高中物理 13.3 光的干涉 新人教選修34

........一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理透析.1.雙縫干涉的裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏..2.單縫屏的作用獲得一個(gè)線光源，使光源有惟一的頻率和振動(dòng)情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏.楊氏那時(shí)沒有激光，因此他用強(qiáng)光照射一條狹縫，通過(guò)這條狹縫的光再通過(guò)雙縫產(chǎn)生相干光.3.雙縫屏的作用平行光照射到單縫S上，又照射到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動(dòng)情況完全一致的相干光..4.屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件頻率相同的兩列波在同一點(diǎn)引起的振動(dòng)的疊加，如亮條紋處某點(diǎn)同時(shí)參與的兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)總是一致，即振動(dòng)方向總是相同；暗條紋處振動(dòng)步調(diào)總相反.具體產(chǎn)生亮、暗條紋的條件為：(1)亮條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍.即：|PS1-PS2|=kλ=2k·(k=0，1，2，3，…)k=0時(shí)，PS1=PS2，此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級(jí)亮條紋.k為亮條紋的級(jí)次..(2)暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍.即：|PS1-PS2|=(2k-1)·(k=1，2，3，…)k為暗條紋的級(jí)次，從第1級(jí)暗條紋開始向兩側(cè)展開.(3)時(shí)間上的關(guān)系①亮條紋：Δt=nT(n=0,1,2,3,…)②暗條紋：Δt=(2n+1)·(n=0,1,2,3,…)式中Δt表示兩列光波到同一點(diǎn)的時(shí)間差；T=為光波的周期..

(1)雙縫干涉的條件是必須有相干光源，且雙縫間的間距必須很小.(2)光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差，所以一般情況很難觀察到光的干涉現(xiàn)象，楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)采用將一束光“一分為二”的方法獲得相干光源..【典例1】(2020·萍鄉(xiāng)高二檢測(cè))在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)P到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10-7m，如果用頻率為6.0×1014Hz的黃光照射雙縫，試問(wèn)：(1)該黃光的波長(zhǎng)是多少？(2)試通過(guò)計(jì)算分析P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？

【解題指導(dǎo)】(1)雙縫干涉中的加強(qiáng)和減弱的條件.(2)第n條亮紋處對(duì)應(yīng)的Δx=nλ.(3)第n條暗紋處對(duì)應(yīng)的Δx=.【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)(2)Δx=所以是暗條紋.答案：(1)5×10-7m(2)暗條紋.【變式訓(xùn)練】(2020·濟(jì)寧高二檢測(cè))用波長(zhǎng)為λ的單色光照射單縫O，經(jīng)過(guò)雙縫M、N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，如圖所示，圖中a、b、c、d、e為相鄰亮條紋的位置，c為中央亮條紋，則()A.O到達(dá)a、b的路程差為零B.M、N到達(dá)b的路程差為λC.O到達(dá)a、c的路程差為4λD.M、N到達(dá)e的路程差為2λ.【解析】選B、D.振動(dòng)一致的兩光源在空間發(fā)生干涉,得到亮條紋的條件滿足Δx=nλ(n=0，1，2，3…)..【規(guī)律方法】(1)判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長(zhǎng)的比值.(2)要記?。郝烦滩畹扔诓ㄩL(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋；等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處為暗條紋.(3)上述結(jié)論成立的條件是：兩個(gè)光源情況完全相同..

【變式備選】如圖所示，用激光束照射雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，后面屏上出現(xiàn)干涉條紋，其中單縫的作用是產(chǎn)生線光源，單縫、雙縫應(yīng)平行放置.若將單縫繞中心軸旋轉(zhuǎn)(不超過(guò)90°)條紋將發(fā)生什么變化？若將雙縫繞中心旋轉(zhuǎn)(不超過(guò)90°)條紋將發(fā)生什么變化？.【解析】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單縫的作用是形成線光源，雙縫的作用是形成振動(dòng)情況相同的相干光源，當(dāng)單縫旋轉(zhuǎn)時(shí)，雙縫被照亮的面積減小，雙縫雖然仍能形成相干光源，但由于通過(guò)雙縫的光能量減少，所以屏上仍能產(chǎn)生干涉條紋，但條紋變暗.當(dāng)雙縫旋轉(zhuǎn)時(shí)，同樣會(huì)導(dǎo)致干涉條紋變暗.同時(shí)，干涉條紋保持與雙縫平行，也隨雙縫的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)..二、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,兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān),波長(zhǎng)越大,條紋間距越大..2.白光的干涉圖樣若用白光作光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中央條紋是白色的.這是因?yàn)椋?(1)從雙縫射出的兩列光波中,各種色光都能形成明暗相間的條紋,各種色光都在中央條紋處形成亮條紋,從而復(fù)合成白色條紋.(2)兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比,即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小,即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合,這樣便形成了彩色干涉條紋..用白光做干涉實(shí)驗(yàn)，從紅光到紫光其波長(zhǎng)由大到小，它們的干涉條紋間距也是從大到小，屏中央各色光都得到加強(qiáng)，混合成白色，但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色，而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅..【典例2】(2020·福州高二檢測(cè))一束白光通過(guò)雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是()A.各色光的波長(zhǎng)不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同B.各色光的速度不同，造成條紋的間距不同C.各色光的強(qiáng)度不同，造成條紋的間距不同D.各色光通過(guò)雙縫到達(dá)一確定點(diǎn)的距離不同.

