高中物理粵教版4第四章光第04節(jié)光的干涉 2023版第4章第4節(jié)光的干涉

第四節(jié)光的干涉1．(3分)下列說法正確的是()A．因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B．因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎剩运畬凭珌碚f是光疏介質(zhì)C．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小【解析】本題考查對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解．因?yàn)樗恼凵渎蕿椋凭恼凵渎蕿?，所以水對酒精來說是光疏介質(zhì)；由v＝eq\f(c,n)可知，光在光密介質(zhì)中的速度較?。敬鸢浮緽D2．(3分)如圖4－4－1所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)，已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為AB、BC的中點(diǎn)，則()圖4－4－1A．該棱鏡的折射率為eq\r(3)B．光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C．光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長變小D．從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行【解析】在E點(diǎn)作出法線可知入射角為60°，折射角為30°，折射率為eq\r(3)；由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會發(fā)生全反射，B錯；由公式λ介＝eq\f(λ空氣,n)，可知C對；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會與入射到E點(diǎn)的光束平行，故D錯．【答案】AC3．(4分)如圖4－4－2所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強(qiáng)度相同的光線，均由空氣射入玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置．下列說法正確的是()圖4－4－2A．假若三條光線中有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光線B．假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線cO一定能發(fā)生全反射C．假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線aO一定能發(fā)生全反射D．假若光線aO恰能發(fā)生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射光線的亮度大【解析】三條入射光線沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在圓周界面，它們的入射角為零，均不會偏折．在直徑界面，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它們都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，都有發(fā)生全反射的可能．如果只有一條光線發(fā)生了全反射，那一定是aO光線，因?yàn)樗娜肷浣亲畲?，所以選項(xiàng)A對．假若光線bO能發(fā)生全反射，說明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO的入射角更大，所以，光線aO一定能發(fā)生全反射，光線cO的入射角可能大于或等于臨界角，也可能小于臨界角，因此，cO不一定能發(fā)生全反射．所以選項(xiàng)C對，B錯．假若光線aO恰能發(fā)生全反射，光線bO和cO都不能發(fā)生全反射，但bO的入射角更接近于臨界角，所以，光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強(qiáng)，即bO的反射光線亮度較大，所以D對，本題答案選A、C、D.【答案】ACD課標(biāo)導(dǎo)思1．觀察光的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識干涉條紋的特點(diǎn)．2．能闡述干涉現(xiàn)象的成因及明暗條紋的位置特點(diǎn)．3．知道相干光源的概念和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.學(xué)生P491．雙縫干涉現(xiàn)象(1)實(shí)驗(yàn)①過程：把一激光筆發(fā)出的光照射在雙縫上，經(jīng)過雙縫后成為兩列頻率相同的光，它們在相遇的區(qū)域產(chǎn)生干涉現(xiàn)象．②現(xiàn)象：屏上出現(xiàn)明、暗相間的條紋．③結(jié)論：光是一種波．(2)解釋：頻率相同的兩列光波在相遇的區(qū)域疊加，使得某些區(qū)域得到加強(qiáng)，顯得更亮了；某些區(qū)域得到了削弱，顯得更暗了；而且明暗區(qū)域也是相間的．2．產(chǎn)生干涉的條件(1)干涉條件：頻率相同、相差恒定、振動方向相同，即光波為相干光波．(2)明、暗條紋的條件明條紋：Δr＝kλ，k＝0，±1，±2，…暗條紋：Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)，k＝0，±1，±2，…其中Δr為兩列相干光波到空間某點(diǎn)P的光程差，即路程差．(3)相鄰明(暗)條紋間的距離Δx＝eq\f(L,d)λ3．薄膜干涉(1)形成原因：從薄膜的前、后表面反射出兩列相干光波發(fā)生干涉．(2)應(yīng)用：檢查光學(xué)平面的平整度，增透膜．學(xué)生P50一、對雙縫干涉實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象的理解，實(shí)驗(yàn)操作時常在雙縫前加一條單縫1．雙縫干涉的示意圖(如圖4－4－3)圖4－4－32．單縫屏的作用獲得一個線光源，有唯一的頻率和振動情況．3．