光的特性讲解及题目分析

辅导材料——光的特性

一、本讲内容 光的波动性 光的干涉光的波动现象光的波动性光的衍射光的偏振经典波动说光的波动理论激光及其应用光的电磁说电磁波谱立体电影泊松亮斑双缝干涉薄膜干涉应用二、重点难点简析 1．光的干涉现象 （1）现象：两列相干光波在相遇的区域内叠加干涉，形成“有明有暗，明暗相间”的干涉纹。

（2）意义：光的干涉现象充分证实了光具有波动的特性。 （3）相干条件：频率相同；相差恒定。

（4）双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后获得的两列相干光波叠加而形成的干涉现象。若从双缝射出的是频率相同，相差为零的光波，则屏上到达双缝的路程差等于光的半波长的偶（奇）数倍处，将出现明（暗）纹。若双缝间距为d，双缝屏到光屏的距离为L，入射光波长为λ，则相邻明（暗）纹间距为△x=量光波长”的方法。

波长和频率我们知道，波长与频率的乘积等于波速．各种色光在真空中的速度都等于c，如果用v表示光波的频率，则有c=λv．由于各种色光的波长不同，可见它们的频率也不相同．红光的波长最长，频率最小；紫光的波长最短，频率最大．下表是各种色光的频率和在真空中波长的范围：

L上述关系式给出了一种“测d

1

-10

光的波长也常用埃（A）作单位，1埃=10米．但埃不是国际制单位．

（5）薄膜干涉：由透明膜的前、后表面反射的相干光波叠加而形成的干涉现象。利用薄膜干涉可以检验工件平面是否平整，还可以作为光学镜头上的增透膜。

2．光的衍射现象

（1）现象：光绕过障碍物的现象。

（2）意义：光的衍射现象进一步表明光是波。

（3）条件：从理论上讲衍射是无条件的，但需发生明显的衍射现象，其条件是阻碍物（或孔）的尺寸与光波可比（接近光波长或小于光波长）。

（4）单缝衍射：光通过单缝照射到屏上时，屏上将出现“有明有暗，明暗相间”的衍射条纹，与双缝干涉的干涉条纹不同的是：干涉条纹均匀分布，而衍射条纹的明纹较宽，较亮。

（5）泊松亮斑：光照射到不透光的小圆板上时，在圆板阴影中心处出现的衍射亮斑。

3．光的偏振现象

（1）自然光与偏振光：沿着各个方向振动的强度均相同的光称自然光；只沿某一特定方向振动的光称偏振光。

（2）偏振现象：自然光经过某一偏振片（起偏器）A后即变为偏振光；若再使光经过另一偏振片（检偏器）B并逐渐转动偏振片B使A与B的偏振化方向相互垂直，则光就完全不能透过偏振片B。这样的现象叫做光的偏振现象。

（3）意义：光的偏振现象充分表明光波是横波。因为偏振现象是横波所特有的现象。

4．光的电磁说理论

（1）光的电磁说理论 光的干涉现象和衍射现象充分说明光是一种波，而建立在一定理论研究（麦克斯韦理论）和实验事实基础（光速与电磁波速的比较，光的偏振等）上的光的电磁说更进一步指出：光是一种电磁波。

（2）电磁波谱 光与其它电磁波一起按波长从大到小排列起来，构成所谓电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、γ射线。

（3）各波段电磁波的比较（见表）

电磁波 无线电波 红外线 可见光 紫外线 x射线 γ射线

产生机理 电路中自由电子振动 原子核外外层电子跃迁 原子核外外层电子跃迁 原子核外外层电子跃迁 原子核外内层电子跃迁 核内能级跃迁 2

主要应用 无线电广播电视 热作用 视觉效应 荧光效应，化学作用 医用、人体透视 金属探伤等

三、典型例题

例1．用包括红、绿、紫三种色光的复色光做光的双缝干涉实验，在所产生的干涉条纹中离中心条纹最近的干涉条纹是（ ）

A．红色条纹； B．绿色条纹；

C．紫色条纹； D．三种条纹中心条纹的距离相等

分析：不同色光波长不同，红光波长最长，紫光波长最短；双缝干涉中条纹间距与光波长成正比。

解：双缝干涉现象中将在光屏上产生明、暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长成正比，中心处应该是三种单色光的干涉明纹叠加，形成的复色光条纹，考虑到紫光波长最短，紫光的干涉条纹间距最小，所以，靠中心条纹最近的应该是紫色条纹。比例应选C。

