创新设计学业水平考试高中物理选修3234浙江专用人教版教师用书第十三章光第3课时光的干涉W.docx

创新设计学业水平考试高中物理选修3234浙江专用人教版教师用书第十三章光第3课时光的干涉W.docx

《创新设计学业水平考试高中物理选修3234浙江专用人教版教师用书第十三章光第3课时光的干涉W.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《创新设计学业水平考试高中物理选修3234浙江专用人教版教师用书第十三章光第3课时光的干涉W.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

创新设计学业水平考试高中物理选修3234浙江专用人教版教师用书第十三章光第3课时光的干涉W

第3课时　光的干涉

实验：

用双缝干涉测量光的波长

研究学考·把握考情]

知识内容

光的干涉

实验：

用双缝干涉测量光的波长

考试要求

加试c

教学要求

1.知道杨氏双缝干涉实验，以及它对认识光的本性的意义

2．知道光的干涉条件，知道杨氏双缝干涉实验设计的巧妙之处

3．了解干涉条件的特点

4．理解明、暗条纹产生的条件

5．了解实验装置，知道实验原理及需要测量的物理量

6．知道测量头的使用方法，会测量明条纹的间距

7．知道滤光片和遮光筒的作用，理解实验中为了满足干涉条件所采用的方法

8．知道获得理想干涉条纹的实验操作要求

9．会用控制变量的方法，分别研究光的颜色、双缝距离和双缝与屏之间距离等与条纹间距的关系

10．会设计实验数据记录表并记录数据

11．会根据给出的波长表达式计算不同颜色光的波长

12．会用光传感器做双缝干涉实验

13．经历实验过程，体会条纹间距测量时的实验方法

说明

1.不要求定量计算以双缝干涉为背景的问题

2．不要求推导相邻两个明条纹或暗条纹中心间的计算公式

基础梳理]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。

2．双缝干涉的装置示意图

图1

实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。

（1）单缝的作用：

获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。

也可用激光直接照射双缝。

（2）双缝的作用：

一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。

3．让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的。

这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。

这种现象证明光是一种波。

要点精讲]

1．产生干涉的条件：

两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同。

本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的。

2．干涉图样

（1）若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。

（2）若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的。

3．实验结论：

证明光是一种波。

【例1】在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时（　　）

A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失

B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在

C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

解析　分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮。

答案　C

基础梳理]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹。

要点精讲]

1．屏上某处出现亮、暗条纹的条件

图2

实验装置如图2所示，双缝S1、S2之间的距离为d，双缝到屏的距离为l，屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差Δr＝r2－r1。

（1）若满足路程差为波长的整数倍，即Δr＝kλ（其中k＝0,1,2,3，…），则出现亮条纹。

（2）若满足路程差为半波长的奇数倍，即Δr＝（2k－1）

（其中k＝0,1,2,3，…），则出现暗条纹。

2．相邻亮条纹（暗条纹）间的距离Δx与波长λ的关系：

Δx＝

λ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝之间的距离。

【例2】用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图3所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则（　　）

图3

A．O到达a、b的路程差为零

B．M、N到达b的路程差为λ

C．O到达a、c的路程差为4λ

D．M、N到达e的路程差为2λ

解析　振动方向一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足Δr＝kλ（k＝0,1,2,3…）。

答案　BD

要点精讲]

操作指要

1．双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，不要随便拆分遮光筒、测量头等元件。

2．滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，只能用擦镜纸轻轻擦拭，不要用其他物品擦拭或口吹气除尘。

3．注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直。

4．光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。

测量头原理

1．测量头由分划板、目镜、手轮构成，转动手轮，分划板会左右移动，测量时，应使分划板中心与条纹中心对齐，记下此时手轮上的读数，然后转动测量头，使分划板中心与另一条纹中心对比，再次记下手轮上读数。

