2018_2019学年高中物理第5章光的干涉衍射偏振第1讲光的干涉学案鲁科版.docx

第1讲光的干涉 目标定位1.知道光的干涉现象，知道光是一种波.2.理解相干光源和产生干涉现象的条件.3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.4.了解双缝干涉测量光的波长的实验原理，能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长.5.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用一、光的干涉及其产生条件1要使两列光波相遇时产生干涉现象，两光源必须具有相同的频率和振动方向2出现明、暗条纹的条件如果两列光波到达某点时，路程差为波长的整数倍，那么，这两束光波互相加强，在那里就出亮条纹；如果两列光波到达某点时，路程差为半波长的奇数倍，就出现暗条纹3条纹间距：双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹间的距离：y二、科学探究测定光的波长原理：在双缝干涉实验中，测出光屏上亮(暗)条纹的宽度，利用公式y求出光波的波长想一想实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离y，而要测出n个亮条纹间的距离，再求平均值？答案由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差三、薄膜干涉及其应用1薄膜干涉：由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象2成因竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光所走的路程不同这两列波在一些地方叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹3常见的薄膜干涉现象(1)白光照射肥皂液膜出现彩色条纹；(2)蚌壳内表面透明薄膜上呈现各种色彩；(3)有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带；(4)有透明薄膜保护层的激光唱片呈现彩色4应用：检查平面的平整程度想一想热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹，这些彩色条纹是如何形成的呢？答案由薄膜干涉造成的白光照射在油膜表面，被薄膜前、后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条纹由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色花纹一、杨氏双缝干涉实验1双缝干涉的装置示意图图1实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏(1)单缝的作用：获得一束线光源，使光源有唯一的频率和振动情况也可用激光直接照射双缝(2)双缝的作用：这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光2产生干涉的条件两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的3干涉图样(1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的4实验结论光是一种波例1在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时()A只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮解析两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮，故C对答案C借题发挥明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题做出正确判断的关键，该知识点必须记住.二、屏上某处出现亮、暗条纹的条件1亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍即：|PS1PS2|k2k(k0,1,2,3，)k0时，PS1PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹k为亮条纹的级次2暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍即：|PS1PS2|(2k1)(k1,2,3，)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开例2图2如图2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的光程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则()AP和P1仍为亮点BP为亮点，P1为暗点CP为暗点，P1为亮点DP、P1均为暗点解析从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此是亮条纹中心，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹中心而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600nm橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1P1S2|600nm紫，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹综上所述，选项B正确答案B借题发挥判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值，要记住光程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同三、用双缝干涉测光的波长1实验原理(1)光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹(2)若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离用y表示，则入射光的波长为.实验中d是已知的，测出l、y即可测出光的波长.2实验步骤(1)按如图3所示安装仪器图3(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上(3)使光源发光，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)(4)加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(或暗条纹)的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条亮条纹(或暗条纹)中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.(5)将两次手轮的读数相减，求出n个亮条纹(或暗条纹)间的距离a，利用公式y，算出条纹间距，然后利用公式y，求出此单色光的波长(d、l在仪器中都已给出)(6)换用另一滤光片，重复步骤(3)、(4)，并求出相应的波长3注意事项(1)单缝、双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等(2)测双缝到屏的距离l用毫米刻度尺测多次取平均值(3)测条纹间距y时，采用累积法，即用测量头测出n条亮条纹(或暗条纹)间的距离a，求出相邻的两条亮条纹(或暗条纹)间的距离y.例3现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图4所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、A.图4(2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离在操作步骤时还应注意_.(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图5甲所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数_mm，求得相邻亮纹的间距y为_mm.图5(4)已知双缝间距d为2.0104m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm.解析(1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上所以排列顺序为：C、E、D、B、A.(2)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上(3)螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13.870mm，图甲读数为2.320mm，所以相邻条纹间距ymm2.310mm.(4)由条纹间距离公式y得：，代入数值得：6.6107m6.6102nm.答案(1)E、D、B(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行(3)13.8702.310(4)6.6102四、对薄膜干涉的理解1现象：光照到薄膜上，从膜的前表面和后表面反射回来的光再次相遇而产生的干涉现象两反射光的光程差等于膜厚度的2倍2图样：以光照射肥皂泡为例，如果是单色光照射肥皂泡，肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就会出现彩色条纹，且每一条纹呈水平分布3应用：用干涉法检查平面的平整程度；光学镜头上的增透膜例4如图6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的()图6解析铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的答案D借题发挥在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，由于光波波长极短，因此做薄膜干涉所用的介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹杨氏双缝干涉实验1用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是()A明暗相间的条纹B彩色条纹C一片红光D晃动的条纹解析两灯泡不是相干光源故现象为C.