4.3光的干涉（原卷版）

4.3光的干涉基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理一、楊氏干涉實驗1.1801年，英國物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，人們開始認識到光具有.2.雙縫干涉實驗(1)實驗過程：讓一束光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個，它們的頻率、相位和方向總是相同的，兩個光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加發(fā)生現(xiàn)象.(2)實驗現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋.(3)實驗結(jié)論：光是一種.二、決定條紋間距的條件1.干涉條件：兩波源的頻率、振動方向都，相位差.2.出現(xiàn)明暗條紋的判斷(1)亮條紋：當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的倍時，出現(xiàn).(2)暗條紋：當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的倍時，出現(xiàn).典型例題分析典型例題分析考點一：發(fā)生雙縫干涉的條件【例1】某同學利用如圖所示實驗觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，C為光屏。當讓一束陽光照射A屏時，C屏上并沒有出現(xiàn)干涉條紋，移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實驗失敗的原因可能是（）A．單縫S太窄 B．單縫S太寬C．S到S1和S2距離不相等 D．陽光不能作為光源【變式練習】1．在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕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、波長均不相等，這時（）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．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋仍然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在D．至少有一種顏色的雙縫干涉條紋2．某同學希望在暗室中用如圖實驗裝置觀察光現(xiàn)象：平面鏡水平放置，單色線光源S垂直于紙面放置，S發(fā)出的光有一部分直接入射到豎直放置的光屏上，一部分通過平面鏡反射后射再到光屏上，如圖為某一條光線的光路圖則（）A．光現(xiàn)象為偏振現(xiàn)象 B．光現(xiàn)象為衍射現(xiàn)象C．光屏上的條紋與鏡面平行 D．光屏上是明暗相間的彩色條紋考點二：干涉條紋間距與波長的關(guān)系【例2】中國古人對許多自然現(xiàn)象有深刻認識，唐人張志和在《玄真子·濤之靈》中寫道：“雨色映日而為虹”。從物理學角度看，虹是太陽光經(jīng)過雨滴的兩次折射和一次反射形成的。如圖是彩虹成因的簡化示意圖，其中a、b是兩種不同頻率的單色光，則兩光（）A．在同種玻璃中傳播，a光的傳播速度一定小于于b光B．以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光側(cè)移量大C．光分別通過同一雙縫干涉裝置時，屏上的條紋間距D．以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是a光【變式練習】1．a(chǎn)光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示，若只將a光換成b光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示，則下列敘述正確的是（）A．a(chǎn)光的頻率較大 B．b光的頻率較小C．a(chǎn)光的波長較大 D．b光的波長較大2．在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是（）A．改用藍色激光B．增大雙縫間距C．將屏幕向遠離雙縫的位置移動D．將光源向遠離雙縫的位置移動考點三：已知光程差和頻率判斷某點的明暗條紋【例3】如圖所示，在雙縫干涉實驗中，用波長nm的橙色光實驗時，P為中心點上方第一條亮紋，現(xiàn)改用波長為400nm的紫光進行實驗，則（）A．處和P處都是亮條紋 B．處是亮條紋，P處是暗條紋C．處是暗條紋，P處是亮條紋 D．處和P處都是暗條紋【變式練習】1．雙縫干涉實驗裝置的截面圖如圖所示，O點為、連線中垂線與光屏的交點，光源發(fā)出的波長為的光，O點出現(xiàn)亮條紋?，F(xiàn)在右側(cè)垂直放置一塊玻璃片，玻璃對該波長光的折射率為1.5，不計光在玻璃片表面的反射，要使O點仍出現(xiàn)亮條紋，則玻璃片的厚度可能是（）A． B． C． D．