第十四章　光學(xué)章末教考銜接教師用

薄膜干涉現(xiàn)象中的STSE問題【真題1】（2021·浙江6月選考16題）肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是（）A.過肥皂膜最高和最低點(diǎn)的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C.肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會(huì)發(fā)生變化D.將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°，條紋也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)90°解析：AB肥皂膜因?yàn)樽灾貢?huì)上面薄而下面厚，因表面張力的原因其截面應(yīng)是一個(gè)圓滑的曲面而不是梯形，A正確；肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋，B正確；形成條紋的原因是前后表面的反射光疊加出現(xiàn)了振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)，從形成到破裂的過程上面越來越薄，下面越來越厚，因此出現(xiàn)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置發(fā)生了變化，條紋寬度和間距發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°，由于重力、表面張力和粘滯力等作用，肥皂膜的形狀和厚度會(huì)重新分布，因此并不會(huì)跟著旋轉(zhuǎn)90°，D錯(cuò)誤。【真題2】（2023·山東高考5題）如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，C為待測柱形樣品，C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會(huì)形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，下列說法正確的是（）A.劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動(dòng)B.劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動(dòng)C.劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動(dòng)D.劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動(dòng)解析：A當(dāng)溫度升高時(shí)，由于C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，所以標(biāo)準(zhǔn)平面石英板被G頂起，劈形空氣層的厚度變大，B、D錯(cuò)誤；經(jīng)待測柱形樣品上表面反射后透過石英板的光線與直接經(jīng)石英板下表面反射的光線的路程差變大，根據(jù)條紋位置與干涉光線的路程差相對應(yīng)，相同路程差的干涉光向劈尖移動(dòng)，則條紋向劈尖移動(dòng)，即條紋向左移動(dòng)，A正確，C錯(cuò)誤。【真題3】（2021·江蘇高考6題）鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時(shí)，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，由此推測肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀應(yīng)當(dāng)是（）解析：C薄膜干涉為前后兩個(gè)面反射回來的光發(fā)生干涉形成干涉條紋，當(dāng)入射光為復(fù)色光時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋。由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大。干涉條紋上疏下密，是表面張力使得肥皂膜向內(nèi)凹陷導(dǎo)致的，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。1.人教版選擇性必修第一冊P98【做一做】用肥皂膜做薄膜干涉實(shí)驗(yàn)在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜。把這層液膜當(dāng)作一個(gè)平面鏡，用它觀察燈焰的像。2.魯科版選擇性必修第一冊P131【迷你實(shí)驗(yàn)室】肥皂液膜上的干涉在酒精燈燈芯上撒一些食鹽，燈焰能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂液中蘸一下，使鐵絲圈掛上一層薄薄的液膜，用酒精燈的黃光照射液膜，液膜反射的光能使我們看到燈焰的像（如圖所示）。