第4-3課-光的干涉-(解析版)(人教版2019選擇性必修第一冊(cè))

第4.3課光的干涉解題要點(diǎn)梳理：1.明暗條件：明紋ΔS=2n·λ2，暗紋ΔS=(2n+1)·λ2.條紋間距：ΔX=ld基礎(chǔ)鞏固1.（2022·全國·高二期末）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中為干凈的空氣，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)舛取Ｒ韵抡f法正確的是（）A．如果屏的正中央仍是亮紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯B．如果屏的正中央是暗紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，不可能含有瓦斯C．如果屏上干涉條紋不停地移動(dòng)，說明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定D．只有用單色光照射單縫時(shí)，才可能在屏上出現(xiàn)干涉條紋【答案】C【詳解】A．由于光經(jīng)過兩容器時(shí)折射率不同，光速不同，到達(dá)正中央的光程差可能是波長的整數(shù)倍，也可能是半波長的奇數(shù)倍，所以中央可能是亮條紋，也可能是暗條紋，故B中氣體可能含有瓦斯，也可能沒有，故A錯(cuò)誤；B．如果屏的正中央是暗紋，必有光程差，說明B中的氣體與A中的氣體成分不相同，一定含有瓦斯，故B錯(cuò)誤；C．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，故C正確；D．單色光或復(fù)色光都能出現(xiàn)干涉條紋，故D錯(cuò)誤。故選C。2.（2022·江蘇·海安高級(jí)中學(xué)高二階段練習(xí)）如圖甲所示為研究光的干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，狹縫S1、S2的間距d可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射在狹縫上，實(shí)驗(yàn)中在屏上得到了圖乙所示圖樣（圖中陰影部分表示暗條紋）。下列說法正確的是（）A．圖乙中雙縫干涉圖樣的亮條紋，經(jīng)過半個(gè)周期后變成暗條紋B．僅減小狹縫S1、S2的間距d，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距增大C．僅增加L，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距減小D．若S1、S2到屏上P點(diǎn)的距離差為半波長的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處是亮條紋【答案】B【詳解】A．頻率或波長相同，相位相差恒定的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，故圖乙中雙縫干涉圖樣的亮條紋，經(jīng)過半個(gè)周期后仍是亮條紋，故A錯(cuò)誤；BC．根據(jù)雙縫干涉公式，可知僅減小狹縫S1、S2的間距d乙中相鄰亮條紋的中心間距增大，僅增加L時(shí)，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距也增大，故B正確，C錯(cuò)誤；D．照射雙縫時(shí)，若S1、S2到屏上P點(diǎn)的距離差為半波長的奇數(shù)倍，則兩束光波發(fā)生相互削弱，即P點(diǎn)處為暗條紋，故D錯(cuò)誤。故選B。3.（2022·全國·高二期末）如圖所示，圓形鐵絲圈上附有一層肥皂液膜，燈泡發(fā)出一種單色光。先后把鐵絲圈水平擺放在燈泡上方的a位置和豎直擺放在燈泡附近的b位置，則觀察到的干涉條紋是（）A．a(chǎn)、b位置都是橫條紋 B．a(chǎn)、b位置都是環(huán)形條紋C．a(chǎn)位置是橫條紋，b位置是環(huán)形條紋 D．a(chǎn)位置是環(huán)形條紋，b位置是橫條紋【答案】D【詳解】單色光在光程差相同的位置干涉連成的線會(huì)形成條紋，在a位置，單色光垂直照射肥皂液膜，在凸面和平面反射形成，可知距離圓心相等的位置的光程差相同，不同位置在前后面的反符合牛頓環(huán)干涉的特點(diǎn)，故為環(huán)形條紋；在b位置，單色光垂直照射肥皂液膜，同一條水平線上的薄膜的厚度大致相同，光程差基本相同，會(huì)形成干涉橫條紋。故選D。4.（2022·廣東·深圳實(shí)驗(yàn)學(xué)校高中部高二階段練習(xí)）（多選）光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有許多應(yīng)用。如圖甲所示是利用光的干涉檢查某精密光學(xué)平面的平整度，下列說法正確的是（）A．圖甲中上板是標(biāo)準(zhǔn)樣板，下板是待檢查的光學(xué)元件B．若換用頻率更大的單色光，其他條件不變，則圖乙中的干涉條紋變寬C．