資源簡(jiǎn)介

第四章　光
3　光的干涉
基礎(chǔ)過(guò)關(guān)練
題組一　光的雙縫干涉
1.如圖所示是研究光的雙縫干涉的示意圖,S1和S2為擋板上的兩條狹縫,O為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn),當(dāng)頻率為5.0×1014 Hz的單色光垂直射向擋板時(shí),光屏上P處是O上方的第2條暗條紋的中心。已知真空中光速c=3×108 m/s,則S2、S1到P點(diǎn)的距離之差為 (　　)
A.3×10-7 m　　　　　　　　B.6×10-7 m
C.9×10-7 m　　　　　　　　D.1.2×10-6 m
題組二　干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系
2.要使雙縫干涉條紋間距變大,下列措施一定可行的是 (　　)
A.減小雙縫間的距離,增大雙縫到光屏的距離
B.減小雙縫間的距離,減小雙縫到光屏的距離
C.增大雙縫間的距離,增大雙縫到光屏的距離
D.增大雙縫間的距離,減小雙縫到光屏的距離
3.在同一雙縫干涉裝置上分別用a、b兩束單色光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn),在距雙縫恒定距離的屏上得到圖示的干涉圖樣,其中甲圖是a光形成的,乙圖是b光形成的。則關(guān)于a、b兩束單色光,下述正確的是 (　　)
　　
A.b光在玻璃中發(fā)生全反射的臨界角比a光的大
B.在真空中b光傳播的速度較大
C.a光頻率小于b光的頻率
D.若a光和b光以相同的入射角從空氣斜射入水中,b光的折射角大
題組三　薄膜干涉
4.(經(jīng)典題)在薄膜干涉實(shí)驗(yàn)中,鐵絲圈上附有肥皂液膜,豎直放置,形成如圖所示的肥皂液膜側(cè)視圖,用黃光從左側(cè)照射薄膜,會(huì)觀察到明暗相間的干涉條紋,則下列結(jié)論錯(cuò)誤的是 (　　)
A.實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該從薄膜左側(cè)觀察干涉圖樣
B.干涉條紋的分布呈現(xiàn)上密下疏
C.任意兩相鄰亮條紋處對(duì)應(yīng)的薄膜厚度之差不變
D.若換用紅光照射,則條紋間距將變大
5.(經(jīng)典題)如圖甲所示,在一塊表面水平的玻璃上放置一凸透鏡,玻璃與透鏡之間形成厚度不均勻的空氣膜,讓一束單色光垂直入射到該裝置上,結(jié)果從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)。下列說(shuō)法正確的是 (　　)
　
A.紅光的圓環(huán)狀干涉條紋的間距小于綠光的圓環(huán)狀干涉條紋間距
B.干涉現(xiàn)象是由凸透鏡上表面反射的光和玻璃上表面反射的光疊加形成的
C.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽さ暮穸炔皇蔷鶆蜃兓?br/>D.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽さ暮穸仁蔷鶆蜃兓?br/>能力提升練
題組一　干涉中的明、暗條紋的判斷
1.在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),用波長(zhǎng)為λ的單色光做實(shí)驗(yàn),屏上的P點(diǎn)處為中央亮條紋,Q點(diǎn)處為第一級(jí)亮條紋,如圖所示。則下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.用波長(zhǎng)為1.5λ的光做實(shí)驗(yàn)時(shí),P、Q處一定為亮條紋
B.用波長(zhǎng)為1.5λ的光做實(shí)驗(yàn)時(shí),第一級(jí)亮紋在Q點(diǎn)上方
C.用波長(zhǎng)為的光做實(shí)驗(yàn)時(shí),Q點(diǎn)處為暗條紋
D.用波長(zhǎng)為的光做實(shí)驗(yàn)時(shí),P、Q間沒(méi)有亮條紋
2.(經(jīng)典題)如圖所示,在雙縫干涉實(shí)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距離差值為2.1×10-6 m,分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),問(wèn)P點(diǎn)出現(xiàn)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(zhǎng)為4×10-7 m;
(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長(zhǎng)為3.15×10-7 m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí),發(fā)生全反射的臨界角為37°;
