第4-3課-光的干涉-(解析版)(人教版2019選擇性必修第一冊)

第4.3課光的干涉解題要點梳理：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)計了一種利用光的干涉監(jiān)測礦井瓦斯的儀器，原理如圖所示。在雙縫前面放置兩個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)測瓦斯?jié)舛?。以下說法正確的是（）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，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，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錯誤；C．條紋不停地移動，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錯誤。故選C。2.（2022·江蘇·海安高級中學(xué)高二階段練習(xí)）如圖甲所示為研究光的干涉現(xiàn)象的實驗裝置，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，實驗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點的距離差為半波長的奇數(shù)倍，P點處是亮條紋【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)域的振動加強(qiáng)，某些區(qū)域振動減弱，并且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(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)過半個周期后仍是亮條紋，故A錯誤；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，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距也增大，故B正確，C錯誤；D．照射雙縫時，若S1、S2到屏上P點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點處為暗條紋，故D錯誤。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，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，會形成干涉橫條紋。故選D。4.（2022·廣東·深圳實驗學(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，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驗時，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，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b光的折射率比對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錯誤；C．根據(jù)，b光波長小，則b光條紋間距更小，C錯誤；D．同種玻璃對a光的折射率比對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，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量待測圓柱形金屬絲與標(biāo)準(zhǔn)圓柱形金屬絲的直徑差（約為微米量級），實驗裝置如圖甲所示。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為待測金屬絲，直徑為D；兩者中心間距為L。實驗中用波長為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?。?，B錯誤；C．輕壓T1右端，若ΔL增大則有減小，說明，C錯誤；D．當(dāng)A與A0直徑相等時，，形不成圖乙中的干涉條紋，D錯誤。故選A。7.（2022·全國·高三課時練習(xí)）兩個狹縫相距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驗裝置圖如圖所示，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）下列對實驗結(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．本實驗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為光通過肥皂膜的前后兩個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．本實驗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，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點順時針方向旋轉(zhuǎn)某一角度，出射后依然可以合成一束光D．用同一雙縫干涉實驗裝置分別以a、b光做實驗，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錯誤；C．保持a、b兩束光的夾角不變的情況下，都繞A點順時針方向旋轉(zhuǎn)某一角度后，兩光的偏折程度都會變化，且變化不一樣，則出射后不可能合成一束光，C錯誤；D．因為a光的波長比b光的波長大，用同一雙縫干涉實驗裝置分別以a、b光做實驗，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·高三課時練習(xí)）如圖所示是楊氏雙縫干涉實驗示意圖，其中S1、S2為雙縫，D為光屏，實驗中觀察到屏上O點為中央亮條紋的中心，P1為第一級亮條紋的中心，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點到S1、S2光程差仍然為零，仍為中央亮條紋，B錯誤；CD．Δx變大，第一級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，此處表現(xiàn)為亮條紋，即當(dāng)薄膜的厚度為（n=1，2，3，?）時，對應(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錯誤，D可能正確。故選D。12.（2022·全國·高二單元測試）如圖甲所示，在平靜的水面下深h處有一個點光源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