例2． 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光用只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时：

A、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失； B、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹仍然存在； C、任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光； D、屏上无任何亮光．

解：在双缝干涉实验中，白光通过单缝成为线光源，从单缝时出的光通过双缝分成两束光，它们在光屏上形成彩色的干涉条纹，现在两个缝前分别放上红色和绿色滤光片，红光和绿光的频率不同，不是相干光，所以屏上没有干涉条纹，只有亮光，选择项C正确

例3．用红光做光的双缝干涉实验，光屏上出现明、暗相间直间距均匀的红色的干涉条纹，今用不透光的障碍物堵起一条缝，则屏上（ ）

A．一片黑暗； B．一片红色； C．仍然是红色的干涉条纹，只是亮相减弱；

D．仍然是明、暗相间的红色条纹，但条纹间距不相同。

分析：红色透过双缝将发生双缝干涉现象；堵起一条缝后红光只能透过单缝而发生单缝衍射现象。注意到双缝干涉的条纹间距与单缝衍射的条纹间距是不同的。

解：堵起一条缝后红光只能透过单缝而射到屏上发生单缝衍射现象，也应将在屏上产生明、暗相间的红色条纹，只是单缝衍射所产生的衍射条纹间距不均匀，由此知：此例应选D。

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例4．用白光做双缝干涉实验时，得到彩色的干涉条纹，下列正确的说法是： A、干涉图样的亮纹是白色的；

B、在靠近亮纹两侧最先出现的是红色条纹； C、在靠近亮纹两侧最先出现的是紫色条纹；

D、在靠近亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关

分析与解答：白光是各种不同色光组成的复色光，光屏到两狭缝距离相等，各色光经双缝到达光屏的路程差为零，在光屏均出现亮纹，各色光复合成白光，所以亮纹为白色由

可知．不同色光的干涉条纹间距 随波长的增大而增

大，紫光的波长最短所以靠近亮纹两侧最先出现的是紫色条纹，选择项AC是正确的 例5．关于衍射的下列说法中正确的是：（ ） A、衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果 B、从双缝干涉中也存在折射现象 C、一切波都很容易发生明显的衍射现象 D、影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 分析与解答：

对于选项A，衍射现象是光通过单缝或孔形成的，但通过单缝（或孔）很窄（小）这些光波在相遇的区域里必然发生叠加于是就出现了条纹．故A正确。对选项B双缝干涉中，每缝中透过的光自身必然发生衍射，因为它完全符合衍射的条件，故B亦正确 至于选项C，一切波都能发生衍射，但并不是一切破都容易发生明显的衍射，要发生明显的衍射，必须满足小孔（或障碍物）的尺度小于或近似等于波长，而有些被长是极短的（例如γ射线）所以就不易发生明显的衍射现象，故C错，选项D也是错的，影的出现只不过是障碍物的尺度远远大于波长，没能发生明显衍射，而且衍射是波的本质属性，并不能以是否被发现而改变，仔细观察便会发现：影的边缘是模糊的，也就是说已经发生了衍射，但不明显罢了，实际上“影的出现”与“衍射条纹”是光波在不同条件下的表现．故选AB

例6．关于光的衍射现象，下面说法正确的是（ ） A、红光的单缝衍射图样是红黑相间的直条纹 B、白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹

C、光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射

D、光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射 分析与解答：

单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条

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纹；光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象．光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边线很模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．综合以上分析，选项A、C正确

例7．试分析下列光现象各属于哪种：夏天的树荫下出现了很多小的图形亮斑，这是______________；雨后路面上油膜呈现出彩色，这是_____________；在阳光照射下有时玻璃片的边缘呈现出彩色，这是_____________.