【解題指導(dǎo)】(1)白光和單色光做雙縫干涉時(shí)的干涉圖樣不同.(2)干涉條紋的寬度與單色光的波長(zhǎng)的關(guān)系..【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A.各色光的頻率不同，波長(zhǎng)不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋..【變式訓(xùn)練】關(guān)于光的干涉，下列說(shuō)法中正確的是()A.在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的B.在雙縫干涉現(xiàn)象里，入射光波長(zhǎng)變短，相鄰兩個(gè)明條紋間距將變寬C.只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉D.頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定【解析】選C.在雙縫干涉現(xiàn)象中，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋間距是相等的，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，相鄰兩個(gè)明條紋間距越大，兩列波產(chǎn)生干涉時(shí)，頻率必須相同..【典例】?jī)杀K相同的普通白熾燈發(fā)出的光相遇時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A.兩盞白熾燈相同，為相干光源，故能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.只要兩盞燈亮度相同，就能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象C.由于兩燈光的振動(dòng)情況不同，故不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D.以上說(shuō)法都不正確.【解題指導(dǎo)】(1)應(yīng)知道光產(chǎn)生干涉的條件.(2)生活中任何兩個(gè)各自獨(dú)立發(fā)光的光源產(chǎn)生的光在空間相疊加都不會(huì)發(fā)生干涉，這是由物體發(fā)光機(jī)理決定的.【標(biāo)準(zhǔn)解答】選C.相干光源發(fā)出的光頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定，一般情況下，兩個(gè)不同的光源發(fā)出的光或同一光源的不同部位發(fā)出的光振動(dòng)情況往往是不同的，由點(diǎn)光源發(fā)出的光或同一列光發(fā)出的兩列光振動(dòng)情況是相同的..一、選擇題1.能發(fā)生干涉的兩束光應(yīng)是()A.亮度一樣B.顏色一樣C.頻率相等D.傳播方向相同【解析】選C.產(chǎn)生干涉的條件是兩光源的頻率相同，振動(dòng)方向相同，相位差恒定..2.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用紅光照射雙縫得到的干涉圖樣是()A.一系列明暗相間的同心圓B.一些雜亂無(wú)章的點(diǎn)C.平行、等間距的明暗相間的條紋D.條紋中間寬、兩邊窄【解析】選C.單色光的雙縫干涉條紋為平行、等距、明暗相間的條紋.故C對(duì)，A、B、D錯(cuò)..

