金版教程物理2024導(dǎo)學(xué)案選擇性必修第一冊(cè)人教版新第四章 光3.光的干涉含答案

《金版教程(物理）》2024導(dǎo)學(xué)案選擇性必修第一冊(cè)人教版新第四章光3．光的干涉1．觀察光的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)干涉條紋的特點(diǎn)。2.能闡述干涉現(xiàn)象的成因及明暗條紋的位置特點(diǎn)，知道相干光源的概念和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件。3.能推導(dǎo)相鄰亮(暗)條紋間距的關(guān)系式，并能用其解釋或判斷有關(guān)現(xiàn)象。4.理解薄膜干涉現(xiàn)象的成因，了解其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用，并能利用它來(lái)解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。一光的雙縫干涉1．光的干涉現(xiàn)象：eq\x(\s\up1(01))頻率、eq\x(\s\up1(02))相位和eq\x(\s\up1(03))振動(dòng)方向總是相同的兩個(gè)波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加，發(fā)生干涉現(xiàn)象：來(lái)自?xún)蓚€(gè)光源的光在一些位置相互加強(qiáng)，在另一些位置相互削弱，因此在擋板后面的屏上得到eq\x(\s\up1(04))明暗相間的條紋。2．出現(xiàn)亮、暗條紋的條件當(dāng)兩個(gè)頻率、相位和振動(dòng)方向都相同的光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的eq\x(\s\up1(05))偶數(shù)倍時(shí)(即恰好等于波長(zhǎng)的eq\x(\s\up1(06))整數(shù)倍時(shí))，兩列光波在這點(diǎn)相互加強(qiáng)，這里出現(xiàn)eq\x(\s\up1(07))亮條紋；當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的eq\x(\s\up1(08))奇數(shù)倍時(shí)，兩列光波在這點(diǎn)相互eq\x(\s\up1(09))削弱，這里出現(xiàn)暗條紋。3．光的干涉實(shí)驗(yàn)最早是英國(guó)物理學(xué)家eq\x(\s\up1(10))托馬斯·楊在1801年成功完成的，這就是歷史上著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，它有力地證明了光是一種eq\x(\s\up1(11))波。二干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系1．條紋間距公式：Δx＝eq\x(\s\up1(01))eq\f(l,d)λ。由此可知，條紋之間的距離與光波的波長(zhǎng)成eq\x(\s\up1(02))正比，不同顏色的光，波長(zhǎng)eq\x(\s\up1(03))不同。2．各種顏色的單色光都會(huì)發(fā)生干涉，但條紋之間的距離不一樣。用黃光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，條紋之間的距離比用紅光時(shí)eq\x(\s\up1(04))?。挥盟{(lán)光時(shí)eq\x(\s\up1(05))更小。三薄膜干涉1．定義：來(lái)自液膜前后兩個(gè)面的eq\x(\s\up1(01))反射光相互疊加，發(fā)生干涉，稱(chēng)為薄膜干涉。2．原理：不同位置的液膜，eq\x(\s\up1(02))厚度不同，因此在膜上不同的位置，來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光的路程差eq\x(\s\up1(03))不同。在某些位置，這兩列波疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)了eq\x(\s\up1(04))亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現(xiàn)了eq\x(\s\up1(05))暗條紋。不同色光的波長(zhǎng)不同，在薄膜上光的條紋的明暗位置eq\x(\s\up1(06))不同，相互交錯(cuò)，出現(xiàn)eq\x(\s\up1(07))彩色條紋。3．應(yīng)用(1)在光學(xué)元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，增加光的eq\x(\s\up1(08))透射或者eq\x(\s\up1(09))反射。(2)利用薄膜干涉的原理對(duì)鏡面或其他精密的光學(xué)平面的eq\x(\s\up1(10))平滑度進(jìn)行檢測(cè)。1．判一判(1)直接用強(qiáng)光照射雙縫，就能發(fā)生干涉現(xiàn)象。()(2)兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能觀察到光的干涉現(xiàn)象。()(3)若用白光作光源，干涉條紋是彩色的。()(4)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。()(5)當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋。()(6)在其他條件不變的條件下，黃光的雙縫干涉條紋間距比綠光的小。()(7)由于薄膜干涉是兩列反射光疊加而成的，因此觀察干涉條紋時(shí)，眼睛應(yīng)和光源在薄膜的同一側(cè)。()(8)用薄膜干涉原理可以解釋雨后的彩虹現(xiàn)象。()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×(7)√(8)×2．想一想托馬斯·楊用光的干涉實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？提示：干涉是波的特性，光能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象，表明光是一種波。探究光的雙縫干涉仔細(xì)觀察下列圖片，認(rèn)真參與“師生互動(dòng)”?；顒?dòng)1：光是一種電磁波，光應(yīng)該會(huì)發(fā)生干涉。與水波類(lèi)比，什么樣的光能發(fā)生干涉？提示：頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同的兩列光?；顒?dòng)2：圖甲的光通過(guò)雙縫，在光屏上觀察到了如圖乙所示的單色光的干涉條紋。試解釋該現(xiàn)象。提示：狹縫S1、S2是兩個(gè)波源，通過(guò)雙縫S1、S2的光波互相疊加，發(fā)生干涉，在一些地方相互加強(qiáng)，在另一些地方相互削弱，因此在擋板后的光屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋?；顒?dòng)3：根據(jù)圖丙分析，什么情況下出現(xiàn)亮條紋？什么情況下出現(xiàn)暗條紋？提示：如圖丙，光屏上某點(diǎn)到光源S1、S2的路程差為r2－r1。r2－r1為光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，波峰或波谷同時(shí)到達(dá)該點(diǎn)，該點(diǎn)處振動(dòng)加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；r2－r1為光波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，一列波的波峰到達(dá)該點(diǎn)時(shí)，另一列波的波谷也到達(dá)該點(diǎn)，該點(diǎn)處振動(dòng)減弱，出現(xiàn)暗條紋?