(3)若讓A光照射S1,B光照射S2,試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。
題組二　平面的“凸與凹”的判斷
3.(經(jīng)典題)劈尖干涉是一種薄膜干涉。如圖甲所示,將一塊平板玻璃a放置在另一平板玻璃b上,在一端夾入兩張紙片,當(dāng)單色光從上方入射后,從上往下可以看到干涉條紋。則 (　　)
　
A.干涉條紋是由甲圖中a、b上表面的反射光疊加產(chǎn)生的
B.相鄰的暗條紋對(duì)應(yīng)位置下方的空氣膜厚度差相同
C.若抽去一張紙片,條紋變密
D.若觀察到的條紋如圖乙所示,則厚玻璃板上表面有上凸的位置
4.(經(jīng)典題)利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度。如圖(a)所示,透明標(biāo)準(zhǔn)板M和待檢工件N之間形成一楔形空氣薄層,并用單色光照射,可觀察到如圖(b)所示的干涉條紋,條紋的彎曲處P和Q分別對(duì)應(yīng)A和B處,下列判斷中正確的是 (　　)
　
A.N的上表面A處向上凸起
B.N的上表面B處向下凹陷
C.若緩慢增大薄片的厚度,則干涉條紋向劈尖一側(cè)移動(dòng)
D.條紋的c、d點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的空氣膜厚度不相同
答案與分層梯度式解析
第四章　光
3　光的干涉
基礎(chǔ)過(guò)關(guān)練
1.C　由c=λf,得單色光波長(zhǎng)λ== m=6×10-7 m,當(dāng)光程差是半波長(zhǎng)的3倍時(shí),出現(xiàn)第2條暗紋,(破題關(guān)鍵)則S2、S1到P點(diǎn)的距離之差為S2P-S1P=λ=9×10-7 m,選項(xiàng)C正確。
2.A　根據(jù)Δx=λ可知,減小雙縫間的距離,增大雙縫到光屏的距離,雙縫干涉條紋間距變大,選項(xiàng)A符合題意;減小雙縫間的距離,減小雙縫到光屏的距離,雙縫干涉條紋間距可能變大,可能變小,還可能不變,選項(xiàng)B不符合題意;增大雙縫間的距離,增大雙縫到光屏的距離,雙縫干涉條紋間距可能變大,可能變小,還可能不變,選項(xiàng)C不符合題意;增大雙縫間的距離,減小雙縫到光屏的距離,雙縫干涉條紋間距變小,選項(xiàng)D不符合題意。
3.C　由題圖可知,a光形成的雙縫干涉圖樣的條紋間距較大,由Δx=λ可知,a光波長(zhǎng)較大,由c=λf可知,a光頻率小于b光的頻率,同種介質(zhì)對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率,由sin C=可知,a光在玻璃中發(fā)生全反射的臨界角比b光的大,由n=可知,若a光和b光以相同的入射角從空氣斜射入水中,a光的折射角大,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤,C正確;在真空中,光的傳播速度相等,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。
導(dǎo)師點(diǎn)睛　對(duì)干涉條紋間距的理解
干涉條紋間距是兩個(gè)相鄰的同類條紋中線間的距離,既可以是兩相鄰亮條紋中線間的距離,也可以是兩相鄰暗條紋中線間的距離。
4.B
模型構(gòu)建　如果薄膜厚度從上到下均勻增加,如圖所示:
薄膜前后兩個(gè)面反射光的路程差Δs=2d,即路程差為薄膜厚度的2倍,每當(dāng)薄膜厚度增加,光程差增加λ,故相鄰亮條紋對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差Δd=,相鄰亮條紋間距為Δx==。
薄膜干涉是前后兩個(gè)面的反射光疊加產(chǎn)生的,應(yīng)該從入射光的同側(cè)觀察,A正確;由于薄膜不是均勻增厚的,從上到下薄膜厚度增加得越來(lái)越快(即θ變大),所以從上到下相鄰干涉條紋間距逐漸變小,(破題關(guān)鍵)干涉條紋的分布呈現(xiàn)上疏下密,B錯(cuò)誤;任意相鄰亮條紋處對(duì)應(yīng)的薄膜厚度之差都是波長(zhǎng)的一半,C正確;如果換成紅光照射,則光的波長(zhǎng)變長(zhǎng),相鄰亮(暗)條紋間距變大,D正確。故選B。
5.C　紅光的波長(zhǎng)大于綠光的波長(zhǎng),故紅光的圓環(huán)狀干涉條紋間距大于綠光的圓環(huán)狀干涉條紋間距,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;凸透鏡下表面與玻璃上表面之間形成空氣膜,干涉條紋是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;干涉條紋不等間距是由于透鏡表面是曲面,空氣薄膜厚度不均勻變化,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。
能力提升練
