第36講　光的波動性

第36講光的波動性光的干涉現(xiàn)象1.小陸同學帶領(lǐng)某研究小組觀察楊氏雙縫實驗,如圖所示是研究光的雙縫干涉的示意圖,擋板上有兩條狹縫S1、S2,由S1和S2發(fā)出的兩列波到達屏上時會產(chǎn)生干涉條紋.已知入射激光的波長為λ,屏上的P點到兩縫S1和S2的距離相等,如果把P處的亮條紋記作第0號亮條紋,由P向上數(shù),與0號亮條紋相鄰的暗條紋為1號暗條紋,與1號暗條紋相鄰的亮條紋為1號亮條紋,1號亮條紋上側(cè)相鄰的暗條紋為2號暗條紋,則P1處的暗條紋恰好是10號暗條紋.設直線S1P1的長度為r1,S2P1的長度為r2,則r2-r1等于 (B)A.9λ B.9.5λ C.10λ D.10.5λ[解析]由題設可知,從第0號亮條紋P算起,P1點處是第10號暗條紋的位置,表明狹縫S1、S2與P1處的距離差r2-r1=(2n-1)λ2=9.5λ,所以B正確,A、C、D錯誤2.(多選)如圖所示,在利用雙縫干涉實驗測量光的波長的實驗中,單縫S0、雙縫中點O、屏上的P0點位于雙縫S1和S2的中垂線上,屏上P點處在P0上方的第3條亮條紋(不包括P0點處的亮條紋)的中心.已知入射光在真空中的波長為λ,真空中的光速為c,雙縫S1與S2之間距離為d,雙縫到屏的距離為l,若整個裝置處于真空中,則下列說法正確的是 (AD)A.來自雙縫S1和S2的光傳播到P點處的時間差為3B.屏上P點和P0點之間僅能觀察到兩條暗條紋C.僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動的過程中,P點處能觀察到暗條紋D.僅將屏向右(保持P0在雙縫的中垂線上)移動的過程中,P點處能觀察到暗條紋[解析]來自雙縫S1和S2的光傳播到P點處的路程差為3λ,則時間差為3λc,選項A正確;由題意可知,屏上P點和P0點之間能觀察到三條暗條紋,選項B錯誤;根據(jù)Δx=ldλ可知,僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動的過程中,條紋間距不變,則P點處仍是亮條紋,選項C錯誤;根據(jù)Δx=ldλ可知,僅將屏向右(保持P0在雙縫的中垂線上)移動的過程中,l變大,則條紋間距變大,則P點處能觀察到暗條紋,3.如圖所示,在光源L的右側(cè),有兩個平行擋板A1、A2相距為d,A1上開有單縫S,A2上開有相距為b的平行雙縫S1、S2,擋板A2右側(cè)有一相距為D的光屏A3,L、S、S1與S2的中點、O在一條直線上,且d?b,D?d,光源L發(fā)出單色光的波長為λ,若在圖中陰影區(qū)域加上折射率為n的介質(zhì),則中央亮紋移動的方向和距離為(提示:在波的傳播方向上的相位落后,由波長的個數(shù)決定,單色光在介質(zhì)中的波長是真空中波長的1n) (AA.上移(n-1)Dbd B.上移(n-1)DC.下移(n-1)Dbd D.下移(n-1)D[解析]因光在介質(zhì)中傳播時速度減小,則同時由S發(fā)出的光線同時到達光屏時通過介質(zhì)的光傳播的路程較短,則中央亮紋上移;光在介質(zhì)中的波長為λ'=λn,則光從S到S1和S2滿足(其中N'和N是波長數(shù))N'λ'=Nλ,則從S到S1和S2的波長數(shù)差ΔN=N'-N=(n-1)N,因為d?b,則可認為N=dλ,從S1和S2發(fā)出的光線在屏上的條紋間距Δx=Dbλ,則中央亮紋上移的距離為x=ΔN·Δx=(n-1)Dbd,4.[2021·山東卷]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x的變化圖像,可能正確的是 (D)[解析]從薄膜的上、下表面分別反射的兩列光是相干光,其路程差為Δx=2d,即路程差為此處薄膜厚度的2倍,當路程差Δx=nλ時表現(xiàn)為亮條紋,故相鄰亮條紋處的薄膜的厚度差為12λ,在圖中相鄰亮條紋(或暗條紋)之間的距離變大,則薄膜的厚度逐漸變小,因條紋寬度不是均勻變大,則厚度不是均勻變小,故D正確5.G1、G2為放在水平面上的高度略有差別的兩個長方體,為了檢查這兩個長方體的上表面是否相互平行,檢測員用一塊標準的平行透明平板T壓在G1、G2的上方,T與G1、G2支架分別形成尖劈形空氣層,如圖所示.G1、G2的上表面與平板的夾角分別為α和β,P為平板T上表面上的一點.用單色光從上方照射平板T,G1、G2的上方都能觀察到明顯的干涉條紋,可以推知 (C)A.若α=β,則G1上方的干涉條紋間距小于G2上方的干涉條紋間距B.若α>β,則G1上方的干涉條紋間距大于G2上方的干涉條紋間距C.