两次读数之差表示这两个条纹间距离。

（如图4甲、乙所示）

图4

2．为减小误差，利用“累积法”测n条亮纹间距，再求Δx＝

求得相邻条纹间距离。

3．注意测量头读数时的有效数字。

【例3】在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图5所示。

双缝间的距离d＝3mm。

图5

（1）若测量红光的波长，应选用__________色的滤光片。

实验时需要测定的物理量有__________和__________。

（2）若测得双缝与屏之间的距离为0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第1条亮条纹的位置如图6甲所示，观察第5条亮条纹的位置如图乙所示。

则可求出红光的波长λ＝__________m。

图6

解析　

（1）要测量红光的波长，应用红色滤光片。

由Δx＝

λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距Δx。

（2）由测量头的数据可知a1＝0，a2＝0.640mm，

所以Δx＝

＝

mm＝1.60×10－4m，

λ＝

＝

m≈6.86×10－7m。

答案　见解析

1．关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是（　　）

A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹

B．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹

C．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大

D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹

解析　用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；λ变小，Δx变小，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错。

答案　B

2．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点现出明、暗条纹的情况是（　　）

A．用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹

B．用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹

C．用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹

D．用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹

解析　单色光f1的波长：

λ1＝

＝

m＝0.6×10－6m＝0.6μm。

单色光f2的波长：

λ2＝

＝

m＝0.4×10－6m＝0.4μm。

因P点到双缝的距离之差

Δx＝0.6μm＝λ1，

所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹。

Δx＝0.6μm＝

λ2，

所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确。

答案　C

3．如图7所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验（其他条件不变）时，则同侧第二条暗条纹的位置（　　）

图7

A．仍在P处

B．在P点上方

C．在P点下方

D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到

解析　由λ＝

知f变小，λ变大。

若出现第二条暗条纹，则P到双缝的光程差Δr＝

λ，当λ变大时，Δr也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在P点上方，B正确。

答案　B

4．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d。

（1）若测定绿光的波长，应选用__________色的滤光片。

实验时需要测定的物理量有__________和__________。

（2）已知双缝到光屏之间的距离L＝500mm，双缝之间的距离d＝0.50mm，单缝到双缝之间的距离s＝100mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图8所示。

则入射光的波长λ＝________m（结果保留两位有效数字）。

图8

（3）实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有__________。

A．改用波长较长的光（如红光）作为入射光

B．增大双缝到屏的距离

C．增大双缝到单缝的距离

D．增大双缝间距

解析　

（1）由于测量绿光的波长，

因此应用绿色滤光片。

由Δx＝

λ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距Δx。

（2）游标卡尺读数精确度为0.1mm，

A位置主尺读数为11mm，游标尺读数为1，

读数为x1＝11mm＋1×0.1mm＝11.1mm，

同理B位置读数为x2＝15.6mm，

则条纹间距Δx＝

≈0.64mm，

利用λ＝

Δx＝6.4×10－7m。

（3）由Δx＝

λ可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离，故选项A、B正确。

答案　

（1）绿　双缝到屏的距离　相邻条纹间距

（2）6.4×10－7　（3）AB

选择题（在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。

）

1．用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是（　　）

A．明暗相间的条纹B．彩色条纹

C．一片红光D．晃动的条纹

解析　两灯泡不是相干光源故现象为C。

答案　C

2．下列关于双缝干涉实验的说法中，正确的是（　　）

A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源

B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源

C．光屏上相距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹

D．照射单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹宽度越宽

解析　单缝的作用是产生一个线光源，两个频率相同的光源称为相干光源，选项A错误；双缝的作用是产生两个频率相同、振动情况相同的相干光源，选项B正确；路程差等于半波长奇数倍处出现暗条纹，选项C错误；频率越高，波长越短，条纹宽度越窄，选项D错误。

答案　B

3．用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图1所示的干涉图样，其中图甲是a光照射形成的，图乙是b光照射形成的，则关于a、b两束单色光，下列说法中正确的是（　　）

图1

A．a光的频率比b光的大

B．在水中a光传播的速度比b光的大

C．水对a光的折射率比b光的大

D．b光的波长比a光的短

解析　从题图可以看出，a光的条纹间距小，说明a光的波长小，频率大，选项D错误，A正确；水对频率低的单色光的折射率小，即水对b光的折射率小，选项C正确；折射率小的光在水中的传播速度大，即b光在水中的传播速度大，选项B错误。