銜接分析：人教版必修選擇性第一冊P98【做一做】欄目、魯科版選擇性必修第一冊P131【迷你實(shí)驗(yàn)室】，都介紹了用肥皂膜做薄膜干涉實(shí)驗(yàn)的原理及現(xiàn)象。近幾年的新高考也常以薄膜干涉實(shí)驗(yàn)為情境，利用其實(shí)驗(yàn)原理、現(xiàn)象及有關(guān)遷移知識進(jìn)行命題，成為新高考的一個(gè)考查熱點(diǎn)，例如：（1）（2021·浙江6月選考16題）以肥皂膜的干涉條紋為情境，考查了肥皂膜的干涉條紋的成因分析及動(dòng)態(tài)變化分析問題。（2）（2023·山東高考5題）以某種干涉熱膨脹儀原理圖為情境，考查了劈形空氣層的薄膜干涉條紋的特點(diǎn)及動(dòng)態(tài)變化分析問題。（3）（2021·江蘇高考6題）以鐵絲圈上附有肥皂膜的彩色條紋上疏下密為情境，考查了推測肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀的問題。2801.在薄膜干涉實(shí)驗(yàn)中，鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置，形成如圖所示的肥皂膜側(cè)視圖，用黃色光從左側(cè)照射薄膜，會(huì)觀察到明暗相間的干涉條紋，則下列結(jié)論錯(cuò)誤的是（）A.實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該從薄膜右側(cè)觀察干涉圖樣B.干涉條紋的分布上疏下密C.任意兩相鄰亮條紋處對應(yīng)的薄膜厚度之差不變D.若換用紅光照射，則條紋間距將變大解析：A薄膜干涉是前后兩個(gè)面的反射光疊加產(chǎn)生的，應(yīng)該從入射光的同側(cè)觀察，故A錯(cuò)誤；由于薄膜不是均勻增厚的，從上到下薄膜增厚的越來越快，所以明暗相間的條紋不是等間距的，而是上疏下密，故B正確；任意相鄰亮條紋處對應(yīng)的薄膜厚度之差是半倍的波長，其厚度之差不變，故C正確；光波的干涉條紋間距公式為Δx＝ldλ，如果換成紅光照射，則波長變長，相鄰條紋間距變大，故D2.皂泡在陽光下呈現(xiàn)斑斕色彩，下列說法中正確的是（）A.肥皂泡的斑斕色彩是由于光的色散形成的B.肥皂膜厚度的改變會(huì)導(dǎo)致彩色花紋的改變C.肥皂泡表面水分子間的作用力表現(xiàn)為斥力D.肥皂泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)等于外部大氣的壓強(qiáng)解析：B肥皂泡的斑斕色彩是由于光的干涉形成的，故A錯(cuò)誤；隨著肥皂膜厚度越來越薄，發(fā)生干涉的光的波長也越來越短，會(huì)導(dǎo)致彩色花紋的改變，故B正確；肥皂泡表面水分子間的作用力表現(xiàn)為引力，故C錯(cuò)誤；由于液體的表面張力作用，肥皂泡有收縮的趨勢，所以內(nèi)部壓強(qiáng)要大于外部壓強(qiáng)，故D錯(cuò)誤。3.如圖是藍(lán)色大閃蝶，在陽光下可以看到其翅膀燦爛閃爍。藍(lán)色大閃蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，這些翅脊有一串類似臺(tái)階的結(jié)構(gòu)。光照射翅脊上“臺(tái)階結(jié)構(gòu)”的典型光路如圖所示，則（）A.翅膀燦爛閃爍是光的干涉現(xiàn)象B.翅膀燦爛閃爍是光的色散現(xiàn)象C.翅膀燦爛閃爍是光的全反射現(xiàn)象D.光在空氣中的波長約是在翅脊中波長的2解析：A翅膀燦爛閃爍是光的薄膜干涉現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確，B、C錯(cuò)誤；λ空氣λ翅脊＝v空氣Tv翅脊T＝c4.在戶外的時(shí)候要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時(shí)間被紫外線照射。有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡。如果所要消除的紫外線的頻率為9.0×1014Hz，他選用的薄膜材料對紫外線的折射率為53，那么這種“增反膜”的最小厚度為（A.5.0×10－8m B.8.3×10－8mC.1.0×10－7m D.1.7×10－7m解析：C光程差2d＝nλ（n＝1，2，3，…）而波長λ＝cn·1f＝2×10－膜的厚度至少是膜中波長的12，即為1.0×10－7m。故選C5.利用薄膜干涉可以測量圓柱形金屬絲的直徑。已知待測金屬絲與標(biāo)準(zhǔn)圓柱形金屬絲的直徑相差很?。s為微米量級），實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，T1和T2是具有標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶，A0為標(biāo)準(zhǔn)金屬絲，直徑為D0；A為待測金屬絲，直徑為D；兩者中心間距為L。實(shí)驗(yàn)中用波長為λ的單色光垂直照射平晶表面，觀察到的干涉條紋如圖乙所示，測得相鄰明條紋的間距為ΔL。則