；顒?dòng)4：用不同色光在同一裝置上做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，干涉條紋間距不同，猜測(cè)干涉條紋間距與什么有關(guān)？提示：與光的波長(zhǎng)、頻率有關(guān)。1．光的雙縫干涉(1)光的雙縫干涉現(xiàn)象：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域兩列光波相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域兩列光波相互削弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)和削弱的區(qū)域相間，即出現(xiàn)明暗相間的條紋。(2)干涉條件：兩個(gè)光源的頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同。注：本章第6節(jié)會(huì)講到，光是橫波，因此，“振動(dòng)方向相同”不是光的干涉的必要條件，只要兩列光的振動(dòng)方向不互相垂直，均可發(fā)生干涉。(3)雙縫屏的作用如圖甲所示，單色平行光照射到雙縫S1、S2上，S1、S2就形成兩個(gè)波源，它們的頻率、相位和振動(dòng)方向完全相同。能發(fā)生干涉的兩列波稱(chēng)為相干波，能發(fā)生干涉的兩個(gè)光源稱(chēng)為相干光源，相干光源也可用同一束光分成兩束而獲得。(4)雙縫干涉圖樣通過(guò)雙縫后在屏上形成等間距明暗相間的條紋，如圖乙所示。2．光的雙縫干涉出現(xiàn)明暗條紋的條件(1)出現(xiàn)亮條紋的條件屏上某點(diǎn)P到兩縫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：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，…)。k＝0時(shí)，PS1＝PS2，此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的P0處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮紋。(2)出現(xiàn)暗條紋的條件屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即：|PS1－PS2|＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，…)。注：當(dāng)兩個(gè)相干光源的相位差為π時(shí)，產(chǎn)生亮、暗條紋的條件與上面的情況恰好相反。3．干涉條紋間距和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系(1)干涉條紋間距公式推導(dǎo)如圖所示，波長(zhǎng)為λ的單色光照射到雙縫上。兩縫中心之間的距離為d，兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0，雙縫到屏的距離OP0＝l。兩縫與屏上一點(diǎn)P1的距離分別為P1S1＝r1、P1S2＝r2。在線段P1S2上作P1M＝P1S1，則S2M＝r2－r1。由于兩縫之間的距離d遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縫到屏的距離l，所以能夠認(rèn)為△S1S2M是直角三角形。根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系有r2－r1＝dsinθ，又x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ，有r2－r1＝deq\f(x,l)。根據(jù)上面的分析，當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即deq\f(x,l)＝nλ(n＝0，±1，±2…)時(shí)出現(xiàn)亮條紋，也就是說(shuō)，亮條紋中心的位置為x＝neq\f(l,d)λ，相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx＝eq\f(l,d)λ。(2)因?yàn)闂l紋之間的距離與光波的波長(zhǎng)成正比，而實(shí)驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，不同顏色的光，條紋之間的距離不一樣，因此不同顏色的光，波長(zhǎng)不同。根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ，可測(cè)出各種單色光的波長(zhǎng)。單色光按波長(zhǎng)從大到小排列依次為：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。(3)白光的雙縫干涉圖樣特點(diǎn)及成因白光的干涉條紋的中央是白色的，兩側(cè)是彩色的，這是因?yàn)椋焊鞣N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(fù)合成白色條紋；兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比，條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋。例1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0.6μm，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，則P點(diǎn)出現(xiàn)亮、暗條紋的情況是()A．頻率為f1和f2的單色光分別照射時(shí)，均出現(xiàn)亮條紋B．頻率為f1和f2的單色光分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋C．頻率為f1的單色光照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋，頻率為f2的單色光照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D．頻率為f1的單色光照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，頻率為f2的單色光照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋[實(shí)踐探究](1)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上何處出現(xiàn)亮條紋？何處出現(xiàn)暗條紋？提示：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差恰為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，在該處將出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差恰為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，在該處將出現(xiàn)暗條紋。(2)如何確定波長(zhǎng)？提示：由波速v＝λf可得λ＝eq\f(v,f)。