小马物理讲义：高三一轮复习《波动光学》

我们知道光具有波粒二象性，今天我们来讲光的波动性。

首先我们来看一下学习目标：

1知道光的干涉，衍射和偏振现象。

2掌握光的干涉，衍射现象产生的条件。

3知道光的干涉衍射和偏振现象在日常生活中的应用。

一：光的干涉现象

1 双缝干涉

（1）双缝干涉实验介绍

光具有波动性，最早是由英国的物理学家托马斯杨，通过双缝干涉实验，发现了光的干涉现象。之前光的干涉现象一直没有被发现，原因在于：稳定的干涉现象需要相干光源，也就是两列光必须满足：频率相等，相位差不变。

托马斯杨巧妙的利用了双缝。如图所示，让一束激光通过双缝就变成了两束相干光。在光屏上这两束光相互叠加，某些区域振动相互加强，形成亮条纹；某些区域震动相互减弱，形成暗条纹。最终得到了明暗相间的干涉图样。

如图，如果是单色光的干涉图，会呈现明暗相间 等间距 的条文。如果是白光，如图所示：中央是白色亮条纹，其余两侧是彩色条纹。原因在于：白光是复色光，各种单色光波长不同，发生了色散。

（2）光屏上明暗条纹形成的条件

明条纹意味着该点处两列光波振动形式相同，振动相互加强。该点到双缝的光程差为半波长的偶数倍

暗条纹则意味着该点处两列光波振动形式相反，振动相互减弱。该点到双缝的光程差为半波长的奇数倍

（3）两个相邻的暗条纹或者明条纹的间距

运用几何知识，相邻两个两条纹之间的距离为

其中，波长用表示，d表示两个狭缝之间的距离，L为挡板与屏间的距离。

2 薄膜干涉

（1）薄膜干涉现象

如图，太阳光经薄膜的两个表面反射后，两束反射光产生的干涉现象，这就是薄膜干涉。

以左图为例，铁丝环上的肥皂膜由于受到重力的作用，上面薄下面厚，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，并且水平的这一行厚度相同，就出现了水平的明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。

（2）薄膜干涉的应用——增透膜

例如照相机，我们想让透过镜头的光更多一点，可以通过给镜头贴增透膜来实现。增透膜使得前后两个界面的反射光线相互叠加，振动减弱。这样就减少了反射光的能量，从而增加了透射光的能量。

由于这两列反射光的光程差是薄膜厚度的两倍，而振动相互减弱，光程差是半波长，所以增透膜的厚度应该是波长的1/4。

（3）薄膜干涉的应用——检查工件表面的平整度

如图所示，上面放置标准件，下面放置待检测工件。这样他们之间就形成了一个空气膜。在空气膜的上下两个交界面处的两列反射光是相干光，发生干涉。在检测件平整时我们会看到平行分布的干涉条纹。原因在于：这一条亮条纹下，空气膜的厚度相同。这些亮条纹处的光程差都是波长的整数倍。

如果检测件不平整，那么干涉条纹就不会平行。如图，如果干涉条纹向前突起，说明前边的厚度已经和后边的厚度相同，说明待测件有凹陷；反之，如果干涉条纹，向后凸起，说明后边的厚度和前边的厚度相同，说明待测件有凸起。

二：光的衍射

我们知道，只有波才具有绕过障碍物发生衍射的现象。光同样具有衍射现象。光的衍射也是光的波动性的体现。

这里咱们再强调一下，对波来讲，衍射总是在发生，只有明显与不明显的区别。发生明显衍射的条件就是：障碍物的尺寸小于或等于波长。

下面我们分别来看一下，光遇到单缝，小孔和不透光的小圆盘时的衍射图。

（1）光的单缝衍射图

我们可以看到它是中间宽，两边逐渐变窄变暗。对比双缝干涉图，双缝干涉的条纹明暗相同，且等间距。通过这个区别，我们来区分到底是干涉图还是衍射图。

（2）光的小孔衍射和光的小圆盘衍射

光的小圆孔衍射如图所示，中间对量，两边逐渐变窄变暗。

光的不透明的小圆盘衍射如图所示，圆盘阴影的中心处会出现一个小靓班，我们称之为泊松亮斑，外围会出现间距不等的圆环。

三：光的偏振

偏振指的是波的振动方向垂直于波的传播方向，而偏向于某一特定方向的现象。只有横波才有偏振现象，纵波没有。

我们把光分为两类，自然光和偏振光。自然光指光的振动面包含所有方向。偏振光指光的振动面只在某一特定方向。我们可以让光通过偏振片来得到偏振光。

光的偏振现象进一步说明了光波是横波。

主要应用在：立体电影，消除车灯眩光，照相机镜头等。

四 知识梳理，课堂小结