学年新设计高中物理人教课改地区专用版选修35讲义113 光的干涉Word版含答案.docx

学年新设计高中物理人教课改地区专用版选修35讲义113 光的干涉Word版含答案.docx

《学年新设计高中物理人教课改地区专用版选修35讲义113 光的干涉Word版含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年新设计高中物理人教课改地区专用版选修35讲义113 光的干涉Word版含答案.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

学年新设计高中物理人教课改地区专用版选修35讲义113光的干涉Word版含答案

1.1.3　光的干涉

学习目标

核心提炼

1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。

2.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。

3.知道产生干涉条纹的条件。

1个实验——杨氏双缝干涉实验

1个条件——产生干涉条纹的条件

2个概念——光的干涉、相干光源

一、杨氏干涉实验

1.实验原理

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。

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。

思考判断

（1）两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样的原因是干涉图样太细小看不清楚。

（×）

（2）双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光。

（√）

（3）只要两列光波的频率相同，在同一区域叠加时就会产生干涉现象。

（×）

（4）用单色光做双缝干涉实验时在屏幕上出现明暗相间的条纹。

（√）

二、决定条纹间距的条件

1.出现亮条纹的条件：

如图所示，屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。

即：

|PS1－PS2|＝kλ＝2k·

（k＝0，1，2，3，…）

k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。

k为亮条纹的级次。

2.出现暗条纹的条件：

屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。

即：

|PS1－PS2|＝（2k－1）·

（k＝1，2，3，…）

k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。

思考判断

（1）屏上某处到两缝的间距相等，此处为中央亮条纹。

（√）

（2）屏上某处到两缝的间距相差半个波长，此处为暗条纹。

（√）

（3）中央亮条纹处到两缝的路程差为零，因此不管光的波长为多大，此处总为亮条纹。

（√）

（4）当双缝间距一定时，屏幕上的条纹宽度与光的颜色没有关系。

（×）

（5）白光做双缝干涉实验时，因为不同色光在不同位置加强，故出现彩色条纹。

（√）

　双缝干涉实验

[要点归纳]

1.双缝干涉的装置示意图

实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。

图1

（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。

2.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。

实验中可用“一分为二”的方法获得两个相干光源。

[精典示例]

[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，选项C正确。

答案　C

明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题做出正确判断的关键。

[针对训练1]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，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹。

选项A正确。

答案　A

　干涉区域出现亮、暗条纹的条件

[要点归纳]

1.分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤

（1）由题设情况依λ真＝nλ介，求得光在真空（或空气）中的波长。

（2）由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。

（3）根据亮条纹的判断式Δr＝kλ（k＝0，1，2…）或暗条纹的判断式Δr＝（2k＋1）

（k＝0，1，2…），判断出k的取值，进而判断是第几条亮条纹或暗条纹。

[精典示例]

[例2]如图2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹（即P1到S1、S2的路程差为一个波长），现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则（　　）

图2

A.P和P1仍为亮条纹B.P为亮条纹，P1为暗条纹

C.P为暗条纹，P1为亮条纹D.P、P1均为暗条纹

解析　从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此中央是亮条纹，因此，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹。

而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙。

当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600nm＝

λ紫，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹.综上所述，选项B正确。

答案　B

判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源（双缝）的路程差与波长的比值，要记住路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：

两个光源情况完全相同。

[针对训练2]（多选）线光源a发出的光波长为480nm，线光源b发出的光波长为672nm，则下列说法正确的是（　　）

A.用a做双缝干涉实验，屏上与双缝距离差为s1＝1.68μm的P处将出现暗纹

B.用b做双缝干涉实验，屏上与双缝距离差为s1＝1.68μm的P处将出现亮纹

C.用a做双缝干涉实验，屏上与双缝距离差为s2＝1.44μm的Q处将出现亮纹

D.用b做双缝干涉实验，屏上与双缝距离差为s2＝1.44μm的Q处将出现亮纹

解析　题中两光源发出的光的半波长分别为

λ1＝

×480×10－9m＝2.40×10－7m，

λ2＝

×672×10－9m＝3.36×10－7m，

因为P、Q处到双缝的距离差可表示为

s1＝1.68×10－6m＝7

＝5

s2＝1.44×10－6m＝6

可见，用a，b两光源做双缝干涉实验时，屏上P处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍，均为暗纹，故选项A正确，B错误；用a做双缝干涉实验时，屏上Q处到双缝的距离差恰等于半波长的偶数倍，Q处应为亮纹，C正确；用b做双缝干涉实验时，屏上Q处到双缝的距离差不等于半波长的偶数倍，D错误。

答案　AC

1.两个普通白炽灯发出的光相遇时，观察不到干涉条纹，这是因为（　　）

A.两个灯亮度不同

B.灯光的波长太短

C.两个光源的频率不稳定，是非相干光源

D.周围环境的漫反射光太强

解析　一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光的频率不稳定，振动情况也往往不同，是非相干光源，故选项C正确。

答案　C

2.如图3所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷，在此时刻，介质中A点为波峰相叠加点，B点为波谷相叠加点，A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点。