[規(guī)范解答]頻率為f1的單色光波長(zhǎng)λ1＝eq\f(c,f1)＝eq\f(3×108,5.0×1014)m＝0.6×10－6m＝0.6μm，頻率為f2的單色光波長(zhǎng)λ2＝eq\f(c,f2)＝eq\f(3×108,7.5×1014)m＝0.4×10－6m＝0.4μm，因P點(diǎn)到雙縫的距離之差Δr＝0.6μm＝λ1，所以用頻率為f1的單色光照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋。因Δr＝0.6μm＝eq\f(3,2)λ2，所以用頻率為f2的單色光照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋。故C正確。[答案]C[變式訓(xùn)練1]用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知屏上一點(diǎn)P到雙縫的路程差r＝1.5×10－6m，若單色光波長(zhǎng)λ＝0.6μm，則此時(shí)在中央亮條紋和P點(diǎn)之間的暗條紋個(gè)數(shù)為()A．1 B．2C．3 D．4答案B解析由題意可知，P到雙縫的路程差與波長(zhǎng)的關(guān)系為r＝eq\f(1.5×10－6,0.6×10－6)λ＝eq\f(5,2)λ，路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，在P點(diǎn)形成暗條紋，在中央亮條紋和P點(diǎn)暗條紋之間的點(diǎn)到雙縫的路程差在0～eq\f(5,2)λ范圍內(nèi)，可知當(dāng)路程差為eq\f(1,2)λ和eq\f(3,2)λ時(shí)，所在位置為暗條紋，則此時(shí)在中央亮條紋和P點(diǎn)之間的暗條紋個(gè)數(shù)為2個(gè)，B正確。例2(多選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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。若要減小干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是()A．改用黃色激光B．改用紫色激光C．減小雙縫間距D．將屏幕向靠近雙縫的位置移動(dòng)[實(shí)踐探究](1)公式Δx＝eq\f(l,d)λ中，l、d分別對(duì)應(yīng)哪段距離？提示：l對(duì)應(yīng)雙縫與光屏之間的距離，d對(duì)應(yīng)雙縫之間的距離。(2)要減小相鄰兩條亮條紋之間的距離，有哪些方法？提示：減小雙縫與光屏之間的距離l，換用波長(zhǎng)λ更小的色光，增大雙縫之間的距離d。[規(guī)范解答]由于相鄰兩條亮條紋間距Δx與照射光的波長(zhǎng)λ、雙縫間距d和雙縫距屏的距離l有關(guān)，且Δx＝eq\f(l,d)λ，當(dāng)改用紫色激光、增大雙縫間距、屏幕向靠近雙縫的位置移動(dòng)時(shí)，均可減小干涉圖樣中相鄰兩條亮條紋的間距，故B、D正確。[答案]BD規(guī)律點(diǎn)撥根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ，可以測(cè)出各種單色光(在空氣中)的波長(zhǎng)，再根據(jù)c＝fλ，可以算出各種單色光的頻率。結(jié)合c＝nv、v＝λ介f、sinC＝eq\f(1,n)，還可以算出單色光在介質(zhì)中的波速、波長(zhǎng)和全反射臨界角。色光的性質(zhì)總結(jié)如下：?jiǎn)紊獾念伾t橙黃綠青藍(lán)紫頻率(決定光的顏色)低→高真空(空氣)中的波速c＝3×108m/s真空(空氣)中的波長(zhǎng)λ＝eq\f(c,f)長(zhǎng)→短同一介質(zhì)中的折射率n小→大同一介質(zhì)中的光速v＝eq\f(c,n)大→小同一介質(zhì)中的波長(zhǎng)λ介＝eq\f(c,nf)長(zhǎng)→短同一介質(zhì)中的全反射臨界角C＝arcsineq\f(1,n)大→小雙縫干涉的條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ大→小[變式訓(xùn)練2](多選)某一質(zhì)檢部門(mén)為檢測(cè)一批礦泉水的質(zhì)量，利用干涉原理測(cè)量礦泉水的折射率。方法是只需要將礦泉水填充到特制容器中，放置在雙縫與光屏之間(之前為空氣)(如圖所示，特制容器未畫(huà)出)，通過(guò)比對(duì)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(jì)算出礦泉水的折射率(設(shè)空氣的折射率為1)，則下列說(shuō)法正確的是()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)答案AC解析把空氣換成礦泉水后，入射光的頻率f不變，光在介質(zhì)中的傳播速度減小，根據(jù)v＝λf，可知光的波長(zhǎng)減小。根據(jù)單色光雙縫干涉中相鄰兩亮條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，對(duì)同一個(gè)裝置來(lái)說(shuō)，條紋間距與波長(zhǎng)成正比，波長(zhǎng)減小，條紋間距減小，即x2＜x1，A正確，B錯(cuò)誤；因?yàn)閚＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ1,λ2)，所以該礦泉水的折射率為eq\f(x1,x2)，C正確，D錯(cuò)誤。探究薄膜干涉的理解及應(yīng)用仔細(xì)觀察下列圖片，認(rèn)真參與“師生互動(dòng)”?；顒?dòng)1：肥皂泡看起來(lái)常常是彩色的，這是白光照射造成的，為了弄清原因，我們做實(shí)驗(yàn)應(yīng)該用什么樣的光？提示：白光是復(fù)色光，比較復(fù)雜，物理實(shí)驗(yàn)研究應(yīng)該簡(jiǎn)化條件，所以應(yīng)該用單色光。活動(dòng)2：如圖甲所示，在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的單色黃光，肥皂液膜相當(dāng)于平面鏡，所成的燈焰的像有什么特點(diǎn)？提示：燈焰的像為明暗相間的水平條紋?；顒?dòng)3：肥皂液膜在重力的作用下形成圖乙的形狀，請(qǐng)分析燈焰的像出現(xiàn)亮、暗條紋的原因。提示：燈焰的像是液膜前后兩個(gè)面反射的光形成的。來(lái)自?xún)蓚€(gè)面的反射光相互疊加，發(fā)生干涉。豎直放置的肥皂液膜受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在膜上不同的位置，來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光，即圖乙中的實(shí)線和虛線波形代表的兩列光波，其路程差不同。在某些位置，這兩列波疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)了亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現(xiàn)了暗條紋?；顒?dòng)4：為什么在白光下觀察，肥皂泡呈彩色？提示：在白光下觀察肥皂泡，白光中不同波長(zhǎng)的光，也就是不同顏色的光，從肥皂泡的前后表面反射后，在不同的位置相互加強(qiáng)，所以看起來(lái)肥皂泡是彩色的。1．薄膜干涉形成明暗條紋的條件薄膜干涉是經(jīng)薄膜前后面反射的兩列光波疊加的結(jié)果。兩列光波的路程差Δr＝kλ(k＝0，1，2，…)的位置，出現(xiàn)亮條紋，兩列光波的路程差Δr＝eq\f(2k＋1,2)λ(k＝0，1，2，…)的位置，出現(xiàn)暗條紋。注：式中λ為光在薄膜中的波長(zhǎng)。2.