若將G1、G2的間距縮短些,則G1上方的干涉條紋分布變得更密D.若在P處用較小的力下壓平板T,則G1上方的干涉條紋分布變密[解析]設有一物體上表面與平板的夾角為θ,相鄰亮條紋的間距為ΔL,由空氣薄膜干涉條件,則有2ΔLtanθ=λ,ΔL=λ2tanθ,若α=β,則G1上方的干涉條紋間距等于G2上方的干涉條紋間距,若α>β,則G1上方的干涉條紋間距小于G2上方的干涉條紋間距,故A、B錯誤;若將G1、G2的間距縮短些,則α增大,G1上方的干涉條紋分布變得更密,故C正確;若P在兩長方體間,在P處用較小的力下壓平板T,α減小,則G1上方的干涉條紋分布變疏,故D6.(多選)如圖所示,豎直放置的肥皂薄膜受到重力作用而形成上薄下厚的薄膜,從膜左側(cè)面水平射入的紅光,在左側(cè)面觀察到干涉條紋,則下列說法正確的是 (AB)A.干涉條紋是由薄膜左右兩個面的反射光疊加形成的B.干涉條紋是紅黑相間的水平條紋C.入射光如果換成紫光,相鄰亮條紋間距變大D.如果薄膜的下端再厚一些,干涉條紋變疏[解析]干涉條紋是由薄膜左右兩個面的反射光疊加形成的,故A正確;一個紅條紋是同一厚度的薄膜左右面的反射光疊加形成的,同一水平面上的薄膜厚度相同,則條紋水平,故B正確;把楔形膜兩邊延長至相交,夾角設為θ,如圖所示,設第n、n+1條亮紋處的薄膜厚度分別為dn和dn+1,到交點的距離分別設為xn和xn+1,因為夾角很小,應用邊角關(guān)系有dn=xnsinθ、dn+1=xn+1sinθ,相鄰亮紋間距Δx=xn+1-xn=dn+1-dnsinθ,又根據(jù)干涉條件有2dn=nλ、2dn+1=(n+1)λ,聯(lián)立解得Δx=λ2sinθ,相鄰亮紋間距隨入射光波長增大而增大、隨θ增大而減小,入射光換成紫光,即波長變小,所以相鄰亮條紋間距變小,故C錯誤;而薄膜的下端再厚一些使得θ增大,光的衍射及偏振現(xiàn)象7.(多選)(2022·山東高考)某同學采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是(ACD)A．圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射B．遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C．照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D．照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋[解析]雙縫干涉條紋是均勻的，所以題圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，同時也發(fā)生衍射，故A正確；狹縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬，遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，則衍射現(xiàn)象減弱，題圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯誤；根據(jù)條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，題圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大，故C正確；照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋，故D正確。8.(多選)利用旋光儀這種儀器可以測量糖溶液的濃度，從而測定含糖量。其原理是：偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振方向會以傳播方向為軸線，旋轉(zhuǎn)一個角度θ，這一角度稱為“旋光角”，θ的值與糖溶液的濃度有關(guān)，將θ的測量值與標準值相比較，就能確定被測樣品的含糖量。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是(ACD)A．到達O處光的強度會明顯減弱B．到達O處光的強度不會明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于θD．將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處