雙縫屏的作用平行光照射到單縫S上后，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動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)引起的振動的疊加，如明條紋處某點(diǎn)同時參與的兩個振動步調(diào)總是一致，即振動方向總是相同，總是同時過最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、平衡位置；暗條紋處振動步調(diào)總相反，具體產(chǎn)生亮、暗條紋的條件為：(1)明條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍．即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3…)【特別提醒】k＝0時，PS1＝PS2，此時P點(diǎn)位于屏上的O處，為明條紋，此處的條紋叫中央明紋.(2)暗條紋的條件屏上某點(diǎn)到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍，即：|PS1－PS2|＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3…)(3)時間上的關(guān)系①明條紋：Δt＝nT②暗條紋：Δt＝(2k＋1)eq\f(T,2)式中Δt，表示兩光波到同一點(diǎn)的時間差；n，k為(0,1,2，…)；T＝eq\f(1,f)，光波的周期．【特別提醒】1雙縫干涉的條件是必須有相干光源，且雙縫間間距必須很??；2由于不同光源發(fā)出的光頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差，故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象，所以楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)采用將一束光“一分為二”的方法獲得相干光源.二、雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)1．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．2．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．3．兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長有關(guān)，波長越大，條紋間距越大．三、用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，中央出現(xiàn)白色條紋，兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋的形成原因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明條紋，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成正比，即紅光的明紋間寬度最大，紫光明紋間寬度最小，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．四、薄膜干涉1．形成原因如圖4－4－4所示，照射到液膜上的光線從前、后兩個表面反射回來，形成兩列光波．由于這兩列光波是由同一入射光波產(chǎn)生的，因此頻率相同、相差恒定，滿足干涉條件．圖4－4－4【特別提醒】因?yàn)楸∧じ缮嬷械臈l紋是從薄膜前、后兩個表面反射的光在光源這一側(cè)發(fā)生干涉形成的，所以應(yīng)在與光源同一側(cè)才能觀看到干涉條紋.2．薄膜干涉在技術(shù)上的應(yīng)用(1)干涉法檢查平面平整度a．原理：如圖4－4－5所示．在被測平面上放一個透明的樣板，在樣板的一端墊一個薄片，使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測平面之間形成一個楔形空氣薄層．用單色光從上面照射，空氣層的上、下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生干涉．空氣層厚度相同的地方，兩列波的路程差相同，兩列波疊加時相互加強(qiáng)或減弱的情況相同，因此若被測表面是平的，干涉條紋就是一組平行的直線，如果干涉條紋是彎曲的，就表明被測表面不平．圖4－4－5b．被測平面凹陷或凸起的判斷方法由于同一空氣層厚度的地方路程差相同，故出現(xiàn)在同一條紋上，若條紋發(fā)生了彎曲，我們只要抓住彎曲處的空氣層厚度與左側(cè)還是右側(cè)的相同就能判斷是凸起還是凹陷．如圖4－4－6，條紋向左彎曲，說明彎曲處的空氣層厚度與右側(cè)的相同，即該處有凹陷．圖4－4－6(2)增透膜a．原理：利用薄膜干涉，在透鏡表面涂一層薄膜(常用氟化鎂)，當(dāng)薄膜厚度等于入射光在薄膜中波長的1/4時，在薄膜的兩個表面上反射的光，光程差恰等于半個波長，互相抵消，大大減少了光的反射損失，增強(qiáng)透射光的強(qiáng)度．這層薄膜叫增透膜．b．應(yīng)用：有些光學(xué)儀器，比如照相機(jī)的鏡頭呈現(xiàn)淡紫色，這是因?yàn)樵谡障鄼C(jī)的鏡頭上涂了一層增透膜，它可以增加透射光，減少反射光．因?yàn)楣鈱W(xué)儀器如果反射光太厲害，而透射光太弱，影響儀器的成像質(zhì)量．利用薄膜干涉的原理，如果一束光在前后兩個表面的反射光干涉的結(jié)果是相互減弱的，則勢必會增加透射光．一般人眼對綠光比較敏感，所以我們要減少綠光的反射，而不同顏色光的波長不同，所以紅色、紫色部分不能完全減弱，鏡頭呈淡紫色．增透膜的厚度為光在介質(zhì)中波長的1/4.一、干涉條件及干涉圖樣分析關(guān)于光的干涉，下列說法中正確的是()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，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個明條紋間距將變寬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【導(dǎo)析】從光波干涉條件及干涉圖樣分析判斷【解析】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相等的，A錯誤；入射光的波長越長，相鄰兩個明條紋間距越大，因此，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個明條紋間距將變窄，故B錯誤．兩列波產(chǎn)生干涉時，頻率必須相同，故C正確，D錯誤．【答案】C本題易誤選A.認(rèn)為相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋間距是不等的，這主要是沒弄清條紋寬度與條紋間距的區(qū)別．條紋間距是相鄰兩明條紋或相鄰兩暗條紋的中心間距，而條紋寬度在離中央明紋較遠(yuǎn)處，是有所不同的.1．