环的产生乙：放大了假设干倍的牛顿环增透膜在光学元件透镜、棱镜的外表涂一层薄膜， 当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长， 因而相互抵消，到达减小反射光、增大透射光强度 的作用。四、光的衍射1.
7、 光的衍射现象：光在传播过程中，遇到障碍物 或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障 碍物后面传播的现象。2. 常见的光的衍射现象 光通过狭缝的衍射现象，单色光通过狭缝时, 在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中 央条纹较宽，其余亮纹变窄。白光通过狭缝时，在 屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 光通过小孔的衍射现象：光通过小孔时孔 很小在屏上会出现明暗相间的圆环。 光照到小圆板上的衍射现象：当照到不透明的小圆板上，在屏上圆板的阴影 中心，出现亮斑一泊松亮斑。3. 在光的衍射现象中，衍射图样的出现，即明暗 相间条纹的产生，是光波互相叠加后的结果。 其中明条纹是光波叠加后的加强区，暗条纹是 光
8、波叠加后的减弱区。4. 发生明显衍射现象的条件在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比 即与波长差不多，甚至比光的波长还要小的时 候，就会出现明显的衍。说明：光的干预与衍射现象是光的波动性的表 现，也是光具有波动性的证据，其区别是：光干预 现象只有在符合一定条件下才发生；而光的衍射现 象却总是存在的，只有明显与不明显之分。光的干 涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条 纹，但双缝干预时条纹间隔均匀，从中央到两侧的 明纹亮度变化不大；而单缝衍射的条纹间隔不均匀， 中央明纹又宽又亮，从中央向两侧，条纹宽度减小, 明纹亮度显著减弱。例2.在做双缝干预实验时，假设用红、绿两块玻璃分别挡在一条狭缝前
9、面。下面说法中正确的选项是( )A .屏上形成明暗相间的干预条纹B. 屏上形成红、绿相间的干预条纹C. 屏上不能形成干预条纹D .以上说法都不正确 例3.如右图所示、一束白光从左侧射入肥皂薄膜，以下说法正确的选项是()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 答案：BC 例4.让太阳光垂直照射到一块遮光板上， 板上 有一个自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地 收缩变小直到闭合时，在孔后的屏上先后出现 A 由大到小的三角形光斑，直至光斑消失B.由大到小的三角形亮斑，明暗相间的彩色 条纹，直至条纹消失C 由大到小的三角
10、形光斑，明暗相间的黑白 条纹，起到黑白条纹消失。D 由大到小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，起到条纹消失例 5市场上有种灯具俗称 “冷光灯 ，用它照 射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低， 从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低 热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃 外表上镀了一层薄膜，这种膜能消除不镀膜时玻璃 外表反射回来的热效应最显著的红外线。以入表示 此红外线在玻璃中的波长，那么所镀薄膜的厚度最小 应为。第三节 光的电磁说 一、光的电磁说1.光的电磁说的提出光的干预和衍射现象证实光是一种波。麦克斯 韦在电磁理论的根底上，根据电磁波和光波的相似 性，提出光
11、是一种电磁波。2 光的电磁说的依据赫兹用实验证实电磁波的存在。 光和电磁波在真空中的传播速度相同。 传播时都不需要介质。 都具有波动性，具有反射、干预、衍射等现象, 都是横波。3 可见光、红外线、紫外线、伦琴射线x射线、丫射线牯压电源匚灯丝电源1、电磁波谱1. 电磁波按波长由大到小的顺序排列为： 无线 电波、红外线、可见光、紫外线、 x射线、丫射线。 其产生机理、性质差异、用途等可概括如下表 ：波谱无线电波红外线h见光紫外线PX射线产生机理振荡电路中自 庆电子运动摩子外层电子受滋发原子内层电 子受激发原子核特性波动性侵热效应引起视觉化学作用、 萤光效应.杀菌贯穿作用强费穿本应用无线电技术加热S