【方法技巧】光的干涉條件的分析生活中任何兩個(gè)各自獨(dú)立發(fā)光的光源產(chǎn)生的光在空間相疊加都不會(huì)產(chǎn)生干涉，這是由物體的發(fā)光機(jī)理決定的，即任何兩個(gè)各自獨(dú)立的光源都不是相干光源.所以楊氏雙縫干涉中單縫的作用就是從同一光源得到線光源，以便能有相同的頻率和振動(dòng)規(guī)律.雙縫是由同一個(gè)狹縫照亮的，所以雙縫也就成了一對(duì)相干光源.光的相干條件中頻率相同是光發(fā)生干涉的必要條件，要發(fā)生干涉，兩光源還必須具有相同的振動(dòng)方向和恒定相位差.通常的問(wèn)題中對(duì)相干光源的條件說(shuō)法比較含蓄，要注意挖掘..3.已知紅光、綠光和紫光三種色光的波長(zhǎng)大小關(guān)系為：紅光最長(zhǎng)，紫光最短.那么我們用包含有紅光、綠光、紫光三種色光的復(fù)色光做相干光源，所產(chǎn)生的干涉條紋中兩相鄰條紋間隔最近的干涉條紋是()A.紫色條紋B.綠色條紋C.紅色條紋D.都一樣近【解析】選A.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋間距越大.在紅光、綠光和紫光三種色光中，紫光的波長(zhǎng)最短，其相鄰的干涉條紋中紫光亮條紋間距最小.故A對(duì)..4.光通過(guò)雙縫后在屏上產(chǎn)生彩色條紋，若用紅色和綠色玻璃分別擋住雙縫，則屏上將出現(xiàn)()A.黃色的干涉條紋B.紅綠相間的條紋C.黑白相間的條紋D.無(wú)干涉條紋【解析】選D.紅光和綠光的頻率不同，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，故不能產(chǎn)生干涉條紋..5.(2020·溫州高二檢測(cè))如圖(甲)所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到的條紋情況，a為中央亮條紋，(乙)圖為換用另一種顏色的單色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的條紋情況，a′為中央亮條紋.若已知紅光、綠光和紫光的波長(zhǎng)大小關(guān)系為：紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，紫光的波長(zhǎng)最短.則下列說(shuō)法正確的是()A.(乙)圖可能為用紅光時(shí)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)B.(乙)圖可能為用紫光時(shí)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng)C.(乙)圖可能為用紅光時(shí)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短D.(乙)圖可能為用紫光時(shí)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較短.【解析】選A.根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，同一裝置產(chǎn)生的雙縫干涉圖樣中條紋的間距就越大，由題意可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，因此B、C、D錯(cuò)，A對(duì)..6.(2020·石家莊高二檢測(cè))如圖所示，在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對(duì)稱軸位置處稍微向上移動(dòng)，則().A.不再產(chǎn)生干涉條紋B.仍可產(chǎn)生干涉條紋，且中央亮紋P的位置不變C.仍可產(chǎn)生干涉條紋，中央亮紋P的位置略向上移D.仍可產(chǎn)生干涉條紋，中央亮紋P的位置略向下移【解析】選D.仍能滿足干涉條件，所以仍可以產(chǎn)生干涉條紋.由于單縫稍微向上移動(dòng)，從雙縫射出的光路程相等的位置將稍微下移，所以中央亮紋P的位置略向下移，故選項(xiàng)D正確..7.(2020·哈爾濱高二檢測(cè))先后用兩種不同的單色光，在相同的條件下用同一雙縫干涉裝置做實(shí)驗(yàn)，在屏幕上相鄰的兩條亮紋間距不同，其中間距較大的那種單色光比另一種單色光()A.在真空中的波長(zhǎng)較短B.在玻璃中傳播速度較大C.在玻璃中傳播時(shí)，折射率較大D.其光子的能量較小.【解析】選B、D.干涉條紋間距越大，光波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小，折射率越小，在介質(zhì)中傳播速度越大，故A、C錯(cuò)誤，B對(duì)；頻率越小，能量越小，故D對(duì)..8.(2020·菏澤高二檢測(cè))在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0.6μm，若分別用頻率為f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是()A.單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)明條紋B.單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋C.單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D.單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)明條紋.【解析】選C.λ1==0.6×10-6m，λ2==0.4×10-6m.單色光f1照射時(shí)，Δs=0.6μm=λ1，是明條紋；單色光f2照射時(shí)，Δs=0.6μm=，是暗條紋..二、非選擇題9.(2020·福州高二檢測(cè))頻率為6×1014Hz的單色光從S1和S2投射到屏上，并且S1與S2振動(dòng)相同.則這種色光的波長(zhǎng)為_____；若屏上的點(diǎn)P到S1與P到S2的路程差為3×10-6m，則P點(diǎn)是_____(選填“亮條紋”或“暗條紋”).【解析】λ==5×10-7m；Δx=3×10-6m=6λ，所以是亮條紋.答案：5×10-7m亮條紋.10.如圖所示，在雙縫干涉中，若用λ1=5.0×10-7m的光照射，屏上O為中央亮條紋，屏上A為第二級(jí)亮條紋所在處.若換用λ2=4.0×10-7m的光照射時(shí)，屏上O處是什么情況？屏上A處又是什么情況？.【解析】雙縫到O點(diǎn)的路程差為零，換用λ2=4.0×10-7m的光照射時(shí)，屏上O處仍是亮條紋.Δx=2λ1=nλ2，解得即路程差等于兩個(gè)半波長(zhǎng)，所以A處是第三級(jí)暗條紋..Thankyou!..9、靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:12PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:12PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿，留一份不足，可得無(wú)限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。。2023/2/32023/2/32023/2/320