第十二章第四节光的波动性(实验：用双缝干涉测量光的波长)

1、第四节光的波动性(实验：用双缝干涉测量光的波长)一、光的干涉1定义：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被加强，出现亮纹，某些区域的光被减弱，出现暗纹，且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象2条件：两列光的频率相等，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象3双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是频率相等的相干光波，屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹；路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离x与波长、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为x.4薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应

2、薄膜厚度相同1.(2014高考江苏卷)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到甲图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示他改变的实验条件可能是()A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源答案：B二、光的衍射1光的衍射现象光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射2光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象3衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远

3、离中央的是红光(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一2.(2015浙江丽水中学模拟)用卡尺两脚间的狭缝观察光的衍射现象时()A中央条纹宽而亮，两侧条纹窄而暗B用紫光作光源时观察到的条纹比用红光作光源时观察到的条纹宽C用白光作光源时，中央呈现白色条纹，两侧为彩色条纹D若将狭缝宽度由0.5 mm缩小到0.2 mm，条纹间距变宽，亮度变暗答案：ACD三、光的偏振1偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光在某一方向振动较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光光的偏振现象证明光是横波(填“横波”或“纵波”

4、)2自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光3偏振光的产生自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫做起偏器第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫做检偏器3.如图所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是()A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成45角方向振动的光答案：ABD考点一光的干涉 1双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同(

5、2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即x.(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹2薄膜干涉(1)如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA和后表面BB分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹(3)条纹特点：单色光：明暗相间的水平条纹；白光：彩色水平条纹如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1106 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，

6、问P点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4107 m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37；(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象解析(1)设A光在空气中波长为1，在介质中波长为2，由n，得1n21.54107 m6107 m根据路程差r2.1106 m，可知N13.5由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长1的3.5倍，所以P点为暗条纹(2)根据临界角与折射率的关系sin C得n由此可知，B光在空气中波长3为：3n介3.15107 m5.25107 m路程差r和波长3的关系为：N

7、24可见，用B光做光源，P点为亮条纹(3)若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光答案(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析方法总结明暗条纹的判断方法屏上某点到双缝距离之差为r，若rk(k0,1,2，)，则为明条纹；若r(2k1)(k0,1,2，)，则为暗条纹1.(2015湖南长沙综合训练)在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜现在用波长为的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化当温度

8、为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则 ()A出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消C温度从t1升至t2过程中，A的高度增加D温度从t1升至t2过程中，A的高度增加解析：选D.该装置利用B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉的原理，若最亮，说明干涉加强，加强时路程差xn(n0,1,2，)，由于t1和t2两温度为连续变化，且出现两次最亮，所以两次路程差为一个波长，t1到t2过程中，A的高度应增加半个波长考点二光的衍射现象的理解 1单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不

9、同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的(2015福建龙岩调研)如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样分析各图样的特点可以得出的正确结论是()Aa、b是光的干涉图样Bc、d是光的干涉图样C形成a图样的光的波长比形成b图样光的

10、波长短D形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短解析干涉条纹是等距离的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式x可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误；c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误答案A2.(2015宁夏银川一中模拟)在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物可能是()A很小的不透明圆板B很大的中间有大圆孔的不透明挡板C很大的不透明圆板D很大的中间有小圆孔的不透明挡板答案：D考点三光的偏振现象的理解 1偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏

11、振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直2偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的偏振现象说明了光波是横波. (2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等如图所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧，旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()AA、B均不变BA、B均有变化CA不变，B有变化DA有变化，B不变解析旋转偏振片P，A处得到的是强度

12、始终相同的偏振光，偏振光再经过偏振片Q，在B处光强随着P的转动而变化，当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时，B处的光强为0.答案C3.如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A图中a光为偏振光B图中b光为偏振光C以SP为轴将B转过180后，在P处将看到光亮D以SP为轴将B转过90后，在P处将看到光亮解析：选BD.自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，P点无光亮，则B偏振片只能通过沿水平方向

13、振动的偏振光，将B转过180后，P处仍无光亮，C错；若将B转过90，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对考点四实验：用双缝干涉测量光的波长1实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距x与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长之间满足dx/l.2实验步骤(1)观察干涉条纹将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上如图所示接好光源，打开开关，使灯丝正常发光调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5 cm10 cm，这时，可

14、观察白光的干涉条纹在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量3数据处理(1)条纹间距x|.(2)波长x.(3)计算多组数据，求的平均值4注意事项(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当(2)光源灯丝最

15、好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近(3)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节(1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、_、_、_、遮光筒、光屏对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取_或_的方法(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是_(填数字代号)(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，手轮的读数如图甲所示继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，手轮的读数如图乙所示

16、则相邻两亮条纹的间距是_mm.(4)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是_m(取三位有效数字)解析(1)由实验原理可知分别是滤光片、单缝、双缝由x可知，要增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取的办法有：增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；减小双缝之间的距离(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是、.(3)甲图读数是0.045 mm，乙图读数是14.535 mm，它们的差值是14.490 mm，中间跨越了1019个亮条纹间距，所以相邻两亮条纹间距是x mm1.610 mm.(4)光的波长：5.37107 m.答案(1)滤光片

