第4.3節(jié) 光的干涉-2024-2025學(xué)年高二物理同步學(xué)與練（滬科版2020上海選擇性必修第一冊 ）

第四章·光第03講光的干涉目標(biāo)目標(biāo)導(dǎo)航知識要點難易度1．光的干涉條件：頻率相等，相位差穩(wěn)定2．光的雙縫干涉條紋特征：等間距，條紋寬度：Δx＝eq\f(l,d)λ★★

★★★知識知識精講知識點01楊氏雙縫干涉實驗1．光的干涉現(xiàn)象：1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，人們開始認(rèn)識到光具有波動性．兩束光在屏幕上形成穩(wěn)定的明暗條紋的現(xiàn)象稱光的干涉。2．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．3．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．4．干涉圖樣（1）原理圖如上圖所示．（2）亮、暗條紋的條件．①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋．a(chǎn)．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…），光屏上出現(xiàn)亮條紋．b．光的路程差Δr＝r2－r1＝（2k＋1）eq\f(λ,2)（k＝0，1，2…），光屏上出現(xiàn)暗條紋．②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色（填寫顏色）．③條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.即增大擋板和屏的距離，減小雙縫間距，增加波長都會導(dǎo)致條紋變寬【例1】(多選)如圖甲為雙縫干涉實驗的裝置示意圖．圖乙為用綠光進行實驗時，在屏上觀察到的條紋情況，a處為中央亮條紋，丙圖為換用另一顏色的單色光做實驗時觀察到的條紋情況，a′處為中央亮條紋．若已知紅光、綠光和紫光的波長大小關(guān)系為紅光的波長最長，紫光的波長最短．則以下說法正確的是()A．丙圖比乙圖條紋間的間距大B．丙圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長較長C．丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長較長D．丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長較短【答案】A、B【解析】由圖可知丙圖比乙圖的條紋間距變大，丙圖波長比乙圖的波長長，所以AB正確，CD錯誤。知識點02薄膜（等厚）干涉應(yīng)用：檢查平面平整度1．薄膜干涉現(xiàn)象如下圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．牛頓環(huán)的干涉如下圖：2．薄膜干涉原理分析（1）相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面反射的兩列光波．（2）圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮（或暗）條紋對應(yīng)的薄膜的厚度相等．單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時形成彩色條紋．3．薄膜干涉的應(yīng)用如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，M的下表面和N的上表面反射的光產(chǎn)生干涉，形成條紋圖案。（1）如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是平行且等間距的．（2）如果被測表面某處凹下，則對應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中P條紋所示；（3）如果某處凸起來，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中Q所示．(注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左到右的位置順序上)【歸納總結(jié)】對干涉條紋間距的判斷矮人行走法：即把干涉條紋看成“矮人”的直立行走軌跡．始終保持腳踏被測板，頭頂樣板行走過程中，(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去繞，即條紋某處彎向薄膜尖端，該處為凹下．(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去繞，即條紋某處彎向薄膜底部，該處為凸起．因此，條紋向薄膜尖端彎曲時，說明下凹，反之，上凸．【例2】(多選)如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平薄凸透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是()A．干涉條紋是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B．干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化造成的D．若平薄凸透鏡的圓弧面半徑增大，圓環(huán)狀干涉條紋的間距將變小【答案】AC【解析】空氣膜兩側(cè)分別是透鏡下表面和玻璃上表面，是這兩個表面反射光的干涉，所以A正確；兩條條紋間距的空氣厚度相等，空氣膜下表面是平面，上表面是球面，所以厚度變化不均勻，C正確；圓弧半徑增大，空氣厚度變化減緩，條紋間距變大，D錯誤。鞏固鞏固練習(xí)1．(多選)白光中含有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色光，波長依次減小。在楊氏雙縫干涉實驗中如果()A．用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B．