2017屆高中物理第4章光的波動(dòng)性4.1光的干涉學(xué)案選修.docx

1光的干涉學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.知道什么是相干光源以及光產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.2.觀察光的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)雙縫干涉條紋的特點(diǎn)及其明暗條紋的位置特點(diǎn).3.觀察薄膜干涉現(xiàn)象，知道薄膜干涉條紋的特點(diǎn)，并能用它解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象1波的干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(1)史實(shí)：1801年，英國(guó)物理學(xué)托馬斯楊做了著名的光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象(2)雙縫干涉圖樣：如圖1所示，用單色光去照射雙縫，屏幕上就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的等距離的條紋圖1(3)干涉條件：兩列光的頻率相同，振動(dòng)方向一致，且相位差恒定(4)能發(fā)生干涉的兩束光稱為相干光(5)意義：光的干涉現(xiàn)象充分表明光是一種波3明暗條紋位置的判斷方法當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離差等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍(即恰好等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí))，兩列光在這點(diǎn)相互加強(qiáng)，這里出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，兩列光在這點(diǎn)相互削弱，這里出現(xiàn)暗條紋4奇妙的薄膜干涉(1)觀察薄膜干涉：如圖2所示，把這層液膜當(dāng)作一個(gè)平面鏡，用它觀察燈焰的像時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)水平方向的明暗相間的條紋圖2(2)相干光源：液膜前后兩表面反射的兩列光波(3)薄膜干涉的成因光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，在薄膜的不同位置，前后兩個(gè)面的反射光的光程差不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，兩列波疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋.一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)問題設(shè)計(jì)麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波光若是一種波，它就應(yīng)該有衍射、干涉現(xiàn)象，托馬斯楊通過雙縫實(shí)驗(yàn)觀察到了光的干涉現(xiàn)象，從而證明了光具有波動(dòng)性波發(fā)生干涉的必要條件是什么？托馬斯楊如何得到兩個(gè)相干光源的？答案波發(fā)生干涉的必要條件是兩列波頻率相同托馬斯楊通過兩個(gè)狹縫獲得了兩個(gè)相干光源要點(diǎn)提煉1楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)示意圖，如圖3所示圖32單縫的作用：獲得線光源3雙縫的作用：獲得兩個(gè)相干光源4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在屏上出現(xiàn)一系列明暗相間的條紋5實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光具有波動(dòng)性例1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏上觀察到了彩色干涉條紋若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光的頻率、波長(zhǎng)均不相等，這時(shí)()A只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B有除紅色、綠色外的其他顏色的雙縫干涉條紋C任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D屏上無任何光亮解析兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生干涉的兩束光，在屏上形成干涉條紋，但分別用紅濾光片和綠濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不相等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，故選C.答案C二、光屏上出現(xiàn)明暗條紋的條件問題設(shè)計(jì)機(jī)械波發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)，形成的圖樣有什么特點(diǎn)？光發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)為什么會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋？答案機(jī)械波的干涉圖樣的特點(diǎn)是：振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)相互間隔，其分布不變光發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)也會(huì)交替分布反映在屏上，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)，光能量較強(qiáng)亮；振動(dòng)減弱區(qū)，光能量較弱暗，即得到明暗相間的干涉條紋要點(diǎn)提煉屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件1出現(xiàn)亮條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍即：|PS1PS2|k2k(k0,1,2,3，)2出現(xiàn)暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍即：|PS1PS2|(2k1)(k1,2,3，)例2用波長(zhǎng)為的單色光照射單縫O，經(jīng)過雙縫M、N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，如圖4所示，圖中a、b、c、d、e為相鄰亮條紋的位置，c為中央亮條紋，則()圖4AO到達(dá)a、b的路程差為零BM、N到達(dá)b的路程差為CO到達(dá)a、c的路程差為4DM、N到達(dá)e的路程差為2解析振動(dòng)方向一致的兩光源在空間發(fā)生干涉，得到亮條紋的條件需滿足Lk(k0,1,2,3)答案BD三、奇妙的薄膜干涉問題設(shè)計(jì)如圖5所示，在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜，放在酒精燈旁，膜上就會(huì)出現(xiàn)燈焰的像肥皂膜上為什么會(huì)出現(xiàn)燈焰的像呢？這個(gè)像有什么特點(diǎn)？