考點一、光的幹涉
要點詮釋:
1、1801年,英國物理學家託馬斯·楊通過雙縫實驗成功地觀察到了光的幹涉現象,證明了光的確是一種波。
2、光的幹涉現象
在兩列光波的疊加區域,某些區域相互加強,出現亮紋,某些區域相互減弱,出現暗紋,且加強和減弱的區域相間,即亮紋和暗紋相間的現象。
3、幹涉條件
光的幹涉的條件是有兩個振動情況總是相同的波源,即相干波源。(相干波源的頻率必須相同)。
形成相干波源的方法有兩種:①利用雷射(因為雷射發出的是單色性極好的光)。②設法將同一束光分為兩束(這樣兩束光都來源於同一個光源,因此頻率必然相等)。
4、幹涉區域內產生的亮、暗紋
亮紋:屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數倍,
暗紋:屏上某點到雙縫的光程差等於半波長的奇數倍,
相鄰亮紋(暗紋)間的距離,。用此公式可以測定單色光的波長。
用白光作雙縫幹涉實驗時,由於白光內各種色光的波長不同,幹涉條紋間距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現彩色條紋。
5、薄膜幹涉
當光照射到薄膜上時,可以看到在薄膜上出現明暗相間的條紋。當入射光是白光時,得到彩色條紋,當入射光是單色光時,得到單色條紋。
參與薄膜幹涉的兩列光是分別從薄膜的前表面和後表面反射出來的兩列光。用薄膜幹涉可以檢查工件表面是否平整,在透鏡表面塗上增透膜以增大透射光。
薄膜幹涉中的色散:
(1)成因:由膜的前後表面反射回來的光疊加的結果,所以觀察時只能在光源的同側才能看到。
(2)形狀:明暗相間的條紋。紋的亮暗與膜的厚度有關。
考點二、光的衍射
要點詮釋:
1、光離開直線路徑繞到障礙物陰影裡去的現象叫光的衍射。
2、產生明顯衍射現象的條件
障礙物(或孔)的尺寸可以跟光的波長相比,甚至比波長還小。
關於衍射的表述一定要準確(區分能否發生衍射和能否發生明顯衍射)。各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射。
3、泊松亮斑
當光照到不透光的小圓板上時,在圓板的陰影中心出現的亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環)。
4、衍射與幹涉的比較
單縫衍射
雙縫幹涉
不同點條紋寬度,條紋寬度不等,中央最寬
條紋寬度相等,條紋間距各相鄰條紋間距不等
各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮,兩邊變暗清晰條紋,亮度基本相等
相同點:幹涉、衍射都是波特有的現象,屬于波的疊加;幹涉、衍射都有明暗相間的條紋
幹涉和衍射是波的特徵,光的幹涉和衍射現象證明了光具有波動性,波長越大,幹涉和衍射現象就越明顯,也越容易觀察到幹涉和衍射現象。
考點三、光的偏振 雷射
要點詮釋:
(一)光的偏振
1、光的偏振
自然光是指在垂直於光的傳播方向上,各個方向強度相同。偏振光是指在垂直於光的傳播方向的平面上,只沿某個特定方向振動。
光的偏振現象說明光波是橫波。
2、偏振光的產生方式
偏振光的產生方式是通過兩個共軸的偏振片觀察自然光,第一個偏振片的作用是獲得偏振光,叫起偏器,第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光,叫檢偏器.
光的偏振理解:
(1)光波的感光作用和生理作用主要是由電場強度E引起的,因此將E的振動稱為光振動。
(2)自然光:太陽、電燈等普通光源直接發出的光,包含垂直於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。
(3)偏振光:自然光通過偏振片後,在垂直於傳播方向的平面上,只沿一個特定的方向振動,叫偏振光。自然光射到兩種介質的界面上,如果光的入射方向合適,使反射和折射光之間的夾角恰好是90°,這時,反射光和折射光就都是偏振光,且它們的偏振方向互相垂直。我們通常看到的絕大多數光都是偏振光(如圖)。
(二)雷射
1、產生機理
處於激發態的原子,如果在入射光子的電磁場的影響下,引起高能態向低能態躍遷,同時在兩個狀態之間的能量差以輻射光子的形式發射出去,這種輻射叫做受激輻射。原子發生受激輻射時,發出光子的頻率、發射方向等,都跟入射光子完全一樣,這樣使光得到加強,這就是雷射產生的機理。
2、雷射器:主要由工作物質、激勵源和諧振腔組成。
3、雷射的主要特點及應用
(1)平行度好(方向性好)
精確測距:雷射雷達;刻制光碟
(2)相干性好(頻率單一)
做相干光:幹涉、衍射 傳遞信息:光纖通信 記錄信息:全息照相
(3)亮度高(強度大)
機械加工:打孔、焊接、切割
醫學上:光刀
軍事上:雷射武器(「死光」武器)
科研上:引發核聚變
考點四、實驗:用雙縫幹涉測量光的波長
實驗目的
1、了解光波產生穩定的幹涉現象的條件
2、觀察雙縫幹涉圖樣
3、測定單色光的波長
實驗器材
光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、另外還有學生電源、導線、刻度尺
實驗原理
雙縫幹涉中兩個相鄰明(暗)條紋之間的距離與波長雙縫間距離d及雙縫到屏的距離L滿足兩條相鄰明(暗)條紋之間的距離
用測量頭測出。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成,如圖(1)所示。轉動手輪,分劃板會左、右移動。測量時,應使分劃板中心刻線對齊條紋的中心,如圖(2)所示。記下此時手輪上的讀數,轉動手輪,使分劃板向一側移動,當分劃板中心刻線對齊另一條相鄰的明條紋中心時,記下手輪上的刻度數,兩次讀數之差就是相鄰兩條明紋間的距離。
實驗步驟
1、觀察雙縫幹涉圖樣
(1)將光源、單縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上
(2)接好光源,打開開關,使燈絲正常發光。
(3)調節各器件的高度,使光源燈絲髮出的光能沿軸線到達光屏。
(4)安裝雙縫,使單縫與雙縫的縫平行,二者間距約5~10cm。
(5)放上單縫,觀察白光的幹涉條紋。
(6)在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的幹涉條紋。
2、測定單色光的波長
(1)安裝測量頭,調節至可清晰觀察到幹涉條紋。
(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央,記下手輪上的刻度數,轉動手輪,使分劃板中心刻線移動;記下移動的條紋數n和移動後手輪的讀數,與之差即為n條亮紋的間距。
(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間距離L(d是已知的)。
(4)重複測量、計算,求出波長的平均值。
(5)換用不同的濾光片,重複實驗測量其他單色光的波長。
當分劃板中心刻線對齊另一條相鄰的明條紋中心時,記下手輪上的刻度數兩次讀數之差就是相鄰兩條明紋間的距離。即
數據處理
為了得到準確的某種單色光雙縫幹涉的條紋間距,實驗中通常用常用的重複測量、計算求波長的平均值的方法。還可以換用不同的濾光片,重複實驗測量其他單色光的波長。
誤差分析
很小,直接測量時相對誤差較大,通常測出n條明條紋間的距離a,再推算相鄰兩條明(暗)條紋間的距離
注意事項
1、雙縫幹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,應用擦鏡紙或乾淨軟片輕輕擦去。
3、安裝時,注意調節光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上,並使單縫、雙縫平移且豎直。
4、光源燈絲最好為線狀燈絲,並與單縫平行且靠近。
5、調節的基本依據是: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所致,幹涉條紋不清晰一般主要是單縫與雙縫不平行。