如果把屏分别放在A、B、C三个位置，那么（　　）

图3

A.A、B、C三个位置都出现亮条纹

B.B位置出现暗条纹

C.C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定

D.以上结论都不对

解析　在干涉现象中，所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同的，该点的振幅是两列波的振幅之和，而不要理解为该点始终处于波峰或波谷，图示时刻它可以位于平衡位置（如图中C点）。

所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的，该点的振幅是两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，则该点始终在平衡位置.对光波而言，该点是完全暗的。

故选项A正确。

答案　A

3.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点出现亮、暗条纹的情况是（　　）

A.用单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹

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照射时出现亮条纹，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照射时出现亮条纹

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

4.在图4杨氏双缝干涉实验中，已知SS1＝SS2，且S1、S2到光屏上P点的路程差d＝1.5×10－6m。

当S为λ＝0.6μm的单色光源时，在P点处将出现________条纹；若将整个装置放入某种介质中，光源不变，介质的折射率为1.2，则在P点处将出现________条纹。

图4

解析　若两相干光源的振动同相，则在离两相干光源路程之差为光的波长的整数倍处会出现亮条纹，路程之差为光的半波长的奇数倍处会出现暗条纹，若两相干光源的振动反相，则出现亮、暗条纹的情况刚好相反。

由于SS1＝SS2，所以S1、S2处的光振动同相。

当λ＝0.6μm时，

＝2.5，则P点处两光振动反相，形成暗条纹；根据折射定律，当光进入介质时波长λ′＝

＝0.5μm，根据

＝3，则P点处两光振动相同，形成亮条纹。

答案　暗　亮

基础过关

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C正确。

答案　C

2.白光通过双缝后在屏上产生彩色条纹，若在两个缝上分别安装红色和绿色滤光片，则屏上将出现（　　）

A.黄色干涉条纹B.红、绿相间的条纹

C.黑、白相间的条纹D.无干涉条纹

解析　因红光和绿光不是相干光，故屏上无干涉条纹，D项正确。

答案　D

3.在双缝干涉实验中，下列说法正确的是（　　）

A.相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的

B.把入射光由红光换成紫光，相邻两明条纹间距变宽

C.只有频率相同的两列光才能发生明显的干涉现象

D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定

解析　在双缝干涉实验中，相邻明、暗条纹的间距是相等的，A错误；因λ红＞λ紫，所以红光条纹间距较紫光条纹间距宽，则B项错误；由光产生干涉的条件知，选项C项正确，D项错误。

答案　C

4.某同学自己动手利用如图1所示器材观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。

当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一窄亮斑。

分析实验失败的原因，最大的可能性是（　　）

图1

A.单缝S太窄B.单缝S太宽

C.S到S1与到S2的距离不等D.阳光不能作为光源

解析　本实验中，单缝S应非常窄，才可看做“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽，故B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮条纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误。

答案　B

5.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.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹

D.在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生

解析　在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确；光屏上距两缝的路程差Δs＝k·

时，k为偶数，出现亮条纹，k为奇数，出现暗条纹，选项C错误；两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了方便肉眼观察，故选项D错误。

答案　B

6.关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是（　　）

A.单缝的作用是获得频率相同的两相干光源

B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源

C.光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹

D.照射到单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽

解析　单缝的作用是获得一束细光，故A错误；双缝的作用是将一束光分成两束完全相同的光，B正确；屏上出现暗条纹处距两狭缝的路程差等于半个波长的奇数倍，故C错误；单色光的频率越高，波长越短，相邻条纹的间距越小，条纹越窄，故D错误。

答案　B

7.如图2所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝S1、S2，在光屏上的P点出现第3条暗纹（从中央亮条纹算起）。

已知光速为c，则P点到双缝S1、S2的距离之差r1－r2应为（　　）

图2

A.

　　　　　　　　　B.

C.

D.

解析　P点出现暗纹，则双缝到光屏上P点的距离之差是半波长的奇数倍。

光速c＝λf，则光波波长λ＝

。

第三条暗条纹距离之差为Δr＝r1－r2＝5×

＝

，故C正确。

答案　C

能力提升

8.（多选）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。

若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（　　）

A.改用红色激光B.改用蓝色激光

C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动

E.将光源向远离双缝的位置移动

解析　由于相邻亮条纹间距与照射光的波长、双缝间距和双缝距屏的距离有关，当改用红色激光、减小双缝间距、屏幕向远离双缝的位置移动可增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，故选项A、C、D正确。

答案　ACD

9.如图3所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。

现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是（　　）

图3

解析　由干涉图样可知a光波长大于b光波长，则同一介质对a光的折射率小，对b光的折射率大。

根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故A、B错误；由sinC＝

分析可知，a光的临界角较大，当光从棱镜射入空气中时，若b光发生全反射，不能射出棱镜，则a光可能不发生全反射从棱镜射出，故C正确；当光从棱镜射入空气中时，若a光发生全反射，b光肯定发生全反射不从棱镜射出，此图是不可能的，故D错误。

答案　C