答案C明、暗条纹的判断2在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6m，若分别用频率为f15.01014Hz和f27.51014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是()A用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹解析单色光f1的波长：1m0.6106m0.6m.单色光f2的波长：2m0.4106m0.4m.因P点到双缝的距离之差x0.6m1，所以用单色光f1照射时P处出现亮纹x0.6m2，所以用单色光f2照射时P处出现暗纹，故选项C正确答案C用双缝干涉测光的波长3在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d.(1)若测定绿光的波长，应选用_色的滤光片实验时需要测定的物理量有_和_(2)已知双缝到光屏之间的距离l500mm，双缝之间的距离d0.50mm，单缝到双缝之间的距离s100mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准第A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准第B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图7所示则入射光的波长_m(结果保留两位有效数字)图7(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有_A改用波长较长的光(如红光)作为入射光B增大双缝到屏的距离C增大双缝到单缝的距离D增大双缝间距解析(1)由于要测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片由y可知要想测必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距y.(2)游标卡尺读数精确度为0.1mm，A位置主尺读数为11mm，游标尺读数为1，读数为y111mm10.1mm11.1mm，同理B位置读数为y215.6mm，则条纹间距y0.64mm.利用y6.4107m.(3)由y可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离，故选项A、B正确答案(1)绿双缝到屏的距离相邻条纹间距(2)6.4107(3)AB对薄膜干涉的理解4关于薄膜干涉，下列说法中正确的是()A只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象B只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象C厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹D观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧解析当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象，如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的；如果是复色光照射，某些颜色的光因干涉而减弱，另一些颜色的光会因干涉而加强，减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光的颜色，但不形成干涉条纹，故D对答案D(时间：60分钟)题组一双缝干涉现象及干涉图样1下列关于双缝干涉实验的说法中，正确的是()A单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C光屏上相距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D照射单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹宽度越宽解析单缝的作用是产生一束线光源，两个频率相同的光源称为相干光源，选项A错误；双缝的作用是产生两个频率相同、振动情况相同的相干光源，选项B正确；路程差等于半波长奇数倍处出现暗条纹，选项C错误；频率越高，波长越短，条纹宽度越窄，选项D错误答案B2在杨氏双缝干涉实验中，如果()A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹解析用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对；变小，y变小，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错答案B3用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图1所示的干涉图样，其中图甲是a光照射形成的，图乙是b光照射形成的，则关于a、b两束单色光，下述说法中正确的是()图1Aa光的频率比b光的大B在水中a光传播的速度比b光的大C水对a光的折射率比b光大Db光的波长比a光的短解析从题图中可以看出，a光的条纹间距小，说明a光的波长小，频率大，选项D错误，A正确；水对频率低的单色光的折射率小，即水对b光的折射率小，选项C正确；折射率小的光在水中的传播速度大，即b光在水中的传播速度大，选项B错误答案AC4一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()A各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C各色光的强度不同，造成条纹的间距不同D各色光通过双缝到达一确定点的距离不同解析各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹答案A5在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589nm的光，在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm，则双缝的间距为()A2.06107mB2.06104mC1.68104mD1.68103m解析在双缝干涉实验中，相邻明条纹间距y、双缝间距d与双缝到屏的距离l间的关系为y，则双缝间距dm1.68104m.答案C题组二明、暗条纹的条件6用单色光做双缝干涉实验时()A屏到双缝的路(光)程差等于波长整数倍处出现亮条纹B屏到双缝的路(光)程差等于半波长整数倍处，可能是亮条纹，也可能是暗条纹C屏上的亮条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方D屏上的亮条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方解析在双缝干涉实验中，屏到双缝的路(光)程差等于波长整数倍处出现亮条纹，则可能是两列光波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇的地方，A选项正确，C选项错误；屏到双缝的路(光)程差等于半波长整数倍处，可能是半波长的奇数倍(暗条纹)，也可能是半波长的偶数倍(明条纹)，B选项正确；两列光波的波峰与波谷相遇的地方，应是暗条纹，D选项错误答案AB7.图2如图2所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二条暗条纹的位置()A仍在P处B在P点上方C在P点下方D要将屏向双缝方向移近一些才能看到解析由知f变小，变大若出现第二条暗条纹，则P到双缝的光(路)程差r，当变大时，r也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在P点上方，B正确答案B8.图3如图3所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95107m，则在这里出现的应是_(选填“亮条纹”或“暗条纹”)，现改用波长为6.30107m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将_(选填“变宽”、“变窄”或“不变”)解析P点距离两缝的距离之差是波长的1.5倍，是半波长的奇数倍，所以出现暗条纹由于条纹间距y(d为两条狭缝间的距离，l为挡板与屏间距离)波长变长，条纹间距变宽答案暗条纹变宽题组三利用双缝干涉测光的波长9某同学在做双缝干涉实验时，按装置图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于()A光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大B没有安装滤光片C单缝与双缝不平行D光源发出的光束太强解析安装实验器材时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功当然还要使光源发出的光束不致太暗综上所述，可知选项A、C正确答案AC10“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图4甲所示测量头由分划板、目镜、手轮等构成，已知双缝与屏的距离为l，双缝间距为d.图4(1)如图乙所示，移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心，记下此时手轮上螺旋测微器的读数y1.转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心，此时手轮上螺旋测微器的读数y2如图丙所示，则读数y2_mm；(2)已知双缝与屏的距离为l，双缝间距为d.计算波长的公式_；(用题目中给出的字母表示)(3)对于某种单色光，为增加相邻亮纹间的距离，可采取_或_的方法答案(1)1.700(2)(3)减小双缝间距离增大双缝到屏的距离11在“双缝干涉测光的波长”实验中，调节分划板的位置，使分划板的中心刻线对齐中央亮条纹的中心，此时螺旋测微器的读数如图5甲所示，转动手轮，使分划板向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第3条亮条纹的中心，此时螺旋测微器的读数如图乙所示已知双缝间距d1.5mm，双缝到屏的距离l1.00m，则被测光的波长为多少？图5解析题