從兩只相同的手電筒射出的光，當(dāng)它們在某一區(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是因?yàn)?)A．手電筒射出的光不是單色光B．干涉圖樣太細(xì)小看不清楚C．周圍環(huán)境的光太強(qiáng)D．這兩束光為非相干光源【解析】兩束光的頻率不同，不滿足干涉產(chǎn)生的條件：兩束光是非相干光源．【答案】D二、明、暗條紋的判斷在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上P點(diǎn)到雙縫S1、S2的距離之差ΔS1＝μm，光屏上Q點(diǎn)到雙縫S1、S2的距離之差ΔS2＝μm，如果用頻率為×1014Hz的黃光照射雙縫，則()A．P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋，Q點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋B．Q點(diǎn)出現(xiàn)明條紋，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋C．兩點(diǎn)均出現(xiàn)明條紋D．兩點(diǎn)均出現(xiàn)暗條紋【導(dǎo)析】依據(jù)光發(fā)生干涉在屏上形成明條紋和暗條紋的條件進(jìn)行分析和判斷．【解析】由c＝λf知黃光的波長為λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,6×1014)m＝μm到P點(diǎn)的光程差與黃光的半波長相比為：eq\f(ΔS1,\f(λ,2))＝eq\f,\f,2))＝3即為半波長的奇數(shù)倍，所以P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋．到Q點(diǎn)的光程差與黃光的半波長相比為：eq\f(ΔS2,\f(λ,2))＝eq\f,\f,2))＝6即為半波長的偶數(shù)倍，所以Q點(diǎn)出現(xiàn)明條紋．【答案】B判斷屏上某點(diǎn)是明條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩光源(雙縫)的路程差與波長的關(guān)系．同時，還要記住這一結(jié)論成立的條件是：兩個光源為相干光源.2．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μm，若分別用頻率為f1＝×1014Hz和f2＝×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，試分析判斷P點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)明條紋還是暗條紋？分別為第幾條明紋或暗紋？【解析】如圖所示，雙縫S1、S2到光屏上任一點(diǎn)P的路程之差Δr＝S2S2′，當(dāng)Δr等于單色光波長的整數(shù)倍時，由S1和S2發(fā)出的光在P點(diǎn)互相加強(qiáng)，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋；當(dāng)Δr等于單色光半個波長的奇數(shù)倍的，這樣由S1和S2發(fā)生的光在P點(diǎn)互相抵消，出現(xiàn)暗條紋．單色光f1的波長λ1＝eq\f(c,f1)＝eq\f(3×108,×1014)m＝×10－6m＝μm，單色光f2的波長λ2＝eq\f(c,f2)＝eq\f(3×108,×1014)m＝×10－6m＝μm.即Δr＝λ1，Δr＝eq\f(3,2)λ2.可見，用單色光f1照射時，P處應(yīng)出現(xiàn)明條紋，且為第一條明紋；用單色光f2照射時，P處應(yīng)出現(xiàn)暗條紋，且為第二條暗紋．【答案】見解析三、薄膜干涉及其應(yīng)用劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖4－4－7(a)所示：將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩塊玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜．當(dāng)光垂直入射后，從上向下看的干涉條紋，如圖4－4－7(b)所示．有如下特點(diǎn)：①任意一條明紋或暗紋所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定．圖4－4－7現(xiàn)若將圖4－4－7(a)所示的裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣膜后，從上向下觀察到的干涉條紋()A．變疏 B．變密C．不變 D．消失【導(dǎo)析】抓住題中相鄰明條紋(暗條紋)所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定分析、推理．【解析】在薄膜干涉中，任意一條明條紋或暗條紋所在位置下的薄膜的厚度相等，并且任意兩條相鄰的明條紋或暗條紋下薄膜的厚度差Δh恒定，如圖所示，圖中A1、A2、A3、A4、A5是連續(xù)分布的5條明條紋，由此可知，相鄰兩條明條紋(或暗條紋)間的距離d，跟劈尖的張角α及相鄰明條紋對應(yīng)的薄膜厚度差Δh，滿足以下關(guān)系：d＝eq\f(Δh,sinα)當(dāng)將圖(a)中的紙片抽去一張后，空氣膜張角α減小其sinα相應(yīng)減小，而此時Δh仍不變，所以相鄰明(或暗)條紋間的距離d增大，即條紋變疏，綜合以上分析可知，本題正確選項(xiàng)只有A.【答案】A1．如圖4－4－8所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若把單縫S從雙縫S1、S2的中心對稱軸位置稍微向上移動一些，則()圖4－4－8A．不再產(chǎn)生干涉條紋B．仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央明紋的位置不變C．仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央明紋的位置略上移D．仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央明紋的位置下移【解析】S稍向上移動，則S、S1的間距稍減小，S、S2的間距稍增大，從S發(fā)出的光到達(dá)S2稍滯后一些，則由S發(fā)出的光經(jīng)S1、S2后到達(dá)光屏上光程差為零的點(diǎn)必在P點(diǎn)的下方．答案為D.【答案】D2．兩個普通白熾燈發(fā)出的光相遇