1.B　屏上的P點(diǎn)處為中央亮條紋,說(shuō)明P點(diǎn)到兩狹縫的距離差等于0,Q為第一級(jí)亮條紋,說(shuō)明Q點(diǎn)到a、b兩狹縫的距離差等于λ,用波長(zhǎng)為1.5λ的光做實(shí)驗(yàn)時(shí),P點(diǎn)到兩狹縫的距離差仍為0,所以P點(diǎn)處還是亮紋,Q點(diǎn)到兩狹縫的距離差仍為λ,Q點(diǎn)在第一級(jí)暗紋和第一級(jí)亮紋之間,可知,第一級(jí)亮紋在Q點(diǎn)上方,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;用波長(zhǎng)為的光做實(shí)驗(yàn)時(shí),Q點(diǎn)到兩狹縫的距離差仍為λ,且該距離差等于波長(zhǎng)的2倍,此時(shí)Q點(diǎn)處為第二級(jí)亮條紋,所以P、Q間還有一條亮條紋,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。
2.答案　(1)暗條紋　(2)亮條紋　(3)見解析
解析　(1)設(shè)A光在空氣中波長(zhǎng)為λ1,在n=1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為λ1',
由n===,得λ1=nλ1'=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m
又知光的路程差Δr=2.1×10-6 m,
所以N1===3.5
由此可知,A光從S1和S2到P點(diǎn)的路程差是波長(zhǎng)λ1的3.5倍,所以P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋。
(2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系有sin C=
得n'==
由此可知,B光在空氣中波長(zhǎng)為
λ2=n'λ2'=×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m
N2===4
可見,用B光做實(shí)驗(yàn),P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋。
(3)若讓A光和B光分別照射S1和S2,由于λ1≠λ2,故不能發(fā)生干涉,沒(méi)有干涉條紋,但光屏上仍有光亮。
3.B
模型構(gòu)建　a下表面和b上表面反射光的路程差Δs=2d,即路程差為空氣薄膜厚度的2倍,每當(dāng)空氣薄膜厚度增加,路程差增加λ,故相鄰亮條紋對(duì)應(yīng)的空氣薄膜厚度差Δd=,相鄰亮條紋間距為Δx==。
干涉條紋是由a下表面和b上表面的反射光疊加產(chǎn)生的,A錯(cuò)誤;薄膜干涉是等厚干涉,任意一條亮條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度相等,任意相鄰的亮條紋或者暗條紋對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定,B正確;抽去一張紙,傾角θ減小,亮條紋之間距離增大,干涉條紋變疏,C錯(cuò)誤;若觀察到的條紋如題圖乙所示,可知被檢查平面條紋彎曲處左邊處的空氣膜厚度與右邊的空氣膜厚度相同,則厚玻璃板上表面有下凹的位置,D錯(cuò)誤。故選B。
4.C　薄膜干涉是等厚干涉,分別從薄膜的上、下表面反射的兩列光是相干光,其光程差為Δx=2d,即光程差為薄膜厚度的2倍,當(dāng)光程差Δx=nλ時(shí),該處為亮條紋,也就是每一個(gè)亮條紋與一定的薄膜厚度相對(duì)應(yīng)。c、d點(diǎn)在同一條紋上,故c、d點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的空氣膜厚度相同,D錯(cuò)誤;緩慢增大薄片的厚度,即緩慢增大空氣薄膜的劈角,干涉條紋會(huì)向劈尖一側(cè)移動(dòng),(破題關(guān)鍵)C正確;同一條紋對(duì)應(yīng)的空氣膜厚度相同,P處條紋向空氣膜較薄的一側(cè)彎曲,說(shuō)明N的上表面A處向下凹陷,Q處條紋向空氣膜較厚的一側(cè)彎曲,說(shuō)明N的上表面B處向上凸起,A、B錯(cuò)誤。
方法技巧　劈形薄膜干涉條紋的特點(diǎn)
(1)當(dāng)劈角增大時(shí),不僅條紋變窄,而且條紋向劈尖一側(cè)移動(dòng);反之,現(xiàn)象也相反。
(2)“薄處”出現(xiàn)“厚紋”,則待測(cè)平面“凹陷”;“厚處”出現(xiàn)“薄紋”,則待測(cè)平面“凸起”。
7(共17張PPT)
必備知識(shí) 清單破
3 光的干涉
知識(shí)點(diǎn) 1
光的雙縫干涉
1.史實(shí)
1801年,英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象,證明了光的確是一種波。
2.實(shí)驗(yàn)