薄膜干涉的應(yīng)用(1)增透膜和增反膜在光學(xué)儀器中，為了減少光在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)表面的反射損失，可用薄膜干涉相消來(lái)減少反射光。像照相機(jī)、測(cè)距儀、潛望鏡上用的光學(xué)元件表面為了減少光的反射損失都鍍上了介質(zhì)薄膜(氟化鎂)，使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的eq\f(1,4)，這樣反射回來(lái)的兩列光波經(jīng)過(guò)的路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，它們干涉后就相互抵消。這一薄膜減少了光學(xué)元件表面反射造成的光能損失，增強(qiáng)了光學(xué)元件透光的能量，故稱(chēng)之為增透膜。類(lèi)似地，還有用增反膜增加光的反射。注：入射光一般是白光，增透膜不可能使所有的單色光干涉相消，由于人眼對(duì)綠光最敏感，一般增透膜的厚度做到使綠光垂直入射時(shí)完全抵消，這時(shí)紅光和紫光沒(méi)有顯著削弱，所以有增透膜的光學(xué)鏡頭顯淡紫色。(2)用干涉法檢測(cè)平滑度如圖a所示，兩玻璃板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋。如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下，則對(duì)應(yīng)明條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖b所示；如果某處凸起，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖c所示。(注：“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指向左與向右的順序位置上)例3(多選)用如圖所示的實(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絲圈。下面說(shuō)法正確的是()A．若要觀察到圖b中的干涉圖樣，人應(yīng)位于金屬絲圈的左側(cè)B．若要觀察到圖b中的干涉圖樣，人應(yīng)位于金屬絲圈的右側(cè)C．若將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)某一角度，則觀察到的現(xiàn)象是干涉條紋沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)D．若將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)某一角度，則觀察到的現(xiàn)象是干涉條紋圖樣保持不變[實(shí)踐探究](1)產(chǎn)生薄膜干涉的原理是什么？提示：產(chǎn)生干涉的兩列光是薄膜前后表面反射回來(lái)的光，干涉條紋的明暗(或顏色)取決于因薄膜的厚度而形成的反射光的路程差。(2)金屬絲圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，薄膜上薄下厚的形狀會(huì)不會(huì)改變？提示：不會(huì)。因?yàn)橹亓Φ姆较蚴冀K是豎直向下的。[規(guī)范解答]干涉圖樣是由薄膜的前后兩個(gè)表面反射的光疊加形成的，因此要順著入射光的方向觀察，即人應(yīng)位于金屬絲圈的左側(cè)，A正確，B錯(cuò)誤；在轉(zhuǎn)動(dòng)金屬絲圈的過(guò)程中，由于重力作用，同一水平高度的薄膜厚度是相同的，故自上而下薄膜的厚度與原來(lái)相比保持不變，故兩列反射光的路程差也不會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生的干涉條紋圖樣保持不變，C錯(cuò)誤，D正確。[答案]AD規(guī)律點(diǎn)撥薄膜干涉問(wèn)題的關(guān)鍵是要弄清題設(shè)條件，并結(jié)合產(chǎn)生薄膜干涉現(xiàn)象的原因和條件來(lái)分析。若薄膜厚度隨位置變化，則兩列反射光波的路程差隨位置變化，出現(xiàn)干涉條紋；若薄膜厚度不隨位置變化，如增透膜，兩列反射光波也能發(fā)生干涉，只是不出現(xiàn)干涉條紋。[變式訓(xùn)練3]市面上有一種燈具俗稱(chēng)“冷光燈”，用它照射物體時(shí)能使被照物體處產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除玻璃表面反射回來(lái)的熱效應(yīng)最顯著的紅外線，以λ表示此紅外線在薄膜中的波長(zhǎng)，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為()A.eq\f(λ,8) B.eq\f(λ,4)C.eq\f(λ,2) D．λ答案B解析當(dāng)薄膜的最小厚度為紅外線在薄膜中波長(zhǎng)的eq\f(1,4)時(shí)，從兩表面反射的紅外線的路程差恰好為eq\f(1,2)λ，當(dāng)兩反射光疊加時(shí)，相互削弱，這樣就減小了反射光的強(qiáng)度，B正確。1．(光的干涉條件)從兩只手電筒射出的光，當(dāng)它們照射到同一點(diǎn)時(shí)看不到干涉條紋，是因?yàn)?)A．手電筒射出的光不是單色光 B．周?chē)h(huán)境的漫反射光太強(qiáng)C．干涉圖樣太細(xì)小看不清楚 D．兩個(gè)光源是非相干光源答案D解析兩只手電筒射出的光頻率不穩(wěn)定，是非相干光，它們照射到同一點(diǎn)時(shí)不發(fā)生干涉，因此無(wú)干涉條紋，A、B、C錯(cuò)誤，D正確。2．(雙縫干涉的原理)(多選)在單色光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中()A．兩列光波谷和波谷重疊處出現(xiàn)暗條紋B．兩列光波峰和波峰重疊處出現(xiàn)亮條紋C．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．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BC解析兩列光的波峰與波峰相遇處和波谷與波谷相遇處都出現(xiàn)亮條紋，故A錯(cuò)誤，B正確；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，是光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)暗條紋，故C正確，D錯(cuò)誤。3．(生活中的干涉現(xiàn)象)(多選)以下是對(duì)一些生活現(xiàn)象的解釋?zhuān)阏J(rèn)為正確的是()A．太陽(yáng)光下的肥皂泡呈現(xiàn)出五彩繽紛的顏色，是因?yàn)樘?yáng)光經(jīng)肥皂液薄膜發(fā)生了干涉現(xiàn)象B．“海市蜃樓”是因?yàn)榇髿饷芏炔痪鶆颍矬w反射的太陽(yáng)光發(fā)生了色散現(xiàn)象C．用手把兩片無(wú)色透明的玻璃片捏在一起，陽(yáng)光下能看到彩色花紋，是因?yàn)楣猱a(chǎn)生了干涉現(xiàn)象D．雨后會(huì)出現(xiàn)彩虹，是因?yàn)榘l(fā)生了干涉現(xiàn)象答案AC解析太陽(yáng)光下的肥皂泡呈現(xiàn)出彩色條紋，這是光的薄膜干涉現(xiàn)象，故A正確；“海市蜃樓”是光的折射和全反射現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；將兩片玻璃片捏在一起，會(huì)看到彩色花紋，這是薄膜干涉現(xiàn)象，故C正確；雨后會(huì)出現(xiàn)彩虹，是光的折射和全反射現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。