第二十章 光的波动性.doc

第二十章 光的波动性 我们已经不止一次地听到光是一种电磁波的说法，但要接受这个观点，必须基于物理事实的总结。这是实现本章学习目的的基本手段。而且，本章的实验大多数都是在我们现有的条件下能够做成的，大家在课堂上要注意观察、思考，必要的时候，我们还要自己动手进行分组实验——重复一百年前伟人们的研究历程。 本章可分为四个单元第一单元：第节，讲光的干涉和衍射第二单元：第节，讲光的电磁说，电磁波谱第三单元：第节，讲光的偏振，进一步说明光是横波，是电磁波第四单元：第节，介绍激光知识点高考都是A级。在历年的高考试题中，有关本章的内容多以选择或填空题的形式出现命题较高的是光的干涉、衍射，其次是波长、波速和频率的关系，有时还与几何光学中的知识结合起来进行考查认识光的干涉现象及光产生干涉的条件理解干涉形成原理条纹的特征干涉条件干涉形成原理条纹的特征干涉a、定性阐述… b、定量（板图1）分析 δ= S2P1 － S1P1 ≈dsinθ= d· 当δ= 0时（位置：P点），对应第一个最强点（事实上是一条线），此时 x = 0 当δ=λ时（位置：P1点），对应第二个最强“线”，此时 x′=λ 当δ= 2λ时（位置：P2点），对应第三个最强“线”，此时 x″=2λ …… 同学们，最亮条纹之间的间距是多少？ ☆学生：条纹间距Δx = x′－ x = x″－ x′= λ。 我们这里没有计算暗纹的位置和间距情况，暗纹的间距又是多少呢？ ☆学生：当然和亮纹间距相等。 3、条纹间距 Δx = λ 假设我们手头有两个相干光源（平行的线光源），它们相距1m ，供观察的屏到光源之间的距离为2m ，光的波长是我们前面提到的钠黄光（λ= 5893），那么干涉条纹的间距Δx等于多少？ ★师生共同计算：Δx = 1.18×10-6m = 0.00118mm 。d = 0.2mm ，屏与双缝距离 l = 1m）？ ★学生：Δx = 2.95mm 。 很显然，这个间距观察起来是很“舒服”的，这个数据也和我们实际观察到的间距相符。 刚才我们事实上已经解释了双缝间距的宽窄会影响干涉条纹的间距，在这方面，我们还可以通过实验验证—— 演示：相同色光，改变双缝宽度，干涉条纹检举改变 a、学生观察； b、教材彩图对应。 下面，我们还要解释关于双缝干涉的另外两个事实—— 1、不同色光，条纹间距不同。 a、介绍光的颜色和波长的一般对应规律（参照教材表格）； b、学生解释“事实”； c、演示：不同色光的条纹间距不同… d、参照教材彩图… 2、复色光会形成彩色条纹☆学生：不同。 为什么还需要一个肥皂薄膜？这里我们做一个分析—— a、楔性薄膜介绍； b、板图2定量分析 δ= 2h 若在P处，δ= λ，则P处为亮纹，h = 若在P1处，δ= 2λ，则P1处为亮纹，h1 =λ 若在P2处，δ= 3λ，则P2处为亮纹，h2 =λ …… 启发：同学们，如果知道薄膜倾角α，我们是否可以求出薄膜表面亮纹之间的宽度？ ★师生共同计算：相临亮纹处的厚度差 Δh = 设亮纹间距为Δy ，由于α很小，tgα≈ ，所以—— 亮纹间距（即条纹间距）Δy = 应用：请同学们计算一下，在刚才的钠黄光薄膜干涉中，要求条纹的间距为3mm（这样观察起来不至于太吃力），则薄膜倾角约为多少？3甲所示）的状况，干涉条纹将是什么状况？ ★学生：思考、交流… 教师导引分析如图3乙和丙所示（1区倾角增大，2区倾d、学生观察观察实验现象、表达实验结果。 总结：①光线离开直线路径绕过障碍物阴影里去；②衍射区域的光强有规则地分布。 1、光的衍射：光离开直线路径绕过障碍物阴影里去的现象叫做光的衍射现象。 过渡：衍射现象中，由于光强的规则分布，光屏上也出现了条纹，我们把它们称为衍射图样，衍射图样和（杨氏）干涉图样是一样的吗？ ☆学生：不同。 2、单缝衍射图样 比较单色光的双缝干涉图样与单色光的单缝衍躯干图样，它们各有什么特点？ ☆学生：观察实验现象、参看教材彩图2《光的干涉和衍射》，比较衍射图样和干涉图样的差别… 干涉：条纹间距基本相等，条纹的亮度衰减较小； 衍射：条纹间距不相等（但相等中央亮纹对称），条纹的亮度衰减明显。 我们已经知道了干涉图样是怎样形成的，并能够求出杨氏双缝干涉的条纹间距，那么，单缝衍射的图样又是怎样形成的呢？ 3、衍射图样的解释 a、定性解释——惠更斯子波理论、干涉理论； b、定量解释—— *菲涅尔半波带（解释夫琅和费单缝衍射） 草稿板图图1； a一定，对于合适的θ = θ1 ，总可以找到 asinθ1 = ·2k（图1展示了k = 1的情形） 此时，将单缝出发的子波面划分为2k个“半波带”（图1中，AB是一个半波带、BC是第二个）。这样，一个半波带中的某个点，总是可以在相临的半波带中找到波程差为