2．如圖所示是研究光的雙縫干涉示意圖，擋板上有兩條狹縫，，經(jīng)過，的兩束光到達屏上時會產(chǎn)生干涉條紋。已知屏上的P點到兩狹縫和的距離相等。如果入射光的波長為，把P處的亮條紋記作0號條紋，由P向上數(shù)，與0號亮條紋相鄰的亮紋為1號亮紋，與1號亮紋相鄰的亮紋為2號亮紋，則處的亮紋恰好是3號亮紋。當入射光的波長時，則處為（）A．4號亮紋 B．4號暗紋 C．6號亮紋 D．6號暗紋方法探究方法探究一、楊氏干涉實驗1.楊氏雙縫干涉實驗(1)雙縫干涉的裝置示意圖實驗裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏.(2)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況.也可用激光直接照射雙縫.(3)雙縫的作用：將一束光分成兩束頻率相同且振動情況完全一致的相干光.2.光產(chǎn)生干涉的條件兩束光的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同.楊氏雙縫干涉實驗是靠“一分為二”的方法獲得兩個相干光源的.3.干涉圖樣(1)單色光的干涉圖樣：干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋.(2)白光的干涉圖樣：中央條紋是白色的，兩側(cè)干涉條紋是彩色條紋.二、決定條紋間距的條件1.兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長有關(guān)，波長越大，條紋間距越大.白光的干涉條紋的中央是白色的，兩側(cè)是彩色的，這是因為：各種色光都能形成明暗相間的條紋，都在中央條紋處形成亮條紋，從而復合成白色條紋.兩側(cè)條紋間距與各色光的波長成正比，條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋.2.亮、暗條紋的判斷如圖所示，設(shè)屏上的一點P到雙縫的距離分別為r1和r2，路程差Δr＝r2－r1.(1)若滿足路程差為波長的整數(shù)倍，即Δr＝kλ(其中k＝0，1，2，3，…)，則出現(xiàn)亮條紋.k＝0時，PS1＝PS2，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋.k為亮條紋的級次.(2)若滿足路程差為半波長的奇數(shù)倍，即Δr＝eq\f(2k－1,2)λ(其中k＝1，2，3，…)，則出現(xiàn)暗條紋.k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開.課后小練課后小練一、單選題1．如圖所示，某同學在陽光下觀察豎直放置的肥皂膜，看到彩色條紋。下列說法正確的是（）A．肥皂膜厚度是均勻的B．彩色條紋是光的衍射產(chǎn)生的C．彩色條紋是光的干涉產(chǎn)生的D．如果換成單色光則觀察不到條紋2．在暗室中，用激光照射不透明擋板上的兩條平行狹縫，在后面的光屏上觀察到如圖所示的條紋，下列說法正確的是（）A．這是光的衍射現(xiàn)象，說明光具有波動性 B．這是光的衍射現(xiàn)象，說明光具有粒子性C．這是光的干涉現(xiàn)象，說明光具有波動性 D．這是光的干涉現(xiàn)象，說明光具有粒子性3．如圖所示是研究光的雙縫干涉的示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1和S2發(fā)出的兩列波到達屏上時會產(chǎn)生干涉條紋。已知入射激光的波長為λ，屏上的P點到兩縫S1和S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記作第0號亮條紋，由P向上數(shù)，與0號亮條紋相鄰的亮條紋為1號亮條紋，與1號亮條紋相鄰的亮條紋為2號亮條紋，則P1處的亮條紋恰好是10號亮條紋．設(shè)直線S1P1的長度為r1，S2P1的長度為r2，則r2－r1等于（）A．9.5λ B．10λC．10.5λ D．20λ4．把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖所示，這時可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法中正確的是（）A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的上下兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B．干涉條紋中的暗紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C．增大薄片的厚度，條紋間距變大D．觀察薄膜干涉條紋時，眼睛應在入射光的另一側(cè)5．一束由紅光和綠光組成的復色光經(jīng)三棱鏡折射后，光路如圖所示，則（）A．a(chǎn)是綠光，b是紅光B．波長關(guān)系為C．在三棱鏡中的傳播速度D．射向同一雙縫干涉裝置，其干涉條紋間距6．