4．(干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出波長(zhǎng)為589nm的光，在距雙縫1.00m的屏上形成干涉圖樣。觀察和測(cè)量圖樣上相鄰兩亮條紋中心間距為0.350cm，則雙縫的間距應(yīng)為()A．2.06×10－7m B．2.06×10－4mC．1.68×10－4m D．1.68×10－3m答案C解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰兩亮條紋或暗條紋的中心間距Δx、雙縫間距d與雙縫到屏的距離l間的關(guān)系為Δx＝eq\f(l,d)λ，則雙縫間距d＝eq\f(lλ,Δx)＝eq\f(1.00×589×10－9,0.350×10－2)m≈1.68×10－4m。故C正確。5．(薄膜干涉的理解)如圖所示是一豎立的肥皂液薄膜的橫截面，關(guān)于在豎直放置的肥皂液薄膜上產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法不正確的是()A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光線在薄膜前后表面反射形成的兩列光波相疊加B．用藍(lán)光照射產(chǎn)生的干涉條紋間距比用黃光照射時(shí)產(chǎn)生的條紋間距窄C．干涉條紋中的亮條紋是由于兩反射光疊加減弱產(chǎn)生的D．薄膜上的干涉條紋基本上是水平的答案C解析由于重力的作用，肥皂液膜形成了上薄下厚的薄膜，干涉條紋的產(chǎn)生是由于光線在薄膜前后兩表面反射形成的兩列光波相疊加，故A正確；干涉條紋間距與光的波長(zhǎng)成正比，由于藍(lán)光比黃光波長(zhǎng)短，故用藍(lán)光照射產(chǎn)生的干涉條紋間距比用黃光照射時(shí)產(chǎn)生的條紋間距窄，故B正確；干涉條紋中的亮條紋是由于兩反射光疊加加強(qiáng)產(chǎn)生的，故C錯(cuò)誤；薄膜干涉同一條紋對(duì)應(yīng)的薄膜厚度相同，故條紋基本上是水平的，故D正確。本題選說(shuō)法不正確的，故選C。6.(形成亮、暗條紋的條件)如圖所示是研究光的雙縫干涉的示意圖，S1和S2為擋板上的兩條狹縫，O為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)，當(dāng)頻率為5.0×1014Hz的單色光垂直射向擋板時(shí)，光屏上P處是O上方的第2條暗條紋的中心。已知真空中光速c＝3×108m/s，則S1、S2到P點(diǎn)的距離之差為()A．3×10－7m B．6×10－7mC．9×10－7m D．1.2×10－6m答案C解析單色光波長(zhǎng)λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,5.0×1014)m＝6×10－7m，當(dāng)光從雙縫到光屏的路程差是半波長(zhǎng)的3倍時(shí)，出現(xiàn)第2條暗條紋，則S1、S2到P點(diǎn)的距離之差為S2P－S1P＝eq\f(3,2)λ＝9×10－7m，故C正確。7.(薄膜干涉的應(yīng)用)(多選)如圖所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來(lái)檢查平板N的上表面的平滑情況，觀察到如圖所示條紋中的P和Q情況，這說(shuō)明()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．N的上表面A處向下凹陷D．N的上表面B處向下凹陷答案BC解析由題圖可知，空氣厚度從左向右依次增大，則兩表面的反射光的路程差自左向右依次增大。同一條紋上的各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空氣厚度相同，條紋向左彎曲(P)說(shuō)明A處的空氣厚度和A處右邊點(diǎn)的空氣厚度相同，A處下凹。條紋向右彎曲(Q)，說(shuō)明B處的空氣厚度和B處左邊點(diǎn)的空氣厚度相同，B處上凸。故B、C正確。8.(雙縫干涉的應(yīng)用)(多選)煤礦中瓦斯爆炸危害極大。某同學(xué)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(jì)了一種利用光的干涉監(jiān)測(cè)礦井瓦斯的儀器，原理如圖所示。在雙縫前面放置兩個(gè)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(cè)瓦斯?jié)舛?。下列說(shuō)法正確的是()A．若屏的正中央仍是亮紋，說(shuō)明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯B．若屏的正中央是暗紋，說(shuō)明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，可能含有瓦斯C．如果屏上干涉條紋不停地移動(dòng)，說(shuō)明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定D．用頻率更大的單色光照射單縫時(shí)，屏上出現(xiàn)的干涉條紋間距變大答案BC解析如果容器A、B中氣體相同，則折射率相同，雙縫到屏中央的路程相同，所以屏的正中央為亮紋，若B中的氣體含有瓦斯，屏的正中央可能為亮紋，也可能為暗紋，故屏的正中央為亮紋時(shí)，B中可能含有瓦斯，也可能不含，A錯(cuò)誤；如果屏的正中央為暗紋，則A、B中氣體的折射率一定不同，B中可能含有瓦斯，B正確；如果屏上干涉條紋不停地移動(dòng)，則B中氣體的折射率在變化，即瓦斯含量不穩(wěn)定，C正確；用頻率更大的單色光照射單縫時(shí)，單色光的波長(zhǎng)變短，由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，條紋間距變小，D錯(cuò)誤。9．(薄膜干涉的應(yīng)用)(多選)利用光在空氣薄膜中的干涉可以測(cè)量待測(cè)圓柱形金屬絲與標(biāo)準(zhǔn)圓柱形金屬絲的直徑差(約為微米量級(jí))，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。T1和T2是具有標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶，A0為標(biāo)準(zhǔn)金屬絲，直徑為D0；A為待測(cè)金屬絲，直徑為D；兩者中心間距為L(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中用波長(zhǎng)為λ的單色光垂直照射平晶表面，觀察到的干涉條紋如圖乙所示，測(cè)得相鄰條紋的間距為ΔL。則以下說(shuō)法正確的是()A．A與A0直徑相差越大，ΔL越小B．A與A0直徑相差越大，ΔL越大C．|D－D0|＝eq\f(λL,ΔL)D．|D－D0|＝eq\f(λL,2ΔL)答案AD解析設(shè)具有標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶之間的夾角為θ，則薄膜干涉相鄰兩條紋的間距ΔL滿(mǎn)足的條件為2ΔLtanθ＝λ，可得ΔL＝eq\f(λ,2tanθ)，A與A0直徑相差越大，θ越大，ΔL越小，A正確，B錯(cuò)誤；由題設(shè)條件，可知tanθ＝eq\f(|D－D0|,L)，聯(lián)立解得|D－D0|＝eq\f(λL,2ΔL)，C錯(cuò)誤，D正確。[名師點(diǎn)撥](1)與雙縫干涉條紋的分析類(lèi)似，薄膜干涉條紋的分析，也可以根據(jù)干涉加強(qiáng)、減弱的條件，結(jié)合幾何關(guān)系列式計(jì)算。(2)由本題可知，劈尖空氣薄膜干涉條紋的間距為ΔL＝eq\f(λ,2tanθ)。