第3課 光的干涉 -2023-2024學年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第3課光的干涉學習目標學習目標課程標準學習目標觀看光的干涉現(xiàn)象，了解現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應用。1．通過觀看現(xiàn)象和演示試驗，了解光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波，進一步生疏光的本性。2．知道雙縫干涉的原理，相鄰紋間距表達式。3．知道薄膜干涉的原理，相鄰紋間距的打算因素。002預習導學（一）課前閱讀：干涉條件、推斷某點振動加強或者減弱的方法（動態(tài)圖解、公式法）、增透膜、増反膜。（二）基礎梳理一、雙縫干涉1、光的干涉(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，消滅條紋，某些區(qū)域相互減弱，消滅條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象.(2)條件：兩束光的頻率、振動方向，相位差恒定.(3)雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中心為條紋，其余為條紋.2.雙縫干涉(1)條紋間距：Δx＝，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距.(2)明暗條紋的推斷方法：相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點的路程差為Δr＝r2－r1.當Δr＝kλ(k＝0,1,2…)時，光屏上P′處消滅條紋.當Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)時，光屏上P′處消滅條紋.【概念連接】頻率、相位差、疊加【拓展補充】若用一般光做試驗，需要取出一列光波分成兩列。【即學即練】1．如圖所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點消滅第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1－r2|應為()A.eq\f(c,2f) B.eq\f(3c,2f)C.eq\f(3c,f) D.eq\f(5c,2f)2.如圖所示的雙縫干涉試驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀看到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A．增大S1與S2的間距B．減小雙縫屏到光屏的距離C．將綠光換為紅光D．將綠光換為紫光【微點撥】看波程差與波長的關(guān)系二、薄膜干涉形成緣由：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上時，從膜的前表面AA′和后表面BB′分別回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加.【概念連接】干涉、薄膜、疊加【拓展補充】薄膜干涉又叫等厚干涉【即學即練】1、（多選）如圖所示，把一個凸透鏡的彎曲表面壓在另一個玻璃平面上，讓單色光從上方射入，這時可以看到亮暗相間的同心圓環(huán)，對這些亮暗圓環(huán)的相關(guān)說法合理的是()A.遠離中心點處亮環(huán)的分布較密B.用白光照射時，不會消滅干涉形成的圓環(huán)C.這些亮暗圓環(huán)是透鏡曲面上反射光與透鏡上方平面上的反射光干涉形成的D.與同一亮環(huán)相對應的空氣薄膜的厚度是相同的2.如圖所示，把一矩形均勻薄玻璃板ABCD壓在另一個矩形平行玻璃板上，一端用薄片墊起，將紅單色光從上方射入，這時可以看到明暗相間的條紋，下列關(guān)于這些條紋的說法中正確的是()A．條紋方向與AB邊平行B．條紋間距不是均勻的，越靠近BC邊條紋間距越大C．減小薄片的厚度，條紋間距變小D．將紅單色光換為藍單色光照射，則條紋間距變小【微點撥】紋的外形看等厚點的分布，紋的疏密看波長與尖角（三）預習作業(yè)1．推斷題：(1)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。()(2)在雙縫干涉試驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。()2．用如圖所示的試驗裝置觀看光的薄膜干涉現(xiàn)象．圖(a)是點燃的酒精燈(在燈芯上撒些食鹽)，圖(b)是直立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈．將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀看到的現(xiàn)象是()A．當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B．當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C．當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°D．干涉條紋保持原來狀態(tài)不變003探究提升環(huán)節(jié)一思考：1．（多選）.某一質(zhì)檢部門為檢測一批礦泉水的質(zhì)量，利用干涉原理測定礦泉水的折射率。方法是將待測礦泉水填充到特制容器中，放置在雙縫與熒光屏之間(之前為空氣)，如圖所示，特制容器未畫出，通過比對填充后的干涉條紋間距x2和填充前的干涉條紋間距x1就可以計算出該礦泉水的折射率。則下列說法正確的是(設空氣的折射率為1)()A．x2<x1 B．x2>x1C．該礦泉水的折射率為eq\f(x1,x2) D．該礦泉水的折射率為eq\f(x2,x1)2．如圖所示，在雙縫干涉試驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1和S2距離之差為2.1×10－6m，今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉試驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？(1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10－7m；(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7m，當B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；(3)若用A光照射時，把其中一條縫遮住，試分析光屏上能觀看到的現(xiàn)象。環(huán)節(jié)二薄膜干涉問題探究1：劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜．當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點：(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰亮條紋和暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定．現(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀看到的干涉條紋()A．變疏B．變密C．不變D．消逝問題探究2：（多選）利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度，如圖(a)所示，現(xiàn)使透亮?????標準板M和待檢工件N間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射，可觀看到如圖(b)所示的干涉條紋，條紋的彎曲處P和Q對應于A和B處，下列推斷中正確的是()A．N的上表面A處向上凸起B(yǎng)．N的上表面B處向上凸起C．條紋的c、d點對應處的薄膜厚度相同D．條紋的d、e點對應處的薄膜厚度相同004體系構(gòu)建激光、一般光---干涉---雙縫干涉、薄膜干涉005記憶清單一、雙縫干涉★學習聚焦：條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ二、薄膜干涉★學習聚焦：紋的外形看等厚點的分布，紋的疏密看波長與尖角060601強化訓練1、光熱轉(zhuǎn)換是將太陽能轉(zhuǎn)換為其他物質(zhì)內(nèi)能的過程，太陽能熱水器如圖所示，就是一種光熱轉(zhuǎn)換裝置，它的主要轉(zhuǎn)化器件是真空玻璃管，這些玻璃管將太陽能轉(zhuǎn)化成水的內(nèi)能．真空玻璃管上接受鍍膜技術(shù)增加透射光，使盡可能多的太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，這種鍍膜技術(shù)的物理依據(jù)是()A．光的直線傳播B．光的粒子性C．光的干涉D．光的衍射2、（多選）在雙縫干涉試驗中，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．改用紅色激光B．改用藍色激光C．減小雙縫間距D．將屏幕向遠離雙縫的位置移動E．將光源向遠離雙縫的位置移動3．（多選）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．干涉條紋是光在空氣尖劈膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B．干涉條紋中的暗條紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動D．觀看薄膜干涉條紋時，應在入射光的另一側(cè)4、在雙縫干涉試驗中，雙縫到光屏上點P的距離之差為0.6μm，若分別用頻率為f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，試分析推斷點P應消滅亮條紋還是暗條紋？分別為第幾條亮條紋或暗條紋？5、雙縫干涉試驗裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點為S1、S2連線中垂線與光屏的交點。光源S發(fā)出的波長為λ的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點，由S1到O點與由S2到O點，光傳播的時間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計光在玻璃片內(nèi)的反射。以下推斷正確的是()A．Δt＝eq\f(5λ,c)B．Δt＝eq\f(15λ,2c)C．Δt＝eq\f(10λ,c) D．Δt＝eq\f(15λ,c)6、用平行單色光垂直照射一層透亮?????薄膜，觀看到如圖所示明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標x的變化圖像，可能正確的是()7、2009年11月21日凌晨2時30分，黑龍江新興煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故，造成10名礦工遇難．煤礦中的瓦斯危害極大，某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于潔凈空氣的折射率，于是他依據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設計了一個監(jiān)測儀，其原理如圖所示：在雙縫前面放置兩個完全相同的透亮?????容器A、B，容器A與潔凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀看屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋偃缙恋恼行腛點變?yōu)榘导y，說明B中氣體(