17、单缝双缝增加双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)减小双缝之间的距离(2)(3)1.610(4)5.37107方法技巧条纹间距公式的拓展应用在用红光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离为0.5 mm，测得双缝到光屏的距离为1.0 m，在光屏上第一条暗条纹到第六条暗条纹间的距离为7.5 mm，则：(1)此红光的频率为多少？它在真空中的波长为多少？(2)假如把整个装置放入折射率为的水中，这时屏上相邻明条纹的间距为多少？审题点睛(1)由x可求出相邻两亮(暗)纹间距，这是本题易错点(2)先由x求出波长，再由求出频率(3)装置放入水中，公式x中的应为光在水中的波长解析(1)相邻两条暗条纹间的距离x m1

18、.5103 m根据x得1.5103 m7.5107 m由得此光的频率 Hz4.01014 Hz.(2)在水中红光的波长7.5107 m相邻两条明条纹间的距离为x7.5107 m1.125103 m.答案(1)4.01014 Hz7.5107 m(2)1.125103 m总结提升在光的干涉、衍射中，要注意光的波长，像双缝干涉中，通常是指光在真空(空气)中的波长，若装置处于其他介质中，就应取光在介质中的波长又如薄膜干涉、增透膜等，也应为在这种介质中的波长1(2015江苏淮安楚州中学阶段测试)以下说法中正确的是()A肥皂泡在阳光的照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的色散现象B光的偏振现象说明光是

19、纵波C用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点D当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声源频率低于声源发出的频率解析：选C.肥皂泡在阳光的照射下会呈现彩色，这是由光的干涉形成的，故A错误；光的偏振现象说明光是一种横波，故B错误；由于激光的平行度好，因此常用于读取光盘上的信息，故C正确；当观察者向静止的声源运动时，接收到的频率将高于声源发出的频率，故D错误2(2015北京海淀模拟)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图象更清晰如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况下列说法正确的是()A当做

20、单缝实验时，光强分布如图乙所示B当做单缝实验时，光强分布如图丙所示C当做双缝实验时，光强分布如图乙所示D当做双缝实验时，光强分布如图丙所示解析：选AD.当做单缝实验时，中间是亮条纹，往两侧条纹亮度逐渐降低，且亮条纹的宽度不等，所以其光强分布图如乙所示，A项正确，B项错误；当做双缝实验时，在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹，所以其光强分布图如丙所示，C项错误，D项正确3(2015江苏百校大联考)如图所示是双缝干涉实验，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹；若用波长为400 nm的紫光重复上述实验，则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是()A

21、P0点和P1点都是亮条纹BP0点是亮条纹，P1点是暗条纹CP0点是暗条纹，P1点是亮条纹DP0点和P1点都是暗条纹解析：选B.无论光的波长多大，P0点总是亮条纹对600 nm的橙光，P1点与P0点为相邻的亮条纹，则S2P1S1P11600 nm，该距离之差是400 nm紫光半波长的奇数倍，因此用2400 nm的紫光做实验，P1处出现暗条纹，选项B正确4如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以() A增大S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光解析：选C.由双缝干涉条纹间距公式x可知，要增大条纹间距

22、，可以增大双缝到屏的距离，减小双缝间距，选用波长更长的单色光，因此C正确5(2013高考大纲全国卷)下列现象中，属于光的衍射的是()A雨后天空出现彩虹B通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C海市蜃楼现象D日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹解析：选B.出现彩虹是大气对光的散射造成的；海市蜃楼是光的折射与全反射现象造成的；肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉的结果；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象，选项B正确6(2015陕西宝鸡联考)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，在一块平板玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意

23、一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻两条明条纹所对应的薄膜厚度恒定，现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹 ()A变疏B变密C不变 D消失解析：选A.撤去一张纸后劈形空气的薄膜的劈度减缓，相同水平距离上，劈度厚度变化减小，以致波程差变化减小，条纹变宽，条纹数量变少(变疏)，故A正确一、选择题1在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，这两种现象()A都是光的衍射现象B都是光的干涉现象C前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象D前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象解析：

24、选C.根据干涉和衍射的条件，两块玻璃板的空气层形成薄膜干涉，日光灯发出的光通过狭缝会发生衍射现象2(2015济南模拟)某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图甲所示则他在光屏上看到的条纹是图乙中的()解析：选D.此为单缝衍射，故条纹间距不等，单缝水平方位，条纹水平，故D正确3下列说法中正确的是()A照射珍贵物品用的“冷光灯”利用了光的衍射原理B全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性好的特点C拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小反射光的强度D海市蜃楼是光的干涉形成的解析：选BC.照射珍贵物品用的“冷光灯”利用了光的薄

25、膜干涉原理，A错误；全息照片用激光来拍摄，利用了激光的相干性好的特点，B正确；照相机镜头前加偏振片可以减小反射光的强度，C正确；海市蜃楼是光的全反射现象，D错误4(2015沈阳教学质量检测)关于光现象及其应用，下列说法正确的有()A白光只有通过三棱镜的折射，才能产生光的色散现象B光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象C光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率大于外套的折射率D利用光的干涉现象可以检查平面的平整度答案：BCD5(2014高考大纲全国卷)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样图样上相邻两明纹中心间距为

26、0.350 cm，则双缝的间距为()A2.06107 mB2.06104 mC1.68104 m D1.68103 m解析：选C.在双缝干涉实验中，相邻明条纹间距x、双缝间距d与双缝到屏的距离L间的关系为x，则双缝间距d m1.68104 m.6光的偏振现象说明光是横波下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光C日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹解析：选D.通过手