10．(干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系)如圖所示是用a、b兩種單色光分別通過(guò)同一雙縫干涉裝置獲得的干涉圖樣?，F(xiàn)讓a、b兩種光組成的復(fù)色光穿過(guò)平行玻璃磚或三棱鏡時(shí)，光的傳播路徑與方向可能正確的是()答案D解析從干涉圖樣可知a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)，因此a光的頻率小于b光的頻率，所以同一介質(zhì)對(duì)b光的折射率更大；A中應(yīng)是左側(cè)為b光，右側(cè)為a光；B中射出的兩光線都應(yīng)與復(fù)色光平行，A、B錯(cuò)誤。由于同一介質(zhì)對(duì)b光的折射率更大，所以b光的臨界角更小，更容易發(fā)生全反射，C錯(cuò)誤，D正確。11．(薄膜干涉的應(yīng)用)登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過(guò)度照射，尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)間被紫外線照射，否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷視力。有人想用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對(duì)眼睛傷害的眼鏡，他選用的薄膜材料的折射率n＝1.5，所要消除的紫外線的頻率f＝8.1×1014Hz，那么他設(shè)計(jì)的這種增反膜的厚度至少是()A．9.25×10－8m B．1.85×10－7mC．1.24×10－7m D．6.18×10－8m答案C解析為了減小紫外線對(duì)眼睛的傷害，應(yīng)使入射光分別從該膜的前后兩個(gè)表面反射的光疊加后加強(qiáng)，則路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)應(yīng)等于光在薄膜中的波長(zhǎng)λ′的整數(shù)倍，即2d＝Nλ′(N＝1，2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外線在膜中波長(zhǎng)的eq\f(1,2)。紫外線在真空中的波長(zhǎng)是λ＝eq\f(c,f)≈3.7×10－7m，在膜中的波長(zhǎng)是λ′＝eq\f(\f(c,n),f)＝eq\f(λ,n)≈2.47×10－7m，故這種增反膜的厚度至少是eq\f(λ′,2)≈1.24×10－7m，C正確。12．(薄膜干涉的分析)用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察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(biāo)x的變化圖像，可能正確的是()答案D解析來(lái)自薄膜前后表面的反射光是相干光，其光的路程差為Δx＝2d，當(dāng)光的路程差Δx＝nλ時(shí)，出現(xiàn)亮條紋，故相鄰亮條紋之間的薄膜厚度差為eq\f(1,2)λ；由圖可知，隨坐標(biāo)x變大，相鄰亮條紋之間的距離變大，則在d-x圖像中，隨x的變大，d每變化eq\f(1,2)λ，對(duì)應(yīng)的Δx逐漸變大，即d-x圖線的斜率逐漸變小，故選D。[名師點(diǎn)撥]此題也可根據(jù)劈尖空氣薄膜干涉條紋的間距ΔL＝eq\f(λ,2tanθ)快速分析得出結(jié)論。4．實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)1．了解“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)原理，知道影響相鄰亮(暗)條紋間距的因素。2.通過(guò)進(jìn)行“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)雙縫干涉圖樣的認(rèn)識(shí)和理解。3.認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)工具在物理發(fā)展過(guò)程中的作用。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．觀察單色光的雙縫干涉圖樣。2．測(cè)量單色光的波長(zhǎng)。二實(shí)驗(yàn)原理1．實(shí)驗(yàn)思路光源發(fā)出的光經(jīng)eq\x(\s\up1(01))濾光片(裝在單縫前)成為單色光，把單縫照亮。eq\x(\s\up1(02))單縫相當(dāng)于一個(gè)線光源，它又把雙縫照亮。來(lái)自雙縫的光在雙縫右邊的空間發(fā)生干涉。遮光筒的一端裝有eq\x(\s\up1(03))毛玻璃屏，我們可以在這個(gè)屏上觀察到eq\x(\s\up1(04))干涉條紋，并由λ＝eq\x(\s\up1(05))eq\f(d,l)Δx計(jì)算出光的波長(zhǎng)。透鏡的作用是使射向單縫的光eq\x(\s\up1(06))更集中。2.物理量的測(cè)量根據(jù)λ＝eq\f(d,l)Δx可知，本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量是雙縫到屏的距離l和相鄰兩條亮條紋間的距離Δx(雙縫間的距離d已知)。具體操作如下。(1)l的測(cè)量：雙縫到屏的距離l可以用eq\x(\s\up1(07))刻度尺測(cè)出。(2)Δx的測(cè)量：相鄰兩條亮條紋間的距離Δx需用eq\x(\s\up1(08))測(cè)量頭測(cè)出。三實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、透鏡、eq\x(\s\up1(01))濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭，其中測(cè)量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)，另外還有學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺。探究測(cè)量過(guò)程·獲取數(shù)據(jù)仔細(xì)觀察下列圖片，認(rèn)真參與“師生互動(dòng)”?；顒?dòng)1：測(cè)量光的波長(zhǎng)之前，首先要安裝并調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)根據(jù)圖甲說(shuō)說(shuō)安裝調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置的步驟。提示：(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏等依次安放在光具座上。(2)接好電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。(3)調(diào)節(jié)光源的高度和角度，使光源燈絲發(fā)出的光束能沿著遮光筒的軸線把屏照亮。(4)安裝單縫和雙縫，使單縫與雙縫相互平行，二者間距約5～10cm，盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上。(5)在單縫和光源間放上濾光片，就可以觀察到單色光的雙縫干涉圖樣。分別改變?yōu)V光片的顏色和雙縫的距離，觀察干涉條紋的變化。活動(dòng)2：測(cè)量頭是測(cè)量條紋間距的工具，通常有兩種，如圖乙(a)、(b)，它們的讀數(shù)方法與學(xué)過(guò)的什么儀器相同？如何進(jìn)行操作？如何得到兩條亮條紋間的距離？提示：螺旋測(cè)微器和游標(biāo)卡尺。