如圖所示,讓一束平行的單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上,兩狹縫相距很近,兩狹
縫就成了兩個(gè)波源,它們的振動(dòng)情況總是相同的,兩個(gè)波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相
疊加,發(fā)生干涉現(xiàn)象。
3.現(xiàn)象
在擋板后面的屏上得到了明暗相間的條紋。
4.決定明暗條紋的條件
當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)(即恰好等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)),兩
列光波在這點(diǎn)相互加強(qiáng),這里出現(xiàn)亮條紋;當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的
奇數(shù)倍時(shí),兩列光波在這點(diǎn)相互削弱,這里出現(xiàn)暗條紋。
5.光發(fā)生干涉的條件
兩列光波的光源的頻率相同,相位差恒定,在同一方向上振動(dòng)。
　　發(fā)生雙縫干涉時(shí),相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx= λ,其中l(wèi)為雙縫到屏的距
離,d為兩縫中心之間的距離,λ為入射光的波長(zhǎng)。
知識(shí)點(diǎn) 2
干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系
1.在用肥皂膜做薄膜干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),燈焰的像是液膜前后兩個(gè)面反射的光形成的,兩個(gè)面反射的
這兩列光波是由同一個(gè)光源發(fā)出的,所以它們具有相同的頻率、恒定的相位差,它們是相干
光源。
知識(shí)點(diǎn) 3
薄膜干涉
注意 薄膜干涉是等厚干涉,同一條紋與一定的薄膜厚度相對(duì)應(yīng)。
2.應(yīng)用:薄膜干涉在技術(shù)上有很多應(yīng)用。例如,可以在光學(xué)元件的表面鍍一層特定厚度的薄
膜,增加光的透射或者反射,還可以利用薄膜干涉的原理對(duì)鏡面或其他精密的光學(xué)平面的平
滑度進(jìn)行檢測(cè)。
知識(shí)辨析
1.用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),偏離中央亮條紋最遠(yuǎn)的是紅條紋嗎
2.在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若僅將入射光由綠光改為紅光,則干涉條紋間距能變寬嗎
3.頻率不同的兩列光能疊加并產(chǎn)生干涉現(xiàn)象嗎
一語(yǔ)破的
1.是。在其他條件一定時(shí),條紋間距與波長(zhǎng)成正比,紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),偏離中央亮條紋最遠(yuǎn)的
是紅條紋。
2.能。在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若僅將入射光由綠光改為紅光,紅光的波長(zhǎng)大于綠光的波長(zhǎng),
根據(jù)Δx= λ知,干涉條紋間距變寬。
3.不能。頻率不同的兩列光可以疊加,但不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。
1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)
(1)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
關(guān)鍵能力 定點(diǎn)破
定點(diǎn) 1
對(duì)光的雙縫干涉的理解
(2)單縫的作用:獲得一個(gè)線光源,使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況。
(3)雙縫的作用:光照射到單縫S上,又照到雙縫S1、S2上,這樣一束光被分成兩束振動(dòng)情況完全
一致的相干光。
(4)屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件
①產(chǎn)生亮條紋的條件
屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的距離之差正好是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍,即|PS1-PS2|=kλ=2k· (k=0,1,2,
…)。k=0時(shí),PS1=PS2,此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的中心O處,為亮條紋,此處的條紋叫中央亮條紋。