分析：比例要求了解各种光现象的形成原因及基本特征。

解：夏天树荫下出现小的图形亮斑是光的小孔成像现象，这些图形斑实际上是太阳经茂密的枝叶间的小孔所形成的像；雨后路面上油膜呈现彩色是光的薄膜干涉现象，由于阳光是复色光，不同色光波长不同，将会在油膜的不同厚度、处经前，后表面反射叠加加强，这才使得复色光经油膜的薄膜干涉后呈现出彩色；阳光照射下玻璃片边缘呈现出彩色是光的色散现象，不同色光经玻璃片边缘两次折射后偏折的程度有所不同，这就是因色散而呈现出彩色的原因所在。

例8．和红外线相比，x射线的频率比较__________；在水中传播的速度比较__________；水对其折射率比较________；从水中射向空气时发生全反射现象的临界角比较________；绕过障碍物的本领比较___________；穿透能力比较__________。

分析：要求熟悉电磁波谱，同时要了解频率，波速、折射率、波长、穿透能力等因素间的关系。

解：从电磁波谱的排列中可知，x射线的频率的红外线要高。而频率越高，在介质中传播速度越慢，介质对其的折射率越高，在介质中射向空气时发生全反射现象的临界角越小，波长越短而导致绕过障碍物的本领越多，能量越多而导致穿透能力越强。由此知：此例应依次填充：高、慢、大、小、弱、强。

例9．关于电磁波谱的下列说法中正确的是（ ）

A、伦琴射线是高速电子流射到固体上，使固体原子的内层电子受激发而产生的 B、γ射线是原子的内层电子受激发而产生的 C、紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射

D、在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线 分析与解答：

γ射线是原子核受激发产生的，故答案B不对，在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，波动性越强，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光应比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D答案也不对． 正确答案是A

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例10． 两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180度，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（ ） A、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零 B、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最小值 C、透过偏振片的光强在整个过程中都增强

D、透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强 分析与解答：

起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光强度达到最大当其中一个偏振片转动180度的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，又减小到零，选项A正确．

例11． 以下特点哪些是激光的特性：（ ） （A）方向性好 （B）单色性强． （C）相干性好． （D）温度高． 分析与解答：

激光束的光线平行度极好，可以看成是不发散的，所以A正确；激光器发射的激光，都集中在一个极窄的频率范围内，由于光的颜色是由频率决定的，因此激光器是最理想的单色光源，所以B正确；由于激光束的高度平行性及极强的单色性，因此激光是最好的相干光，所以C也是正确的；D答案说的是激光的温度，是错误的，应该是亮度高．

巩固练习

一、选择题（每题4分，共60分）

1．红光和紫光的波长分别为λ纹间距为△x1和△x2，则（ ）

A．λ1＜λ

2 B．υ1＞υ2

1

和λ2，在真空中传播速度分别为υ

1

和υ2，在水中

传播速度为u1和u2，当用同样的双缝装置分别用红光和紫光做双缝干涉实验所产生的条

C．u1＞u2 D．△x1＜△x2

2．在杨氏干涉实验中，用一束折光照射小孔，在其后的双孔处用紫色玻璃挡住一孔，用红色玻璃挡住另一孔，则在屏上（ ）

A．出现红紫相同的干涉条纹； B．红色干涉条纹； C．紫色干涉条纹； D．无干涉条纹。

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3．一整在玻璃中波长为4000A的单色光，由玻璃射向真空界面，当入射角i=sin（

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1） 时就无法进入真空，则此单色光在真空中的波长和频率为：（ ） 1.5A．6000A，7.5×10Hz B．6000A，5×1014Hz C．4000A，7.5×10Hz D．4000A，5×1014Hz 4．关于光的传播，下列说法中哪些是正确的？（ ） A．各种色光在真空中传播速度相同，在介质中传播速度不同； B．各种色光在真空中频率不同，同一色光在不同介质中频率相同； C．同一色光在各种介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同； D．各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比任何价质中的波长

都长。

5．关于无线电波，下列说法哪些是正确的？（ ） A．电磁波中最容易表现干涉、衍射现象的是无线电波； B．红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发以后产生的； C．γ射线是原子内层电子受激发而产生的；

D．红外线的波长比红光的波长长，它的显著效应是热效应。 6．关于光学装置上的增透膜，下列说法中错误的是（ ） A．照相机的镜头上涂一层增透膜后，可提高成像的艺术效果。 B．光学镜头上涂增透膜是为了使入射的各种色光都不发生反射。 C．增透膜的厚度应是入射光波长的四分之一。 D．涂有增透膜的镜头，看上去呈淡紫色，说明增透膜增强了镜头对紫光的透射程度 7．如图所示是用干涉检查某块厚玻璃板的上 014

014

00表面是否平的装置。所用单色光是用普通光源加滤光 片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两 个表面反射的光线叠加而成的（ ） A．a的上表面和b的下表面.