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板會(huì)左右移動(dòng)。測(cè)量時(shí)，應(yīng)使分劃板的中心刻線與亮條紋的中心對(duì)齊，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。然后轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與另一亮條紋的中心對(duì)齊，再次記下手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差表示這兩條亮條紋間的距離?；顒?dòng)3：請(qǐng)根據(jù)甲、乙、丙圖說(shuō)說(shuō)測(cè)量單色光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)操作步驟。提示：(1)按圖甲安裝實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)節(jié)至通過(guò)目鏡可清晰觀察到干涉條紋。(2)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間的距離l(d是已知的)。(3)轉(zhuǎn)動(dòng)圖乙測(cè)量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中心，如圖丙所示，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線對(duì)齊另一亮條紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2；并記下兩次測(cè)量時(shí)移過(guò)的亮條紋數(shù)n。(4)換用不同顏色的濾光片和改變雙縫間的距離，重復(fù)上述(1)～(3)步驟，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應(yīng)的波長(zhǎng)。探究分析數(shù)據(jù)·得出結(jié)論活動(dòng)1：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合理的表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。提示：表格略。對(duì)每種顏色的光，必須記錄濾光片的顏色、雙縫間距d，以及每次操作所測(cè)得l、n、a(a＝|a2－a1|)的數(shù)據(jù)?；顒?dòng)2：測(cè)出n條亮條紋間的距離a，如何算出相鄰兩條亮條紋的間距？提示：相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝eq\f(a,n－1)。活動(dòng)3：測(cè)得相鄰兩條亮條紋間距為Δx，雙縫間距為d，單縫與雙縫的距離為l1，雙縫到屏的距離為l2，則對(duì)應(yīng)的單色光的波長(zhǎng)是多少？提示：根據(jù)雙縫干涉相鄰亮(暗)條紋的間距公式Δx＝eq\f(l2,d)λ，解得對(duì)應(yīng)的單色光的波長(zhǎng)λ＝eq\f(Δxd,l2)?；顒?dòng)4：測(cè)量單色光的波長(zhǎng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)源于哪些方面？提示：根據(jù)λ＝eq\f(Δxd,l)，雙縫間的距離d已知，故誤差主要來(lái)源于雙縫到屏的距離l以及相鄰兩條亮條紋間的距離Δx的測(cè)量?；顒?dòng)5：如何減小l的測(cè)量誤差？提示：因雙縫到屏的距離較長(zhǎng)，應(yīng)選用刻度尺測(cè)量l，并用多次測(cè)量求平均值的辦法減小誤差?；顒?dòng)6：如何減小相鄰兩條亮條紋間的距離Δx的測(cè)量誤差？提示：(1)將干涉條紋調(diào)到最清晰的程度；(2)分劃板中心刻線須與干涉條紋調(diào)至平行，且使中心刻線位于亮條紋中心；(3)測(cè)出n條亮條紋間的距離a，然后取平均值求出相鄰兩條亮條紋間的距離Δx，即Δx＝eq\f(a,n－1)。探究典例探究·提升能力例現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖所示光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量某單色光的波長(zhǎng)。(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為：__________________。(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有：①取下遮光筒左側(cè)除光源之外的元件，打開(kāi)光源，調(diào)節(jié)光源的高度和角度，使它發(fā)出的光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；③用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離；④用測(cè)量頭測(cè)量數(shù)條亮條紋間的距離。在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意__________________和__________________。(3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋中心對(duì)齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)為_(kāi)_______mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為_(kāi)_______mm。(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計(jì)算式λ＝________，求得所測(cè)單色光波長(zhǎng)為_(kāi)_______nm。[規(guī)范解答](1)濾光片E的作用是從白光中獲得單色光，單縫的作用是獲取線光源，雙縫的作用是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏。所以由左至右，排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A。(2)在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意的事項(xiàng)有：放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行；單縫、雙縫間距離大約為5～10cm。(3)測(cè)量頭的讀數(shù)：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動(dòng)刻度。題圖甲讀數(shù)為2.420mm，題圖乙讀數(shù)為12.270mm，所以相鄰亮條紋間距：Δx＝eq\f(12.270－2.420,6－1)mm＝1.970mm。(4)由雙縫干涉相鄰亮(暗)條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ得：λ＝eq\f(dΔx,l)，代入數(shù)據(jù)得：λ≈5.63×10－7m＝563nm。[答案](1)C、E、D、B、A(2)放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行單縫、雙縫間距離大約為5～10cm(3)12.2701.970(4)eq\f(dΔx,l)563實(shí)驗(yàn)點(diǎn)撥(1)本實(shí)驗(yàn)中的器材排序是一個(gè)考查的重點(diǎn)，光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、屏，在光具座上可從左向右排，也可以從右向左排，但任何兩個(gè)元件之間的排序不能顛倒，尤其是濾光片和單縫之間，要注意這一點(diǎn)。