2017届高中物理第4章光的波动性4.1光的干涉学案选修.docx

1光的干涉学习目标定位1.知道什么是相干光源以及光产生干涉现象的条件.2.观察光的干涉现象，认识双缝干涉条纹的特点及其明暗条纹的位置特点.3.观察薄膜干涉现象，知道薄膜干涉条纹的特点，并能用它解释生活中的相关现象1波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉2杨氏双缝干涉实验(1)史实：1801年，英国物理学托马斯杨做了著名的光的双缝干涉实验，成功地观察到了光的干涉现象(2)双缝干涉图样：如图1所示，用单色光去照射双缝，屏幕上就会出现明暗相间的等距离的条纹图1(3)干涉条件：两列光的频率相同，振动方向一致，且相位差恒定(4)能发生干涉的两束光称为相干光(5)意义：光的干涉现象充分表明光是一种波3明暗条纹位置的判断方法当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的偶数倍(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹4奇妙的薄膜干涉(1)观察薄膜干涉：如图2所示，把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像时会发现水平方向的明暗相间的条纹图2(2)相干光源：液膜前后两表面反射的两列光波(3)薄膜干涉的成因光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的光程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹.一、杨氏双缝干涉实验问题设计麦克斯韦预言光是一种电磁波光若是一种波，它就应该有衍射、干涉现象，托马斯杨通过双缝实验观察到了光的干涉现象，从而证明了光具有波动性波发生干涉的必要条件是什么？托马斯杨如何得到两个相干光源的？答案波发生干涉的必要条件是两列波频率相同托马斯杨通过两个狭缝获得了两个相干光源要点提炼1杨氏双缝干涉实验示意图，如图3所示图32单缝的作用：获得线光源3双缝的作用：获得两个相干光源4实验现象：在屏上出现一系列明暗相间的条纹5实验结论：光具有波动性例1在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏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)，已知红光与绿光的频率、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有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹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干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红滤光片和绿滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，故选C.答案C二、光屏上出现明暗条纹的条件问题设计机械波发生干涉现象时，形成的图样有什么特点？光发生干涉现象时为什么会出现明暗相间的条纹？答案机械波的干涉图样的特点是：振动加强区和振动减弱区相互间隔，其分布不变光发生干涉现象时，振动加强区和振动减弱区也会交替分布反映在屏上，振动加强区，光能量较强亮；振动减弱区，光能量较弱暗，即得到明暗相间的干涉条纹要点提炼屏上某处出现亮、暗条纹的条件1出现亮条纹的条件：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，)2出现暗条纹的条件：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，)例2用波长为的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图4所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则()图4AO到达a、b的路程差为零BM、N到达b的路程差为CO到达a、c的路程差为4DM、N到达e的路程差为2解析振动方向一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件需满足Lk(k0,1,2,3)答案BD三、奇妙的薄膜干涉问题设计如图5所示，在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，放在酒精灯旁，膜上就会出现灯焰的像肥皂膜上为什么会出现灯焰的像呢？这个像有什么特点？图5答案液膜上的像是液膜前后两个面反射的光形成的特点：此像由明暗相间的水平条纹组成要点提炼1薄膜干涉的原理与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光(用图6中实线和虚线来代表)所走的路程差不同路程差是光在介质中波长的整数倍的位置上时，叠加后加强，出现了亮条纹；路程差是光在介质中半波长的奇数倍的位置上时，叠加后相互削弱，于是出现了暗条纹图62薄膜干涉中应注意的问题(1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧)(2)用单色光照射时得到明暗相间的条纹，用白色光照射时得到彩色条纹例3用如图7所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()图7A当金属线圈旋转30时，干涉条纹同方向旋转30B当金属线圈旋转45时，干涉条纹同方向旋转90C当金属线圈旋转60时，干涉条纹同方向旋转30D干涉条纹保持不变解析竖直肥皂膜是由重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所形成的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D正确答案D1能发生干涉的两束光应是()A亮度一样B颜色一样C频率相等 D传播方向相同答案C解析产生干涉的条件是两光源的频率相同，振动方向相同，相位差恒定2某同学自己动手利用如图8所示器材，观察光的干涉现象其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹他移走B后，C上出现一窄亮斑分析实验失败的原因，最大的可能是()图8A单缝S太窄 B单缝S太宽CS到S1和S2距离不等 D太阳光不能做光源答案B解析因为移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽本实验中，单缝S应非常窄，才可看作“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，故B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮条纹，C错误；太阳光是复色光，可出现彩色干涉条纹，D错误3在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 m，若分别用频率为f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是()A单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C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单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹答案C解析判定某处是明条纹还是暗条纹，关键是看该处到两光源的光程差是该光波长的多少倍，若是整数倍，该处为明条纹；若为整数倍加半个波长，则为暗条纹单色光f1的波长10.6106 m0.6 m.