若出現(xiàn)圖丙中彎曲的干涉條紋，說明被檢查的平面在此處出現(xiàn)了凸起D．用單色光垂直照射圖丁中的牛頓環(huán)，得到的條紋是隨離圓心的距離增加而逐漸變窄的同心圓環(huán)【答案】AD【詳解】A.圖甲是利用光的干涉檢查某精密光學(xué)平面的平整度，圖甲中上板是標(biāo)準(zhǔn)樣板，下板是待檢查的光學(xué)元件，故A正確；B.根據(jù)條紋間距公式,如果換用頻率更大的單色光，則光的波長變短，其他條件不變，則圖乙中的干涉條紋變窄，故B錯(cuò)誤；C.若出現(xiàn)圖丙中彎曲的干涉條紋，說明亮條紋提前出現(xiàn)，說明被檢查的平面在此處出現(xiàn)了凹陷，故C錯(cuò)誤；D.用單色光垂直照射圖丁中的牛頓環(huán)，牛頓環(huán)中的空氣厚度不是均勻變化，空氣膜厚度增加的越來越快，則亮條紋會(huì)提前出現(xiàn)，所以得到的條紋是隨離圓心的距離增加而逐漸變窄的同心圓環(huán)，故D正確。故選AD。5.（2022·全國·高二期末）（多選）夏季常出現(xiàn)如圖甲所示的日暈現(xiàn)象，日暈是太陽光通過卷層云時(shí)，受到冰晶的折射或反射形成的。如圖乙所示為一束太陽光射到六角形冰晶上時(shí)的光路圖，a、b為其折射出的光線中的兩種單色光，比較a、b兩種光，下列說法正確的是（

）A．a(chǎn)光的頻率比b光的低B．在冰晶中，b光的傳播速度比a光的大C．用同一裝置做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，b光相鄰亮條紋的間距比a光的大D．從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角比b光的大【答案】AD【詳解】A．由題圖可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，根據(jù)棱鏡色散規(guī)律可知a光的波長比b光的波長大，a光的頻率比b光的頻率低，A正確；B．冰晶對(duì)b光的折射率比對(duì)a光的折射率大，根據(jù)，可知在冰晶中，b光的傳播速度較小，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)，b光波長小，則b光條紋間距更小，C錯(cuò)誤；D．同種玻璃對(duì)a光的折射率比對(duì)b光的折射率小，根據(jù)，可知從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角較大，D正確；故選AD。6.（2022·全國·高二期末）利用光在空氣薄膜的干涉可以測(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。實(shí)驗(yàn)中用波長為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。則以下說法正確的是（）A．|D-D0|=B．A與A0直徑相差越大，ΔL越大C．輕壓T1右端，若ΔL增大則有D＜D0D．A與A0直徑相等時(shí)可能產(chǎn)生圖乙中的干涉條紋【答案】A【詳解】A．設(shè)標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃晶之間的夾角為，由題可知，有,有空氣薄膜干涉的條件可知,,,A正確；,B．由上述分析可知，與直徑相差越大，越大，越小；，B錯(cuò)誤；C．輕壓T1右端，若ΔL增大則有減小，說明，C錯(cuò)誤；D．當(dāng)A與A0直徑相等時(shí)，，形不成圖乙中的干涉條紋，D錯(cuò)誤。故選A。7.（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）兩個(gè)狹縫相距0.3mm，位于離光屏50cm處，現(xiàn)用波長為6000?的光照射雙縫，則兩條相鄰暗條紋間的距離為1mm；若將整個(gè)裝置放于水中，那么兩條相鄰暗條紋間的距離是_______mm。（水的折射率為，1?=10-10m）【答案】0.75【詳解】光在水中的波長為,則將整個(gè)裝置放于水中，那么兩條相鄰暗條紋間的距離為.8.（2022·浙江·高三階段練習(xí)）觀察光的薄膜干涉的演示實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖所示，圖乙是豎直放置雅鐵絲圈里的肥皂膜，圖甲是放置在肥皂膜左側(cè)的黃色火焰酒精燈，觀察者可以觀測(cè)到肥皂膜上有火焰的像。（1）觀察者應(yīng)該在肥皂膜的___________（填“左側(cè)”或“右側(cè)”）觀察；（2）下列對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的說法正確的是___________A．觀察者看到的火焰像是由水平條紋構(gòu)成的B．本實(shí)驗(yàn)的火焰成像和平面鏡成像原理是一樣的C．如果發(fā)現(xiàn)條紋是等間距的，說明肥皂膜是等厚的D．如果發(fā)現(xiàn)條紋是上疏下密，則說明肥皂膜從上往下變厚是越來越快的【答案】