(2)本實(shí)驗(yàn)中處理數(shù)據(jù)時(shí)有三個(gè)關(guān)鍵：一是正確讀取測(cè)量頭的示數(shù)；二是明確Δx＝eq\f(a,n－1)中各個(gè)字母的含義，特別注意要與具體的條紋結(jié)合起來(lái)進(jìn)行判斷；三是注意單位換算和有效數(shù)字的保留。[變式訓(xùn)練]如圖甲所示，在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)儀器按要求安裝在光具座上，并選用雙縫間距d＝0.20mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離l＝700mm。然后，接通電源使光源正常工作。(1)已知測(cè)量頭上主尺的最小刻度是毫米，副尺(游標(biāo)尺)上有20分度。如圖乙所示，某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)量頭的目鏡看去，使分劃板中心刻度線與某條紋A中心對(duì)齊，此時(shí)測(cè)量頭上主尺和副尺的示數(shù)情況如圖丙所示，此示數(shù)為_(kāi)_______mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻度線與某條紋B中心對(duì)齊，測(cè)得A到B條紋間的距離為8.40mm。利用上述測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算可得經(jīng)濾光片射向雙縫的色光的波長(zhǎng)λ＝________m(保留兩位有效數(shù)字)。(2)另一同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后，觀察到光的干涉現(xiàn)象效果很好。若他對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置做了一下改動(dòng)后，在像屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加。以下改動(dòng)可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果的是________。A．僅將濾光片移至單縫和雙縫之間B．僅將單縫向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)少許C．僅將單縫與雙縫的位置互換D．僅將紅色的濾光片換成綠色的濾光片答案(1)0.254.8×10－7(2)D解析(1)題圖丙中游標(biāo)卡尺的主尺的讀數(shù)為0，游標(biāo)尺的刻度線5與主尺的某刻度線對(duì)齊，則讀數(shù)為：0mm＋5×0.05mm＝0.25mm；A到B條紋間的距離為8.40mm，由圖可以知道A到B條紋間的距離為5個(gè)條紋間距，則：Δx＝eq\f(8.40,5)mm＝1.68mm；根據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ得：λ＝eq\f(d·Δx,l)＝eq\f(0.20×1.68,700)mm＝4.8×10－7m。(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置做了一下改動(dòng)后，在像屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加，可以知道條紋的間距減小，由公式Δx＝eq\f(l,d)λ，可知僅將濾光片移至單縫和雙縫之間，λ、l與d都不變，則Δx不變，A錯(cuò)誤；僅將單縫向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)少許，λ、l與d都不變，則Δx不變，B錯(cuò)誤；僅將單縫與雙縫的位置互換，將不能正常觀察雙縫干涉，C錯(cuò)誤；僅將紅色濾光片換成綠色濾光片，λ減小，l與d都不變，則Δx減小，D正確。1.某同學(xué)利用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，C為光屏。當(dāng)讓一束陽(yáng)光照射A屏?xí)r，C屏上并沒(méi)有出現(xiàn)干涉條紋。分析實(shí)驗(yàn)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(yáng)光不能作為光源答案B解析雙縫干涉中單縫的作用是獲得線光源，若單縫太寬，得不到線光源。而A、C、D所述原因不會(huì)造成觀察不到干涉條紋。故B正確。2．在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖所示，雙縫間的距離d＝3mm。(1)若測(cè)量紅光的波長(zhǎng)，應(yīng)選用________色的濾光片。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量的物理量有：______________和____________________。(2)若測(cè)得雙縫與屏之間距離為0.70m，通過(guò)測(cè)量頭(與螺旋測(cè)微器原理相似，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，分劃板前進(jìn)或后退0.500mm)觀察到第1條亮紋的位置如圖a所示，觀察到第5條亮紋的位置如圖b所示。則可求出紅光的波長(zhǎng)λ＝________m。(保留一位有效數(shù)字)答案(1)紅雙縫到屏的距離ln條亮(暗)條紋間的距離a(2)7×10－7解析(1)測(cè)量紅光波長(zhǎng)選紅色濾光片，因?yàn)榧t色濾光片能透過(guò)紅光。根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ知，需測(cè)雙縫到屏的距離l和n條亮(暗)條紋間的距離a，從而計(jì)算出相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx，最后算出紅光的波長(zhǎng)λ。(2)由題意知l＝0.70m，d＝3mm，a圖讀數(shù)為a1＝0，b圖讀數(shù)為a5＝0.650mm，則有Δx＝eq\f(a5－a1,5－1)＝eq\f(6.5×10－4m,5－1)＝1.625×10－4m，得λ＝eq\f(Δx·d,l)＝eq\f(1.625×10－4×3×10－3,0.70)m≈7×10－7m。3．利用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d＝0.4mm，雙縫到光屏間的距離l＝0.5m，用某種單色光照射雙縫得到的干涉條紋如圖甲所示，分劃板中心刻線在圖甲中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖乙所示，則：(1)分劃板中心刻線在圖甲中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)分別為xA＝________mm，xB＝________mm，相鄰兩亮(暗)條紋間距Δx＝________mm。(2)波長(zhǎng)的表達(dá)式λ＝________(用Δx、l、d表示)，該單色光的波長(zhǎng)λ＝________m。(3)若改用頻率較高的單色光照射，得到的干涉條紋間距將________(填“變大”“不變”或“變小”)。答案(1)11.115.60.75(2)eq\f(d,l)Δx6.0×10－7(3)變小解析(