圖5答案液膜上的像是液膜前后兩個(gè)面反射的光形成的特點(diǎn)：此像由明暗相間的水平條紋組成要點(diǎn)提煉1薄膜干涉的原理與雙縫干涉的情況相同，在膜上不同位置，來自前后兩個(gè)面的反射光(用圖6中實(shí)線和虛線來代表)所走的路程差不同路程差是光在介質(zhì)中波長(zhǎng)的整數(shù)倍的位置上時(shí)，疊加后加強(qiáng)，出現(xiàn)了亮條紋；路程差是光在介質(zhì)中半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的位置上時(shí)，疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)了暗條紋圖62薄膜干涉中應(yīng)注意的問題(1)觀察的是從膜前、后兩表面反射回來的光(眼睛與光源在膜的同一側(cè))(2)用單色光照射時(shí)得到明暗相間的條紋，用白色光照射時(shí)得到彩色條紋例3用如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象，圖(a)是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈，將金屬線圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是()圖7A當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)30時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30B當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)45時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90C當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)60時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30D干涉條紋保持不變解析豎直肥皂膜是由重力作用產(chǎn)生的上薄下厚的薄膜，所以金屬線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知，同一厚度處的干涉條紋在同一級(jí)次上，所形成的干涉條紋都是水平的，與金屬線圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)無關(guān)，仍然是水平的干涉條紋，D正確答案D1能發(fā)生干涉的兩束光應(yīng)是()A亮度一樣B顏色一樣C頻率相等 D傳播方向相同答案C解析產(chǎn)生干涉的條件是兩光源的頻率相同，振動(dòng)方向相同，相位差恒定2某同學(xué)自己動(dòng)手利用如圖8所示器材，觀察光的干涉現(xiàn)象其中，A為單縫屏，B為雙縫屏，C為像屏當(dāng)他用一束陽(yáng)光照射到A上時(shí)，屏C上并沒有出現(xiàn)干涉條紋他移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因，最大的可能是()圖8A單縫S太窄 B單縫S太寬CS到S1和S2距離不等 D太陽(yáng)光不能做光源答案B解析因?yàn)橐谱連屏后，在C上出現(xiàn)一窄亮斑，說明單縫S太寬本實(shí)驗(yàn)中，單縫S應(yīng)非常窄，才可看作“理想線光源”，也才能成功地觀察到干涉現(xiàn)象，故B正確，A錯(cuò)誤；S到S1和S2距離不等時(shí)也能出現(xiàn)干涉條紋，但中央不一定是亮條紋，C錯(cuò)誤；太陽(yáng)光是復(fù)色光，可出現(xiàn)彩色干涉條紋，D錯(cuò)誤3在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0.6 m，若分別用頻率為f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是()A單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)明條紋B單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋C單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)明條紋答案C解析判定某處是明條紋還是暗條紋，關(guān)鍵是看該處到兩光源的光程差是該光波長(zhǎng)的多少倍，若是整數(shù)倍，該處為明條紋；若為整數(shù)倍加半個(gè)波長(zhǎng)，則為暗條紋單色光f1的波長(zhǎng)10.6106 m0.6 m.單色光f2的波長(zhǎng)20.4106 m0.4 m可見L1，L2，故用f1照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋，用f2照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋基礎(chǔ)題1從兩只相同的手電筒射出的光，當(dāng)它們?cè)谀骋粎^(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是因?yàn)?)A手電筒射出的光不是單色光B干涉圖樣太細(xì)小看不清楚C周圍環(huán)境的光太強(qiáng)D這兩束光為非相干光源答案D解析兩束光的相位差不恒定，且都不是單色光，故不是相干光源，因此不能產(chǎn)生干涉圖樣2關(guān)于光的干涉，下列說法正確的是()A只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉B頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定C兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋D兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋答案AC解析兩列波產(chǎn)生干涉時(shí)，頻率必須相同，否則不可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而不是干涉不穩(wěn)定，故A正確，B錯(cuò)誤兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋；若該路程差是光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋(注意是半波長(zhǎng)而不是波長(zhǎng))，故C正確，D錯(cuò)誤3下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是()A單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源B雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源C光屏上距兩縫的路程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋D在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生答案B解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單縫的作用是獲得一個(gè)線光源，使光源有惟一的頻率和振動(dòng)情況，雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的相干光源，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確在兩個(gè)相干光源完全相同的情況下，光屏上距兩縫的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，選項(xiàng)C錯(cuò)誤兩列光波只要相遇就會(huì)疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會(huì)發(fā)生光的干涉，用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤4下列關(guān)于雙縫干涉條紋的說法中正確的是()A用同一種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，能觀察到明暗相間的單色條紋B用同一種單色光經(jīng)雙縫干涉的明條紋到兩縫的距離之差為該色光波長(zhǎng)的整數(shù)倍C用同一種單色光經(jīng)雙縫干涉的明條紋到兩縫的距離之差一定為該色光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍D用同一種單色光經(jīng)雙縫干涉的暗條紋到兩縫的距離之差一定為該色光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍答案ABD解析同一單色光干涉條紋為明暗相間的單色條紋，選項(xiàng)A正確；光程差Lk(k為整數(shù))時(shí)，為明條紋，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；L(k1,2)時(shí)，為暗條紋，選項(xiàng)D正確5如圖1所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實(shí)驗(yàn)(其他條件不變)時(shí)，則同側(cè)第二暗條紋的位置()圖1A仍在P處B在P點(diǎn)上方C在P點(diǎn)下方D要將屏向雙縫方向移近一些才能看到答案B解析由知f變小，變大若出現(xiàn)第二條暗條紋，則P到雙縫的光程差L，當(dāng)變大時(shí)，L也要變大，故第二條暗條紋的位置向上移，即在P點(diǎn)上方，B正確6關(guān)于薄膜干涉，下列說法中正確的是()A只有厚度均勻的薄膜，才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象B只有厚度不均勻的楔形薄膜，才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象C厚度均勻的薄膜會(huì)形成干涉條紋D觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí)，觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè)答案D解析當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí)，只要前后兩個(gè)面反射回來的光波的路程差滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件，就會(huì)出現(xiàn)亮條紋，滿足振動(dòng)減弱的條件就會(huì)出現(xiàn)暗條紋這種情況在薄膜厚度不均勻時(shí)才會(huì)出現(xiàn)；當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但也發(fā)生干涉現(xiàn)象如果是單色光照射，若滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件，整個(gè)薄膜前方都是亮的，否則整個(gè)薄膜的前方都是暗的如果是復(fù)色光照射，某些顏色的光因干涉而減弱，另一些顏色的光因干涉而加強(qiáng)減弱的光透過薄膜，加強(qiáng)的光被反射回來，這時(shí)會(huì)看到薄膜的顏色呈某種單色光的顏色，但不形成干涉條紋所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確能力題7光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫S的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋屏上O點(diǎn)到兩縫的距離相等，P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋已知紅光、綠光和藍(lán)光三種色光比較，紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，藍(lán)光的波長(zhǎng)最短，那么如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況，下列敘述正確的是()圖2A紅光在O點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋B紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方CO點(diǎn)不是藍(lán)光的亮條紋D藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方答案AB解析O點(diǎn)無論對(duì)哪種顏色的光來說，到S1、S2的光程差都為0，故各色光都會(huì)在O點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋，故A正確，C錯(cuò)誤；紅光的波長(zhǎng)比綠光的長(zhǎng)，故屏上某點(diǎn)到S1、S2的光程差等于紅光波長(zhǎng)的位置應(yīng)在P點(diǎn)的上方，即紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方，B正確；同理，藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的下方，D錯(cuò)誤8如圖3所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對(duì)稱軸位置處稍微向上移動(dòng)，則()圖3A不再產(chǎn)生干涉條紋B仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置不變C仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置略向上移D仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置略向下移答案D解析本實(shí)驗(yàn)中單縫S的作用是形成頻率一定的線光源，雙縫S1、S2的作用是形成相干光源，稍微向上移動(dòng)S后，沒有改變傳到雙縫的光的頻率，由S1、S2射出的仍是相干光，由單縫S發(fā)出的光到達(dá)屏上P點(diǎn)下方某點(diǎn)的光程差為零，故中央亮紋下移9如圖4所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用單色光是用普通光通過濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的()圖4Aa的上表面和b的下表面Ba的上表面和b的上表面Ca的下表面和b的上表面Da的下表面和b的下表面答案C解析干涉法的原理是利用單色光的薄膜干涉，這里的薄膜指的是樣板與待測(cè)玻璃板之間的空氣層在空氣層的上表面和下表面分別反射的光會(huì)發(fā)生干涉，觀察干涉后形成的條紋是否為平行直線，可以斷定厚玻璃板的上表面是否平整因此選項(xiàng)C是正確的10.如圖5所示是單色光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)?zāi)骋粫r(shí)刻的波形圖，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷在此時(shí)刻，介質(zhì)中A點(diǎn)為波峰相疊加點(diǎn)，B點(diǎn)為波谷相疊加點(diǎn)，A、B連線上的C點(diǎn)為某中間狀態(tài)的相疊加點(diǎn)如果把屏分別放在A、B、C三個(gè)位置，那么()圖5AA、B、C三個(gè)位置都出現(xiàn)亮條紋BB位置出現(xiàn)暗條紋CC位置出現(xiàn)亮條紋或暗條紋要由其他條件決定D以上結(jié)論都不對(duì)答案A解析在干涉現(xiàn)象中，所謂“振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)”是指兩列波在該點(diǎn)引起的振動(dòng)方向總是相同，該點(diǎn)的振幅是兩列波的振幅之和，而不要理解為該點(diǎn)始終處于波峰或波谷，在某些時(shí)刻它也可以位于平衡位置(如題圖中C點(diǎn))所謂“振動(dòng)減弱的點(diǎn)”是指兩列波在該點(diǎn)引起的振動(dòng)方向總是相反的，該點(diǎn)的振幅是兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，則該點(diǎn)始終在平衡位置對(duì)光波而言，該點(diǎn)是完全暗的本題中，A、B、C連線上所有的點(diǎn)到縫S1、S2的距離相等，所以A、B、C三點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，屏上對(duì)應(yīng)出現(xiàn)的都是亮條紋11在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，入射光的波長(zhǎng)為，若雙縫處兩束光的振動(dòng)情況恰好相同