用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C．用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋D．用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)彩色的條紋【答案】BD【解析】白光做為光源進行干涉實驗，觀察到的是彩色條紋，A錯誤，D正確；紅光是單色光，干涉條紋為紅黑相間，B正確；用紅光和紫光分別照射一條狹縫，產(chǎn)生的是紅和紫的衍射條紋的疊加，不是彩色條紋，C錯誤。2．用單色光完成“楊氏雙縫干涉實驗”，光屏上形成的圖樣是（A ）（A）（B）（C（B）（D）【答案】A【解析】條紋間距相等，A正確。3．如圖所示，在雙縫干涉實驗中，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，則()A．不再產(chǎn)生干涉條紋B．仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置不變C．仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置略向上移D．仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置略向下移【答案】D【解析】干涉條紋是兩束光的相對光程差導(dǎo)致，單縫向上移動，中央條紋向下移動，仍然可以產(chǎn)生干涉條紋，D正確。4．如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋，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【答案】C【解析】干涉條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ.紅光波長比綠光長，C正確。5．(多選)對兩列光波在空中疊加，以下說法中正確的是()A．不同顏色的光有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象B．不同顏色的光不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象C．光的強度不同有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象D．光的強度不同不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象【答案】BC【解析】干涉條件是頻率相同，對光強沒有特別要求，所以BC正確。6．如圖甲為雙縫干涉實驗的裝置示意圖。圖乙為用綠光進行實驗時，在屏上觀察到的條紋情況，a為中央亮條紋，丙圖為換用另一顏色的單色光做實驗時觀察到的條紋情況，a′為中央亮條紋。若已知紅光、綠光和紫光的波長大小關(guān)系為紅光的波長最長，紫光的波長最短。則以下說法正確的是()A．丙圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長較長B．丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長較長C．丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長較短D．丙圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長較短【答案】A【解析】紅光波長大于綠光，綠光波長大于紫光，波長越長條紋間距越大，A正確。7．(多選)如圖甲所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到的圖象如圖乙所示的條紋中的P和Q的情況，這說明()A．N的上表面A處向上凸起 B．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】突起條紋向右移動，凹陷條紋向左移動，所以A處凹陷，B處凸起，BC正確。8．用單色光照射位于豎直平面內(nèi)的肥皂液薄膜，所觀察到的干涉條紋為（）【答案】B【解析】由于重力作用，薄膜沿豎直方向厚度逐漸增大，等厚干涉圖樣如B，所以B正確。9．某同學(xué)用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如圖(甲)所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如(乙)圖所示，他改變的實驗條件可能是()A．減小光源到單縫的距離 B．減小雙縫之間的距離C．減小雙縫到光屏之間的距離 D．換用頻率更高的單色光源【答案】B【解析】對于A，光源到單縫距離不影響條紋間距，A錯誤。按干涉條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ.B正確。10．(多選)如圖甲、乙所示分別是a、b兩束單色光用同一雙縫干涉裝置進行實驗得到的干涉圖樣，下列關(guān)于a、b兩束單色光的說法正確的是()A．a(chǎn)、b兩束單色光在真空中的波長滿足λa<λbB．a(chǎn)、b兩束單色光在玻璃中的折射率滿足na<nbC．若該兩束光分別為紅光和紫光，則a光為紅光D．若拉大a光雙縫與屏之間距離，則a光干涉圖樣有可能與b光當(dāng)前形成的干涉圖樣中條紋間距相同【答案】AD【解析】波長越長，間距越大，A正確；波長大，折射率小，B錯誤；b的波長大于a的波長，a為紫光，C錯誤；增大a光的雙縫到屏的距離，條紋間距增大，D正確。11．用雙縫干涉測光的波長的實驗裝置如圖所示，其中光源為白熾燈泡，調(diào)整實驗裝置使光屏上能觀察到清晰的干涉條紋。關(guān)于該實驗，下列說法正確的是（）A．取下濾光片，光屏上將出現(xiàn)彩色的干涉條紋B．若單縫向右平移一小段距離，光屏上相鄰兩條亮紋中心的距離增大C．若將雙縫間的距離d增大，光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離減小D．若將濾光片由紅色換成綠色，光