第五章 光的波动性
教学目标
1.系统整理光的波动性的几种典型性质和相关应用，使学生形成整体的知识结构
2.通过典型例题的分析，进一步深化学生对相关规律的理解，并能灵活运用
重点难点
重点：本章知识结构总结
难点：典型例题的分析与总结
设计思想
一章下来学生学到的知识还是相对分散、独立的，特别是本章的知识学生平时的认识很少、很肤浅，必须通过自主构建知识网络，通过综合应用才能得到深化。
教学资源 多媒体复习课件等
教学设计
【课堂引入】
前面几节课，我们分别学习了解了反映光的波动性几种性质及其应用。今天这节课我们来对相关内容作一总结提升。
【课堂学习】
学习活动一：总结全章知识框架
问题1：光的波动性主要表现在哪些方面？
问题2：光的波动性是哪些人、通过什么实验证实的？
问题3：相关的实验装置和实验现象是怎样的？
问题4：光的波动性分别有哪些典型的应用？
问题5：激光是一种什么样的光？有哪些特性和典型的应用？
总结：本章知识框架：
学习活动二：重点知识回顾
（一）光的干涉
1．产生稳定干涉的条件：（1）频率相同 （2）相差恒定
2．双缝干涉 实验装置（单缝、双缝的作用）
现象：中央亮纹左右对称分布着明暗相间的等宽条纹
规律：路程差Δr=(2k+1)· 暗纹，Δr=2k·亮纹，k=0、1、2、3…
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条纹间距：与单色光波长成正比，公式
3．薄膜干涉原理：利用薄膜前后表面反射光作为相干光波.
应用：检查平面平整程度、增透膜
（二）光的衍射
1．概念：光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象
2．明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多
3．单缝衍射、圆孔衍射和圆盘衍射现象、泊松亮斑
（三）光的偏振
1．概念及相关实验现象、自然光与偏振光
2、结论：光波是一种横波
3．相关应用：滤光片、立体电影、汽车灯与挡风玻璃等
（四）激光主要特点及应用：相干性好、平行度非常好、亮度高、可以调制等
（五）实验：用双缝干涉测光波的波长：原理、步骤.
学习活动三：.典型例题分析
［例1］用红光进行双缝干涉实验时，如果用不透光的纸遮挡住一个缝，则屏上出现（ D ）
A．一片黑暗 B．一片红光
C．原干涉条纹形状不变亮度减半 D．不同间距的红、黑相间的条纹
［变式］若将题中的红光改成白光，并将双缝分别用红、绿滤色片过滤，屏上出现什么现象？
学生的答案比较多，教师逐一列出，最后通过复习相干条件得出结论：屏上不会出现干涉或衍射条纹，但有光亮.
［例2］表面附有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在玻璃片的表面和边缘分别看到彩色图样，这两种现象 （ C ）
A．都是色散 B．都是干涉
C．前者是干涉，后者是色散 D．前者是色散，后者是干涉
［变式］比较彩虹与通过手指缝观察太阳时看到的彩色光芒的成因。
分别是折射时的色散和衍射时的色散现象。
［例3］如右图所示，A为普通玻璃片，B为偏振片，二者相互平行且共轴，现将偏振片B绕轴旋转，人将看到什么现象？若将A换成与B同样的偏振片，人又将看到B旋转过程中发生了怎样的变化？若在人和B间再放上一片与B同样的偏振片C且与A、B平行共轴，只沿轴旋转C，分析人将可能看到什么现象？
［分析］本题考查学生对偏振现象的理解.帮助学生复习自然光、偏振光的概念以及起偏器、检偏器、透振方向等概念，加深对偏振现象的理解.第三问中，加上偏振片C后，A、B的透振方向相对位置对观察结果的影响要分别讨论。同时进行对光是横波的复习.