②產(chǎn)生暗條紋的條件
屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的距離之差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,即|PS1-PS2|=(2k+1) (k=0,1,2,…)。
2.干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系
根據(jù)雙縫干涉中相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距Δx= λ,得λ= Δx。已知雙縫間距d,再
測(cè)出雙縫到屏的距離l和相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距Δx,就可以求得光波的波長(zhǎng)。
3.光的雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)
(1)單色光的干涉圖樣
若用單色光作為光源,則干涉條紋是明暗相間的條紋,且條紋間距相等。中央為亮條紋,條紋
間距與光的波長(zhǎng)有關(guān),其他條件相同時(shí),波長(zhǎng)越長(zhǎng),條紋間距越大。
(2)白光的干涉圖樣
若用白光作為光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中央亮條紋是白色的。
注意 用白光做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),從紅光到紫光其波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短,它們的干涉條紋間距從
大到小,屏中央各色光都得到加強(qiáng),復(fù)合成白色,但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色,而且同
一級(jí)亮條紋內(nèi)紫外紅。
1.肥皂液膜干涉現(xiàn)象
(1)白光的干涉圖樣是彩色的:因重力的作用,豎直放置的肥皂液膜上面薄、下面厚,由于不同
顏色的光的波長(zhǎng)不同,從前后兩個(gè)面反射的光,在不同的位置相互加強(qiáng),換句話說(shuō),不同顏色的
光對(duì)應(yīng)亮條紋的位置不同,因此看起來(lái)是彩色的。

(2)條紋是水平方向的:因?yàn)樵谕凰礁叨忍?薄膜的厚度相同,從前后兩個(gè)面反射的光路程
差均相同,如果此時(shí)兩反射光互相加強(qiáng),則此高度水平方向各處均加強(qiáng),因此,明暗相間的干涉
定點(diǎn) 2
薄膜干涉
條紋應(yīng)為水平方向的。
2.薄膜干涉的應(yīng)用
(1)干涉法檢查平面平整度
如圖甲所示,兩平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄層,用單色光從上向下照射,空氣層的上下兩個(gè)
表面反射的兩列光波發(fā)生干涉?？諝鈱雍穸认嗤牡胤?兩列波路程差相同,兩列波疊加時(shí)
相互加強(qiáng)或相互削弱的情況也相同。如果被測(cè)表面是平整的,得到的干涉圖樣必是一組平行
的直線。如果被測(cè)表面某處凹陷,則對(duì)應(yīng)亮條紋(或暗條紋)向左彎曲,如圖乙中P條紋所示;如
果某處凸起,則對(duì)應(yīng)條紋向右彎曲,如圖乙中Q所示。
(2)增透膜
①增透膜的厚度為入射光在薄膜中波長(zhǎng)的 (k=0,1,2,…)倍。一般鍍膜的厚度都為最小
值,即膜中波長(zhǎng)的 。
②增透膜原理:因增透膜的厚度為入射光在薄膜中波長(zhǎng)的 ,膜的前、后兩表面反射的光的
路程差為 ,所以這兩列光波相互削弱,使反射光的強(qiáng)度大大降低。
典例　如圖甲所示,將一塊平板玻璃放在另一平板玻璃上,一端用兩張紙片墊起【1】。當(dāng)某種
單色光從上方入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示【2】?，F(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去
一張紙片【3】,則當(dāng)該單色光從上方入射到新的劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋
將 (　 )
A.變疏　　　 B.變密　　　 C.不變　　　 D.消失
信息提取　【1】?jī)善桨宀Ａчg形成空氣薄膜,從空氣薄膜上、下表面反射的兩列光是相干光。

模型構(gòu)建 如圖所示:

相鄰亮條紋對(duì)應(yīng)的空氣薄膜厚度差Δd= λ
而相鄰亮條紋間距Δx=
從而得出Δx=
解析　根據(jù)以上分析,設(shè)劈尖的角度(上、下表面所夾的角)為θ,相鄰兩亮條紋間距為Δx,則有
Δx= ,抽去一張紙片后,θ減小,sin θ減小,所以Δx增大,即干涉條紋間距變大,A正確。
答案 A

展開更多......

收起↑