高中物理选修3-4第五章学案1习题 课后作业,有详细解答.docx

学案1光的干涉学习目标定位1.知道什么是相干光及光产生干涉现象的条件.2.观察光的干涉现象，认识干涉条纹的特点.3.理解双缝实验中明、暗条纹的位置特点.4.了解薄膜干涉现象，知道薄膜干涉条纹的特点波的干涉：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11801年，英国物理学家托马斯杨在实验室里成功地观察到了光的干涉2如图1，让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹图13明暗条纹位置的判断方法当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的偶数倍(即波长的整数倍)时，光在这点相互加强，这里出现明条纹；当路程差为半波长的奇数倍时，光在这点相互削弱，这里出现暗条纹一、双缝干涉问题设计如图2所示，机械波可以产生波的干涉现象，形成稳定的干涉图样；如果我们先假设光是一种波，那么按照我们所学的波动知识，光要发生干涉现象需要满足什么条件？图2答案两光源必须有相同的频率，即两光源为相干光要点提炼1杨氏双缝干涉实验：图3(1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图3所示，有光源、单缝、双缝和光屏(2)单缝屏的作用：获得一个线光源，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(3)双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，后又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光(4)实验现象：若用单色光作光源，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的(5)实验结论：光是一种波2光产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的二、明暗条纹位置的判断方法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，)(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为亮条纹的级数)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，)(k为暗条纹的级数，从第1级暗条纹开始向两侧展开)二、薄膜干涉问题设计 1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把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像如图4所示这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验情况又会如何？图4答案灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成如果用白光做实验，肥皂膜上会出现彩色水平条纹2马路积水上的油膜呈现彩色图样，这是光的什么现象？答案光在积水上的油膜上发生了薄膜干涉要点提炼1薄膜干涉的原理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路程差等于膜厚度的2倍，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，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹2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)用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹(3)每一条纹是水平(填“水平”或“竖直”)的3薄膜干涉的应用(1)用干涉法检查平面的平整度(2)光学仪器上的增透膜一、杨氏干涉实验例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，但分别用红色滤光片和绿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，但屏上仍会有光亮，故选C.答案C二、决定干涉明、暗条纹的条件例2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点出现亮、暗条纹的情况是()A单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹B单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C单色光f1照射时出现亮条纹，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照射时出现亮条纹解析判定某处是亮条纹还是暗条纹，关键是看该处到两光源的光程差是该光波长的倍数情况，若是整数倍，该处为亮条纹；若为半波长的奇数倍，则为暗条纹单色光f1的波长1 m0.6 m.单色光f2的波长20.4106 m0.4 m可见s1，s2，故用f1照射时，P点出现亮条纹，f2照射时，P点出现暗条纹答案C三、薄膜干涉例3用如图5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5A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于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层次上，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(杨氏干涉实验)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，使光源有唯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方便肉眼观察，故选项D错误2.(决定条纹间距条件)如图6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6A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到双缝的路程差s，当变大时，s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3(杨氏干涉实验)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答案A4(薄膜干涉)如图7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7Aa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下表面反射的光波会发生干涉，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是正确的题组一杨氏双缝干涉实验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答案D解析这两束光的相位差不恒定，且都不是单色光，故不是相干光，因此不能产生干涉图样2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答案B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，x变小，C错红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错3用红光做光的双缝干涉实验，如果将其中一缝改用蓝光，下列说法正确的是()A在光屏上出现红蓝相间的干涉条纹B只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象，此时不产生干涉现象C频率不同的两列光也能发生干涉现象，此时出现彩色条纹D尽管亮暗条纹都是光波相互叠加的结果，但此时红光与蓝光只叠加不产生干涉现象答案BD解析频率相同、相位差恒定是产生干涉现象的条件，红光和蓝光频率不同，不能产生干涉现象，不会产生干涉条纹，A、C错误题组二决定条纹间距的条件4如图1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1A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，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，因此S1、S2射出的仍是相干光，则单缝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5关于光的干涉及双缝干涉实验的认识，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C单色光从两个狭缝到达屏上某点的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹D单色光从两个狭缝到达屏上某点的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹E用同一单色光做双缝干涉实验，能观察到明暗相间的不等间距的单色条纹答案AD6如图2所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样：图甲为用绿光进行实验的图样，a为中央亮条纹；图乙为换用另一种单色光进行实验的图样，a为中央亮条纹则以下说法正确的是(绿红)()图2A图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短答案A解析由题图可知，图乙中的条纹间距较大，由x可知乙甲，故A正确7.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3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3AO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答案BD解析振动一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足rk(k0,1,2,3)题组三薄膜干涉8下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是()A雨后的彩虹B水面上的油膜在阳光照射下呈彩色C透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色D荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮答案B解析雨后的彩虹是色散现象，故选项A错误；透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象，故选项C错误；水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果，故选项D错误；油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果，故选项B正确9如图4所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，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像应是图中的()图4答案D解析酒精灯发出的光在肥皂膜前、后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处路程差相同，而同一条亮条纹(或暗条纹)上路程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同故肥皂膜上的亮(暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确选项为D.10劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图5甲所示，将一块平板玻璃放置在