12、E感照明摄影感光技术 医用消雅检査探髓 医朋透视工业操伤 医用泊疗2.波长越长的波越容易表现出干预、 衍射等现 象。波长越短的波越不容易观察到它们的干预、衍射等现象思考：红外线为什么表现出热效应的特性呢？红光穿透云层的能力比紫光。红光的穿透能力与x射线、丫射线的穿透能力有 本质上的区别吗？甲、光的偏振乙激光巴明41.偏振：横波只沿某一特定的方向振动，称为波 的偏振。光的偏振说明光波是一种横波。图20-20反射引起的自然光偏振2.自然光和偏振光自然光非偏振光偏振光光的 来源直接从光源发出的 光自然光经过起偏器后的光光的 振动 方向在垂直于光的传播 方向的平面内，光振 动沿任意方向，且沿 各个方向
13、振动的强 度相同。在垂直于光的 传播方向的平 面内，光的振动 沿特点方向3.光的偏振在科技中的应用立体电影、照相用的偏振滤色片、偏振显微镜 等。4.激光1定义：原子发生受激辐射时，发出的光子的频 率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，如界这 样的光子在介质中传播时，再引起其他原子发生受激辐射，就会产生越来越多的频率和发射方向都相同的光子，使光得到加强也叫光放大，这就是 激光。2主要特点：方向性好光子的发射方向相同 、单色性好光子的频率相同 、亮度高。3应用 由于其方向性好 即平行度高 ，可以用它来精 确测距如激光雷达 ，还可以用激光读 VCD 机、 CD 唱机或计算机的光盘上的信息，经过处理后
14、 复原成声音和图象。 由于频率相同，激光是一种人工相干光，所以它能像无线电波那样进行调制，用来传递信息。 光纤通信应是激光和光导纤维相结合的产物。 由于其亮度高，可以切割物质，医学上作“光 刀来切开皮肤，切除肿瘤等；还可以利用激光 引起核聚变。图18-25激光产生的高压使 亂发生核聚变实验：用双缝干预测光的波长一、实验目的1. 观察双缝干预的干预图样。2. 测定单色光的波长。二、实验原理双缝干预中两个相邻明暗条纹间的距离 x 与波长入、双缝间距离d及双缝到屏的距离L满足两条相邻明暗条纹间的距离 x用测量头 测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图 所示。转动手轮，分划板会左、右移动。测量时
15、， 应使分划板中心刻线对齐条纹的中心。记下此时手 轮上的读数ai ;转动手轮，使分划板向一侧移动， 当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心 时，记下手轮上的刻度数 a2,两次读数之差就是相 邻两条明纹间的距离，即 x = |ai a2|。 x很小，直接测量时相对误差较大，通常测 出n条明条纹间的距离a，再推算相邻两条明暗条纹间的距离，即 三、实验步骤1. 观察双缝干预图样毛玻璃屏依次安放在光具座1将光源、遮光筒、 上，如下图。双缝气-1II1r L1T M2接好光源，翻开开关，使灯丝正常发光。3调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿 轴线到达光屏。4安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴
16、线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5 cm10cm，这时，可观察白光的干预条纹。5在单缝的光源间放上滤光片， 观察单色光的干 涉条纹。2. 测定单色光的波长1安装测量头，调节至可清晰观察到干预条纹。2 使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数ai；转动手轮，使分划板中心刻线 移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数 a2；并记下两次测量时移过的条纹数n，那么相邻两亮条纹间距a2ai3 用刻度尺测量双缝到光屏间距离Ld是 的。4重复测量、计算，求出波长的平均值。5换用不同滤光片，重做实验。考前须知1. 在安装器材时，一定要使光源、单缝、双缝和 光屏的中心在同一条水平直线上，并使单缝和 双缝平行，否那么会出现一半亮、一半暗或完全 看不到亮光的现象。2. 比拟不同色光的干预条纹的宽窄时，可将两块 不同颜色的滤光片上下并列放在光源和单缝之 间，使得进入遮光筒的上、下两局部是不同颜 色的光，这样就能在屏上同时看到上下两种不 同色光的干预条纹，便于直接比拟它们的宽窄。