新教材2025版高中物理第四章光及其應(yīng)用4.光的干涉學(xué)案教科版選擇性必修第一冊

4．光的干涉課標(biāo)要求1.知道光的雙縫干涉現(xiàn)象和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件．2．理解明暗條紋的成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件．3．駕馭干涉條紋間距和光的波長之間的關(guān)系．4．知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用．思維導(dǎo)圖必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、雙縫干涉1．雙縫干涉試驗(yàn)(1)試驗(yàn)：如圖，讓一束平行的____________投射到一個有兩條狹縫的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的振動狀況總是________的，兩個波源發(fā)出的光在擋板后面的空間相互疊加．(2)現(xiàn)象：屏上得到了____________的條紋．(3)結(jié)論：證明光是一種____．2．出現(xiàn)明、暗條紋的條件(1)當(dāng)光從兩狹縫到屏上某點(diǎn)的路程差為半波長λ2的________(即波長λ的整數(shù)倍)時，這些點(diǎn)出現(xiàn)明條紋；當(dāng)路程差為半波長12(2)和一般波的干涉一樣，光干涉的條件是兩列光的________相同．能發(fā)生干涉的兩束光稱為相干光．3．計(jì)算波長的公式設(shè)兩縫間距為d，兩縫到屏的距離為l，當(dāng)d和l肯定時，計(jì)算表明：當(dāng)l?d時，相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)的間距為Δx＝ldλ利用此式，測出條紋間距離Δx，即可求出光的波長．二、薄膜干涉1．定義由薄膜兩個面________的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象．2．應(yīng)用(1)檢查平面的____________．(2)光學(xué)鏡頭上的________．(3)太陽鏡片上的________．[導(dǎo)學(xué)1](1)用濾光片和單縫屏也可以獲得單一頻率的光源．(2)單色光的波長越大，光屏上的條紋間距越大；雙縫屏到光屏的距離越大，條紋間距越大；雙縫間距離越小，條紋間距越大．[舉例]熱菜湯表面的油花、公路上積水表面的油膜都會呈現(xiàn)彩色的條紋，這些彩色花紋是由于白光中各色光波長不同，發(fā)生干涉后條紋間距不同，薄膜上就會出現(xiàn)彩色花紋．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一對雙縫干涉試驗(yàn)原理的理解歸納總結(jié)1.光的干涉現(xiàn)象兩列光波在空間相遇時發(fā)生疊加，在某些區(qū)域總加強(qiáng)，在另外一些區(qū)域總減弱，且加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相互間隔，從而出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象．2．干涉條件兩列光的頻率相同，振動方向相同且相位差恒定．能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波，兩個光源稱為相干光源，相干光源通?？捎猛皇夥殖蓛闪卸@得，稱為分光法．3．楊氏干涉試驗(yàn)法利用如圖所示裝置，讓一束平行的單色光(例如激光)射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距很近(約0.1mm)．假如光是一種波，這樣的兩條狹縫即成為振動狀況總相同的兩個波源．兩個波源發(fā)出來的光在擋板后面的空間相互疊加，視察到的現(xiàn)象：光在一些位置相互加強(qiáng)，在另一些位置相互減弱，在擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋．4．楊氏試驗(yàn)的意義：證明白光的確是一種波．典例示范例1在雙縫干涉試驗(yàn)中，以白光為光源，在屏上視察到彩色干涉條紋．若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時()A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消逝B．有除紅色、綠色外的其他顏色的雙縫干涉條紋C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上無任何光亮歸納總結(jié)雙縫干涉問題的三點(diǎn)留意(1)雙縫干涉的條件是必需有相干光源，且雙縫間的間距必需很小．(2)光源不同部位發(fā)出的光不肯定具有相同的頻率和恒定的相位差，所以一般狀況很難視察到光的干涉現(xiàn)象，用單一頻率較好的激光做試驗(yàn)比較簡單獲得勝利，用一般光源做試驗(yàn)時可先用單縫獲得相同頻率的光，再用雙縫將一束光“一分為二”的方法獲得相干光源．(3)在單色光的干涉條紋中，兩相鄰明條紋或暗條紋間的距離是相等的，不同色光的條紋間距不相等．素養(yǎng)訓(xùn)練1由兩個不同光源所發(fā)出的兩束白光落在同一點(diǎn)上，不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象．這是因?yàn)?)A.兩個光源發(fā)出光的頻率不同B．兩個光源發(fā)出光的強(qiáng)度不同C．兩個光源的光速不同D．這兩個光源是彼此獨(dú)立的，不是相干光源素養(yǎng)訓(xùn)練2(多選)用紅光做光的雙縫干涉試驗(yàn)，假如將其中一縫改用藍(lán)光，下列說法正確的是()A．在光屏上出現(xiàn)紅藍(lán)相間的干涉條紋B．只有相干光源發(fā)出的光才能在疊加時產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，此時不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象C．頻率不同的兩列光也能發(fā)生干涉現(xiàn)象，此時出現(xiàn)彩色條紋D．盡管亮暗條紋都是光波相互疊加的結(jié)果，但此時紅光與藍(lán)光只疊加不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象探究點(diǎn)二雙縫干涉中明暗條紋的推斷歸納總結(jié)1.亮條紋的條件屏上某點(diǎn)P到兩狹縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍．即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·λ2(kk＝0時，PS1＝PS2，此時P點(diǎn)位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中心亮條紋或零級亮條紋．k為亮條紋的級次．2．暗條紋的條件屏上某點(diǎn)P到兩狹縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍．即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·λ2(kk為暗條紋的級次，從第1級暗條紋起先向兩側(cè)綻開．3．相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離Δx與波長λ的關(guān)系Δx＝ldλ，其中l(wèi)為雙縫到屏的距離，d典例示范例2如圖所示，在雙縫干涉試驗(yàn)中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點(diǎn)，已知P點(diǎn)與S1、S2距離之差為2.1×10－6m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉試驗(yàn)，問P點(diǎn)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(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；(3)若讓A光照耀S1，B光照耀S2，試分析光屏上能視察到的現(xiàn)象．素養(yǎng)訓(xùn)練3圖示是探討光的雙縫干涉用的示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1和S2發(fā)出的兩列波到達(dá)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(diǎn)到兩縫S1和S2的距離相等，假如把P處的亮條紋記作第0號亮紋，由P向上數(shù)，與0號亮紋相鄰的亮紋為1號亮紋，與1號亮紋相鄰的亮紋為2號亮紋，則P1處的亮紋恰好是10號亮紋．設(shè)直線S1P1的長度為δ1，S2P1的長度為δ2，則|δ1－δ2|等于()A．9λB．10λC．11λD．20λ素養(yǎng)訓(xùn)練4如圖所示是雙縫干涉試驗(yàn)裝置，運(yùn)用波長為600nm的橙色光源照耀單縫S，在光屏中心P處視察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋(即P1到S1、S2的路程差為一個波長)．現(xiàn)換用波長為400nm的紫光源照耀單縫，則()A．P和P1仍為亮條紋B．P為亮條紋，P1為暗條紋C．P為暗條紋，P1為亮條紋D．P、P1均為暗條紋探究點(diǎn)三對薄膜干涉的理解及應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出光明的黃光．把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜，把這層液膜當(dāng)作一個平面鏡，用它視察燈焰的像如圖所示．這個像與干脆看到的燈焰有什么不同？假如用白光做試驗(yàn)狀況又會如何？歸納總結(jié)1.形成緣由如圖所示，照耀到液膜上的光線從前、后兩個表面反射回來，形成兩列光波．由于這兩列光波是由同一入射光波產(chǎn)生的，因此頻率相同、相位差恒定，滿意干涉條件．2．用干涉法檢查平面平整度如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照耀，假如被檢測平面是平滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的．假如條紋發(fā)生彎曲，就表明被測表面不夠平整．3．增透膜(1)增透膜的原理如圖所示，增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波，相互疊加，當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時，兩個表面反射的光互為反向，相互抵消，從而使反射的兩列光波產(chǎn)生相消干涉，反射光的能量幾乎等于零．一般取最小厚度d滿意2d＝λ2(此波長為光在該種介質(zhì)中的波長)，由于白光中含有多種波長的光，所以增透膜只能使(2)增透膜的應(yīng)用為了削減光學(xué)裝置中的反射光的損失，可在元件表面涂一層透亮薄膜，一般是氟化鎂．典例示范例3用如圖所示的試驗(yàn)裝置視察光的薄膜干涉現(xiàn)象．圖(a)是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上灑些鹽)，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)，視察到的現(xiàn)象是()A．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C．當(dāng)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)不變素養(yǎng)訓(xùn)練5有一個半徑較大的透亮玻璃球體，若截去其上面的一大部分，然后將這一部分放到標(biāo)準(zhǔn)的水平面上，再讓單色光豎直射向截面，如圖所示，在反射光中看到的是()A．平行的、明暗相間的干涉條紋B．環(huán)形的、明暗相間的干涉條紋C．只能看到同顏色的平行反射光D．一片黑暗隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．(多選)兩列光波在空中疊加，以下說法正確的是()A．不同的色光有可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B．不同的色光不行能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象C．光的強(qiáng)度不同有可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D．光的強(qiáng)度不同不行能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象2．(多選)用a、b兩種單色光分別照耀同一雙縫干涉裝置，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖所示的干涉圖樣，其中圖甲是a光照耀形成的，圖乙是b光照耀形成的，則關(guān)于a、b兩束單色光，下述說法正確的是()A．