［例4］用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d的大小恰好是下图中游标卡尺的读数如图丁所示，双缝到毛玻璃屏间距离L的大小也由下图中毫米刻度尺读出，如图丙，实验时先移动测量头（如图甲）上的手轮，把分化线对准靠近最左边的一条明条纹（如图乙所示），并记下螺旋测微器的读数x1（如图戊所示），然后转动手轮，把分划线向右边移动，直到对准第7条明条纹并记下螺旋测微器读数x7（如图己所示），由以上测量数据求该单色光的波长。
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［解析］这是一个要求较高的实验复习题，通过这一题的讨论，可以帮助学生全面复习测波长的实验，提高分析处理数据的能力。
根据条纹宽度公式Δx=λ可知，波长λ=Δx；
由丁图可直接读出d=0.25 mm，双缝到屏的距离由丙图读出L=749.8 mm。
条纹宽度可先读出7条条纹间距为（14.700 - 0.300)mm，注意此为6个条纹宽度，即6Δx=14.400 mm，每条条纹宽度Δx=2.400 mm
将以上数据代入得：λ== mm=8.002×10-7 m
［例5］如图所示，在暗室中从单色点光源S直接射到屏上的一束光在Sb和Sd之间，从S射到平面镜MN再反射到屏上的另一束光在Ma和Nc之间（是S在平面镜MN的像）。关于这时屏上是否可能出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是 （ C ）
A．不可能 B．可能，出现在a、b之间
C．可能，出现在b、c之间 D．可能，出现在c、d之间
[解析] 由于是S的像，可当成两个相干光源，从S发出的光射到bd区域，（似乎）从射出的光（其实是反射光）射到ac区域，故bc区为共同传播的区域，即干涉区，必出现明暗相间的条纹，故选C。
[点评] 本题主要考查光的干涉条件，并利用平面镜成像作图找到相干光源和相干区域。要明白发生干涉时必须是两束光相遇，即光束叠加。
［例6］频率为6×1014Hz的单色光从S1和S2投射到屏上，并且S1与S2振动相同。若屏上的点P到S1与P到S2的路程差为3×10-6m，问P点是亮条纹还是暗条纹？设O为到S1和S2路程相等的点，则PO间有几条暗纹？几条亮纹？
[分析] 先算出光的波长，由产生亮暗条纹的条件判断P点应出现亮条纹；又由解得k的值，再判断PO间亮纹和暗条纹数。
[解答] 由公式得，满足产生亮纹的条件，则P点将出现亮纹；又由解得k =6，可判断PO间有6条暗纹，有5条亮纹（不包含P、O两点）
[点评] 尽管机械波和光波的产生本质不同，但都是波，具有共同的特性，这样就可用研究机械波的方法、技巧、规律应用到光波中去，实现知识的迁移，能力的提高。
小结：本章的知识大多应当应在理解相关原理的基础上熟记，并能进一步了解相关的应用。
课堂反馈
1、有关光的双缝干涉和衍射的现象中，下列说法正确的是（ ）
A．不管用什么色光做双缝干涉实验，中央一定是亮纹
B．白光做双缝干涉实验时，得到的彩色亮纹中最靠近中央的是红光
C．白光做单缝衍射实验，得到的彩色条纹中偏离中央最远的是红光
D．有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，是由于增透膜增强了对紫光的透射
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2、下面是四种与光有关的事实：
① 光导纤维传播信号 ② 透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
③ 束白光通过三棱镜形成彩色光带 ④ 面上的油膜呈现彩色
其中，与光的干涉有关的是（ ）
A．④ B．②④ C．①③ D．②③
图1（俯视图）
图2
3、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图（1）所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图（1）装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ ）
A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失
4、1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验证明了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。
（1）洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源，M为平面镜。试用平面镜成像作图法在答题上画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。
（2）设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L。光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮纹（或暗条纹）间的距离△x的表达式。
5、如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二亮纹，改用频率较高的单色光重做实验（其他条件不变）时，则第二亮纹的位置（ ）
A．仍在P处 B．在P点上方
C．在P点下方 D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹
6、某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图甲所示，激光器发生的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，乙图中的黑点代表亮点的中心位置。
（1）这个现象说明激光具有 性
（2）通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍：如果双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为，感光片相邻两点间的距离为b,则激光的波长。该同学测得=1.0000m、缝间距a =0.220mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如乙图所示。乙图中第1到第4个光点的距离是 mm实验中激光的波长λ= m。（保留两位有效数字)
（3）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将__________。
参考答案：
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1、AC 2、B 3、A 4、（1）见右图中AB段 （2）
5、C 6、（1）波动性 （2）8.5 ， 6.2×10-7 （3）变小
课后测评
1、在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节 _________和 的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使_______和_______竖直并且互相平行，当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明条纹间的距离a，则两条相邻明条纹间的距离= ，双缝到毛玻璃屏的距离用 __________测量，用公式 可以测出单色光的波长。
2、一同学在用双缝干涉测光的波长实验中，使用的双缝的间距为0.02cm。测得双缝与屏的距离为50cm，第一级亮纹中心到第五级亮纹中心的距离为0.45cm，则待测单色光的波长是多少？
3、一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉中的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是 ( )
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
4、抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化( )
A．这里应用的是光的衍射现象
B．这里应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
5、某同学在做双缝干涉实验时，安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于 ( )
A．光束的中央轴线与遮光筒不一致，相差较大
B．滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C．单缝与双缝不平行
D．光源发出的光太强
6、某同学在实验中，用一束阳光照射单缝，在光屏上没有观察到干涉条纹，移去双缝屏，屏上出现一条较窄的光斑，分析实验失败的原因，最大的可能性是 ( )
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A．单缝的宽度太宽 B．双缝间的距离太小
C．双缝到单缝的距离不相等 D．阳光不能作光源
7、A、B两图是由单色光分别照射到圆孔所形成的图样.其中图A是光的 （填“干涉”或“衍射”）图样.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径 （填“大于”或“小于”）图B所对应的圆孔的孔径.
参考答案：
1、光源 ，双缝，单缝，双缝，a/（n-1），毫米刻度尺， 2、4.5×10-7
3、ACD 4、AD 5、AC 6、A 7、衍射 ，小于
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