)A.

肯定含瓦斯

B.

肯定不含瓦斯

C.

不肯定含瓦斯

D.

無法推斷8、洛埃德在1834年提出了一種更簡潔的觀看干涉的裝置。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將消滅干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是S′。(1)通過如圖所示的裝置在屏上可以觀看到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉試驗得到的干涉條紋全都。假如S被視為其中的一個縫，____________相當于另一個“縫”；(2)試驗表明，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)在界面發(fā)生反射時，在入射角接近90°時，反射光與入射光相比，相位有π的變化，即半波損失。假如把光屏移動到和平面鏡接觸，接觸點P處是__________(填寫“亮條紋”或“暗條紋”)；(3)試驗中已知單縫S到平面鏡的垂直距離h＝0.15mm，單縫到光屏的距離D＝1.2m，觀測到第3個亮條紋到第12個亮條紋的中心間距為22.78mm，則該單色光的波長λ＝________m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。9、(1)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉觀看到外，把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以觀看到由干涉造成圖丙所示的環(huán)狀條紋，這些條紋叫作牛頓環(huán)。假如改用波長更長的單色光照射，觀看到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)；假如換一個半徑更大的凸透鏡，觀看到的圓環(huán)半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)。(2)接受波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環(huán)的兩條相鄰亮條紋位置所對應的空氣膜的厚度差約為________。A．345nm B．690nmC．幾微米 D．幾毫