a(chǎn)光的頻率比b光的大B．在水中a光傳播的速度比b光的大C．水對a光的折射率比b光的大D．b光的波長比a光的短3．(多選)用單色光做雙縫干涉試驗(yàn)時()A．屏上到雙縫的路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋B．屏上到雙縫的路程差等于半波長整數(shù)倍處，可能是亮條紋，也可能是暗條紋C．屏上的亮條紋肯定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方D．屏上的亮條紋是兩列光波的波峰與波谷相遇的地方4．如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的試驗(yàn)裝置，P是附有肥皂泡薄膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈．往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上視察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的()5．在雙縫干涉試驗(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f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照耀雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)亮、暗條紋的狀況是：用頻率為f1的單色光照耀時出現(xiàn)________條紋，用頻率為f2的單色光照耀時出現(xiàn)________條紋．4．光的干涉必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．(1)紅色激光相同(2)明暗相間且間距相等(3)波2．(1)偶數(shù)倍奇數(shù)倍(2)頻率二、1．反射2．(1)平整程度(2)增透膜(3)反射膜關(guān)鍵實(shí)力·合作探究【典例示范】例1解析：兩束光能發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等．利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生干涉的兩束光，在屏上形成干涉條紋，但分別用紅色濾光片和綠色濾光片攔住兩條縫后，紅光和綠光頻率不相等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但屏上仍會有光亮，C正確．答案：C素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：題中兩光源發(fā)出的光都是白光，頻率不確定，A錯誤；光的強(qiáng)度對光是否產(chǎn)生干涉沒有影響，B錯誤；光速在真空中是確定的，對光的干涉無影響，C錯誤；題中的是兩個獨(dú)立光源，二者產(chǎn)生的不是相干光，D正確．答案：D素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：頻率相同、相位差恒定是產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件，紅光和藍(lán)光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，不會產(chǎn)生干涉條紋，A、C錯誤，B、D正確．答案：BD探究點(diǎn)二【典例示范】例2解析：(1)設(shè)A光在空氣中的波長為λ1，在介質(zhì)中的波長為λ2，由n＝cv＝λ1fλ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m因?yàn)楣獬滩瞀＝2.1×10－6m，所以N1＝Δrλ1由此可知，從S1和S2到P點(diǎn)的路程差是波長λ1的3.5倍，即半波長的奇數(shù)倍，所以P點(diǎn)為暗條紋．(2)依據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinC＝1nn′＝1sin37°由此可知，B光在空氣中波長為λ′1＝n′λ′2＝53×3.15×10－7m＝5.25×10－7由路程差Δr和波長λ的關(guān)系得N2＝Δrλ'可見，用B光做光源，P點(diǎn)為亮條紋．(3)A、B兩種光頻率不同，不能發(fā)生干涉，此時在光屏上只能視察到亮光．答案：(1)暗條紋(2)亮條紋(3)見解析素養(yǎng)訓(xùn)練3解析：出現(xiàn)明條紋的條件是光程差|δ1－δ2|＝nλ，n＝0時，出現(xiàn)0號亮紋；n＝1時，出現(xiàn)1號亮紋……n＝10時，出現(xiàn)10號亮紋，故B正確．答案：B素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中心P點(diǎn)到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點(diǎn)的路程差為零，因此中心是亮條紋，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點(diǎn)都是中心亮條紋．而分別由S1、S2射出的光到P1點(diǎn)的路程差剛好是橙光的一個波長，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙，當(dāng)換用波長為400nm的紫光時，|P1S1－P1S2|＝600nm＝32λ紫，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)時振動狀況完全相反，即分別由S1、S2射出的光到達(dá)P1點(diǎn)時相互減弱，因此，在P1答案：B探究點(diǎn)三【導(dǎo)學(xué)探究】提示：燈焰的像由明暗相間的水平條紋組成．假如用白光做試驗(yàn)，肥皂膜上會出現(xiàn)彩色水平條紋．【典例示范】例3解析：金屬絲圈的轉(zhuǎn)動，變更不了肥皂液膜的上薄下厚的形態(tài)，由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動無關(guān)，仍舊是水平的干涉條紋，A、B、C錯誤，D正確．答案：D素養(yǎng)訓(xùn)練5解析：薄膜干涉條紋可看作等厚線，題圖中，厚度相同的空氣薄膜應(yīng)是以切點(diǎn)為圓心的一個個圓，故干涉條紋應(yīng)是環(huán)形的條紋，又因是單色光照耀，所以是明暗相間的條紋，故B正確，A、C、D錯誤．答案：B隨堂演練·自主檢測1．解析：兩列光波疊加是否發(fā)生干涉現(xiàn)象的關(guān)鍵是看兩列光是不是相干光，不同的色光頻率肯定不相同，所