单色光f2的波长20.4106 m0.4 m可见L1，L2，故用f1照射时，P点出现明条纹，用f2照射时，P点出现暗条纹基础题1从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为()A手电筒射出的光不是单色光B干涉图样太细小看不清楚C周围环境的光太强D这两束光为非相干光源答案D解析两束光的相位差不恒定，且都不是单色光，故不是相干光源，因此不能产生干涉图样2关于光的干涉，下列说法正确的是()A只有频率相同的两列光波才能产生干涉B频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定C两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹D两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹答案AC解析两列波产生干涉时，频率必须相同，否则不可能产生干涉现象，而不是干涉不稳定，故A正确，B错误两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹；若该路程差是光半波长的奇数倍时出现暗条纹(注意是半波长而不是波长)，故C正确，D错误3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光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生答案B解析在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，使光源有惟一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误4下列关于双缝干涉条纹的说法中正确的是()A用同一种单色光做双缝干涉实验，能观察到明暗相间的单色条纹B用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差为该色光波长的整数倍C用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差一定为该色光波长的奇数倍D用同一种单色光经双缝干涉的暗条纹到两缝的距离之差一定为该色光半波长的奇数倍答案ABD解析同一单色光干涉条纹为明暗相间的单色条纹，选项A正确；光程差Lk(k为整数)时，为明条纹，选项B正确，C错误；L(k1,2)时，为暗条纹，选项D正确5如图1所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二暗条纹的位置()图1A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答案B解析由知f变小，变大若出现第二条暗条纹，则P到双缝的光程差L，当变大时，L也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，即在P点上方，B正确6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答案D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，就会出现亮条纹，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，但不形成干涉条纹所以A、B、C错误，D正确能力题7光的双缝干涉实验装置如图2所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹屏上O点到两缝的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹已知红光、绿光和蓝光三种色光比较，红光的波长最长，蓝光的波长最短，那么如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况，下列叙述正确的是()图2A红光在O点出现亮条纹B红光的第一条亮条纹在P点的上方CO点不是蓝光的亮条纹D蓝光的第一条亮条纹在P点的上方答案AB解析O点无论对哪种颜色的光来说，到S1、S2的光程差都为0，故各色光都会在O点出现亮条纹，故A正确，C错误；红光的波长比绿光的长，故屏上某点到S1、S2的光程差等于红光波长的位置应在P点的上方，即红光的第一条亮条纹在P点的上方，B正确；同理，蓝光的第一条亮条纹在P点的下方，D错误8如图3所示，在双缝干涉实验中，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则()图3A不再产生干涉条纹B仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置不变C仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向上移D仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向下移答案D解析本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微向上移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移9如图4所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的()图4Aa的上表面和b的下表面Ba的上表面和b的上表面Ca的下表面和b的上表面Da的下表面和b的下表面答案C解析干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃板之间的空气层在空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃板的上表面是否平整因此选项C是正确的10.如图5所示是单色光的双缝干涉实验某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷在此时刻，介质中A点为波峰相叠加点，B点为波谷相叠加点，A、B连线上的C点为某中间状态的相叠加点如果把屏分别放在A、B、C三个位置，那么()图5AA、B、C三个位置都出现亮条纹BB位置出现暗条纹CC位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定D以上结论都不对答案A解析在干涉现象中，所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同，该点的振幅是两列波的振幅之和，而不要理解为该点始终处于波峰或波谷，在某些时刻它也可以位于平衡位置(如题图中C点)所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的，该点的振幅是两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，则该点始终在平衡位置对光波而言，该点是完全暗的本题中，A、B、C连线上所有的点到缝S1、S2的距离相等，所以A、B、C三点都是振动加强的点，屏上对应出现的都是亮条纹11在双缝干涉实验中，入射光的波长为，若双缝处两束光的振动情况恰好相同