如圖所示為雙縫干涉的原理圖，單縫、屏上的點均位于雙縫和的中垂線上，當雙縫與屏之間的介質(zhì)為空氣時，屏上P點處是上方的第4條暗條紋的中心，屏上點與P點間的干涉條紋間距為。已知入射光在空氣中的波長為，空氣中的光速近似為c，雙縫與屏之間的距離為L，則雙縫和的距離為（）A． B． C． D．7．煤礦中瓦斯爆炸危害極大。某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是，他設(shè)計了一種利用光的干涉監(jiān)測礦井瓦斯的儀器，原理如圖所示。在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋韵抡f法正確的是（）①如果屏的正中央仍是亮條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉條紋不停地移動，說明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定④只有用單色光照射單縫時，才可能在屏上出現(xiàn)干涉條紋A．①③ B．②③ C．②④ D．①④8．某小組用圖甲裝置進行雙縫干涉實驗，調(diào)節(jié)完畢后，在屏幕上觀察到如圖乙所示的豎直條紋。下列說法正確的是（）A．裝置中的雙縫沿水平方向放置B．僅向右移動單縫，使之靠近雙縫，干涉條紋間距將變小C．僅更換雙縫間距更小的雙縫，干涉條紋間距將變大D．僅將紅色濾光片換為綠色濾光片，干涉條紋間距將變大二、多選題9．如圖所示，半圓形玻璃磚放在水平面上，玻璃磚底部涂有反射層，由a、b兩束單色光組成的復色光以水平方向射到圓弧面上的P點，光束折射后經(jīng)玻璃磚底面反射，單色光a從圓弧面上的A點射出，單色光b從圓弧面上的B點射出，則下列判斷正確的是（）A．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率B．a(chǎn)光在玻璃中的速度大于b光在玻璃中的速度C．用同一裝置進行雙縫干涉實驗，a光的條紋間距小于b光的條紋間距D．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大于b光的臨界角10．不平行玻璃磚的截面如圖所示，a、b兩束單色光從空氣垂直于玻璃磚上表面射入，在下表面上反射和折射情況如圖所示，則a、b兩束光（）A．在同種均勻介質(zhì)中傳播時，b光的傳播速度大B．以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較大C．在真空中，a光的波長大于b光的波長D．若用單色光a、b分別通過同一雙縫干涉裝置，單色光a的相鄰亮紋間距比b的大11．如圖，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半徑方向從A點射入玻璃磚，在O點發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶，a、b是其中的兩單色光。若入射點由A向B緩慢移動，并保持白光沿半徑方向入射到O點，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失。下列說法正確的是（）A．紫光最先消失B．紅光最先消失C．a(chǎn)光在玻璃中的傳播速度小于b光在玻璃中的傳播速度D．通過同一雙縫發(fā)生干涉，a光相鄰條紋間距大于b光條紋間距12．在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，光盤是存儲信息的一種重要媒體，光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的，若激光束不是垂直入射到盤面上，則光線在通過透明介質(zhì)層時會發(fā)生偏折而改變行進的方向。如圖所示為一束激光（黃、綠混合）入射到光盤面上后的折射情況，則下列說法中正確的是（??）A．圖中光束①是黃光，光束②是綠光B．光束①的折射率比光束②的大C．若光束①、②先后通過同一雙縫干涉裝置，光束①條紋寬度比光束②的寬D．光束①、②在真空中的傳播速度相同三、填空題13．如圖所示，由兩種單色光組成的復色光從水面下方的O點射出，折射光線a、b如圖所示，入射角，a光線的折射角（已知sin37o=0.6，cos37o=0.8；sin53o=0.8，cos53o=0.6），則水對光線a的折射率n=___________；若用同一雙縫干涉裝置進行實驗，可看到a光干涉條紋相鄰亮條紋中心間距比b光的___________（選填“寬”或“窄”）。14．如圖，一束復色光垂直于玻璃直角三棱鏡的AB面入射，經(jīng)AC面折射后分成a、b兩束，光束a與AC面的夾角為45°，光束b與AC面的夾角為30°，則a、b兩束光在玻璃中的折射率na________nb（選填“大于”、“小于”或“等于”）；若用a、b兩束光分別照射同一雙縫干涉裝置的雙縫時，_______光束的干涉條紋間距較小。15．如圖所示，半徑為的特殊圓柱形透光材料圓柱體部分高度為，頂部恰好是一半球體，底部中心有一光源向頂部發(fā)射一束由a、b兩種不同頻率的光組成的復色光，當光線與豎直方向夾角變大時，出射