单色光标准样板薄片厚玻璃砖aB．a的上表面和b的上表面 b C．a的下表面和b的下表面 D．a的下表面和b的下表面

8．如图所示，一等腰玻璃三棱镜，其顶角θ恰 好与黄光的临界角相等，今有一束白光射入棱镜，在屏M 上形成了由红到紫的七色彩带，当把入射光的入射角逐渐 减小到零的过程中，我们将观察到（ ） A．红光最先消失 B．紫光最后消失 C．紫光最先消失 D．红光最后消失 θM红紫9．用一单色的黄光，照射一不透明的圆板时，在圆板的背景中恰能观察到一光斑，

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则用红光，绿光、紫光照射圆板也能在圆板背影中观察到光斑的是（ ）

A．只有红光 B．只有紫光 C．只有绿光和紫光 D．三种光都能

10．对于光的衍射定性分析，下列说法中正确的是（ ）

A．只有障碍物（或孔）的尺寸可以跟光波波长相长甚至比光的波长还要小的时候，才能明显产生光的衍射现象.

B．光的衍射现象是光波互相叠加的结果. C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论. D．光的衍射现象说明了光具有波动性. 11．光的电磁说认为（ ）

A．光波跟机构波不同，光波传播时不需要任何弹性介质 B．光是一种电磁波

C．光速跟电磁波传播速度相同

D．跟电磁波一样，光波具有反射，折射、干涉、衍射等性质 12．关于红外线的作用和来源的正确叙述有（ ） A．一切物体都在不停地辐射红外线 B．红外线有很强的荧光效应和热作用 C．红外线的主要作用是化学作用 D．红外线容易穿过云雾烟尘

13．关于伦琴射线，下述正确的是（ ） A．高速电子流射到任何固体上，都会产生伦琴射线 B．伦琴射线是波长很短的电磁波 C．伦琴射线可使照相底片感光

D．伦琴射线穿透物质的本领跟物质的密度有关 14．在电磁波谱中（ ）

A．各种电磁波有着明显的频率和波长区域界限 B．γ射线的频率一定高于伦琴的射线的频率 C．伦琴射线的波长有可能等于紫外线的波长 D．可见光的波长一定比无线电波的波长短

15．一种电磁波入射到半径为1米的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱的区域是（ ）

A．γ射线 B．可见光 C．无线电波 D．紫外线

二、填空题（每题6分，共30分）

16．某种玻璃时红光和紫光的折射率分别为n1和n2，红光与紫光的频率分别为f1和f2，则红光与紫光在这种玻璃中传播速度之比为_________；红光与紫光分别经相同的双缝装置所产生的干涉条纹间距之比为________.

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17．阳光照射下肥皂膜呈现彩色，这是光的_____________现象；通过狭缝看远处的日光灯时可以看到彩色条纹，这是光的___________现象。光的上述现象充分表明：光是_________.

18．不同的电磁波产生的机理一般不同。无线电波是____________________________产生的；紫外线是________________________产生的；γ射线是_______________________产生的。

19．在点光源与光屏之间放置一个带有圆孔的板，当板上圆孔直径从比较大开始逐渐减小直至闭合的整个过程中，光屏上依次出现的现象是____________________________

______________________________________。

20．在声波和光波这两种波当中，能发生反射现象的有___________________；能发生干涉现象的有______________________；能在真空中沿直线传播的有_______________。

三、计算题（10分）

21．紫光在真空中的波长与绿色在水中的波长相等，水对绿光的折射率为 紫光与绿光的频率之比为多大？

4，则：3参

1．C 2．D 3．B 4．ABD 5．ABC 6．ABCD 7．C 8．CD 9．A 10．ABD 11．ABCD 12．AD 13．ABCD 14．CD 15．C 16．

n2n2f2, n1n1f117．薄膜干涉，单缝衍射， 波

18．振荡电路中自由电子的振荡，核外的外层电子受激，核内的能极跃迁 19．光线直线传播而形成圆形亮斑，小孔成绿，小孔衍射， 20．声波和光波，声波和光波，光波 21．f1 ：f2= 4 ：3

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