左側(cè)

AD【詳解】（1）明暗相間的條紋是因?yàn)楣馔ㄟ^肥皂膜的前后兩個(gè)界面的反射光疊加而形成，所以觀察者應(yīng)該在火焰的同側(cè)即肥皂膜的左側(cè)觀察；（2）A．由于重力的影響，觀察肥皂膜從上到下越來越厚，相同高度是等厚的，所以看到的火焰像是由水平條紋構(gòu)成的，A正確；B．本實(shí)驗(yàn)的火焰成像原理是光的干涉，而平面鏡成像原理是光的反射，成像原理不一樣，B錯(cuò)誤；C．如果發(fā)現(xiàn)條紋是等間距的，說明肥皂膜從上到下是均勻變厚的，C錯(cuò)誤；D．如果發(fā)現(xiàn)條紋是上疏下密，說明肥皂膜從上往下變厚是越來越快的，D正確；故選AD。能力提升9.（2022·浙江·高三階段練習(xí)）如圖所示，兩束單色光a、b從水面下射向A點(diǎn)，光線經(jīng)折射后合成一束光c，則下列說法正確的是（）A．在水中a光的頻率比b光的頻率大B．水面上方介質(zhì)的折射率大于水的折射率C．保持a、b兩束光的夾角不變的情況下，都繞A點(diǎn)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)某一角度，出射后依然可以合成一束光D．用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別以a、b光做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距【答案】D【詳解】A．由光路的可逆性可知，a光在折射時(shí)的偏折程度小于b光的偏折程度，則a光的波長比b光的波長大，a光的頻率比b光的頻率小，A錯(cuò)誤；B．由于出射后光線遠(yuǎn)離法線，水面上方的介質(zhì)的折射率應(yīng)該是小于水的折射率，B錯(cuò)誤；C．保持a、b兩束光的夾角不變的情況下，都繞A點(diǎn)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)某一角度后，兩光的偏折程度都會(huì)變化，且變化不一樣，則出射后不可能合成一束光，C錯(cuò)誤；D．因?yàn)閍光的波長比b光的波長大，用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別以a、b光做實(shí)驗(yàn)，由干涉條紋間距公式，可知a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，D正確。故選D。10.（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示是楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)示意圖，其中S1、S2為雙縫，D為光屏，實(shí)驗(yàn)中觀察到屏上O點(diǎn)為中央亮條紋的中心，P1為第一級(jí)亮條紋的中心，若將雙縫間的距離變小，其他條件不變，則（）趁熱A．屏上的干涉條紋的間距將變大B．屏上的O點(diǎn)可能出現(xiàn)暗條紋C．屏上P1位置仍然可能為亮條紋的中心D．屏上P1位置不可能為暗條紋的中心【答案】A【詳解】A．由知，d變小，Δx變大，A正確；B．O點(diǎn)到S1、S2光程差仍然為零，仍為中央亮條紋，B錯(cuò)誤；CD．Δx變大，第一級(jí)亮條紋的中心一定上移，P1不可能仍然是亮條紋的中心，但可能為暗條紋的中心，故CD錯(cuò)誤。故選A。11.（2022·云南師大附中高三階段練習(xí)）用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示的明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度隨坐標(biāo)的變化圖像，可能正確的是（）A．B．C．D．【答案】D【詳解】由題意可知，從薄膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，其光程差為?x=2d，即光程差為薄膜厚度的2倍，當(dāng)光程差（n=1，2，3，?）時(shí)，此處表現(xiàn)為亮條紋，即當(dāng)薄膜的厚度為（n=1，2，3，?）時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋為亮條紋，相鄰亮條紋之間的薄膜厚度差為，從題圖中可知，從左向右相鄰亮條紋（或暗條紋）之間的距離逐漸變小，則薄膜層的厚度逐漸減小，由斜率知厚度減小越來越快，ABC錯(cuò)誤，D可能正確。故選D。12.（2022·全國·高二單元測(cè)試）如圖甲所示，在平靜的水面下深h處有一個(gè)點(diǎn)光源s，它發(fā)出不同顏色的a光和b光在水面上形成了一個(gè)有光線射出的圓形區(qū)域，該區(qū)域的中間為由a、b兩種單色光所構(gòu)成的復(fù)色光圓形區(qū)域，周圍為環(huán)狀區(qū)域，且為a光的顏色（見圖乙）。設(shè)b光的折射率為nb，則下列說法錯(cuò)誤的是（）A．在水中，a光的波長比b光的長B．在水中，a光的傳播速度比b光