答案　AC

4．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是（　　）

A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同

B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同

C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同

D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同

解析　各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹相间得到彩色条纹。

答案　A

5．用单色光做双缝干涉实验时（　　）

A．屏上到双缝的路（光）程差等于波长整数倍处出现明条纹

B．屏上到双缝的路（光）程差等于半波长整数倍处，可能是明条纹，也可能是暗条纹

C．屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方

D．屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方

解析　在双缝干涉实验中，屏上到双缝的路（光）程差等于波长整数倍处出现明条纹，是振动加强处，不一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方，A选项正确，C选项错误；屏上到双缝的路（光）程差等于半波长整数倍处，可能是半波长的奇数倍（暗条纹），也可能是半波长的偶数倍（明条纹），B选项正确；两列光波的波峰与波谷相遇的地方，应是暗条纹，D选项错误。

答案　AB

6．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx。

下列说法中正确的有（　　）

A．如果增大单缝到双缝间的距离，Δx将增大

B．如果增大双缝之间的距离，Δx将增大

C．如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大

D．如果换成红光做实验，实验装置不变，Δx将增大

解析　根据公式Δx＝

λ可以判断出λ越大则条纹间距越大，而红光的波长大于绿光的波长，因此D正确；d增大则Δx减小，因此B错；l增大则Δx增大，因此C正确，而单缝到双缝的距离不影响条纹间距，因此A错。

答案　CD

7．如图2所示，在双缝干涉实验中，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则（　　）

图2

A．不再产生干涉条纹

B．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置不变

C．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向上移

D．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向下移

解析　本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，因此S1、S2射出的仍是相干光，则单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移。

答案　D

8．双缝干涉实验装置如图3所示，绿光通过单缝S后，投射到有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。

屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是（　　）

图3

A．O点是红光的亮条纹

B．红光的第一条亮条纹在P点的上方

C．O点不是蓝光的亮条纹

D．蓝光的第一条亮条纹在P点的上方

解析　由于O点到双缝的光程差为零，所以为各种色光的亮条纹，A正确；P点由于是绿光的第一条亮条纹，红光的波长大于绿光的波长，红光的条纹间距大于绿光的条纹间距，因此B正确；同理可知，C、D错误。

答案　AB

9．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图4甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。

他改变的实验条件可能是（　　）

图4

A．减小光源到单缝的距离

B．减小双缝之间的距离

C．减小双缝到光屏之间的距离

D．换用频率更高的单色光源

解析　改变条件后亮条纹之间的间距变大，由公式Δx＝

λ可知，要使Δx增大，可增大双缝到光屏之间的距离l，C错；减小双缝之间的距离d，B对；换用波长更长，即频率更低的单色光，D错；改变光源到单缝的距离不会改变Δx，A错。

答案　B

10．某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于（　　）

A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大

B．没有安装滤光片

C．单缝与双缝不平行

D．光源发出的光束太强

解析　安装实验器材时要注意：

光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功。

当然还要使光源发出的光束不致太暗。

综上所述，可知选项A、C正确。

答案　AC

11．某次实验中，测得第一级明条纹和第三级明条纹相距4.0×10－3m，若双缝片间距为0.1mm，缝到屏的距离为l＝0.4m，则光波的波长为（　　）

A．8.0×10－8mB．5.0×10－7m

C．1.5×10－8mD．.1.0×10－7m

解析　由公式Δx＝

λ有λ＝

，

Δx＝

＝2×10－3m，

l＝0.4m，

d＝0.1mm＝10－4m，

得λ＝5.0×10－7m。

答案　B

12．利用图5中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法正确的是（　　）

图5

A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄

B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽

C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽

D．换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄

解析　由条纹间距公式Δx＝

λ（d指双缝间距离，l是双缝到屏的距离），可知：

A项中l减小，Δx变小；B项中λ变大，Δx变大；D项中d变大，Δx变小。

故A、B、D正确。

答案　ABD