2019高考物理一輪優(yōu)級(jí)（備講練）全國經(jīng)典版講義第16章第2講光的波動(dòng)性

第2講光的波動(dòng)性板塊一主干梳理·夯實(shí)基礎(chǔ)【知識(shí)點(diǎn)1】光的干涉Ⅰ1．條件和方法(1)兩列光的頻率相同，相位差恒定，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。(2)將同一列光分為兩列光，可以獲得相干光源。雙縫干涉和薄膜干涉都是用此種方法獲得相干光源。2．雙縫干涉(1)原理如圖所示。(2)明、暗條紋的條件①單色光a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)光屏上出現(xiàn)明條紋。b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)光屏上出現(xiàn)暗條紋。②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋。(3)條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ。3．薄膜干涉(1)原理：薄膜厚度上薄下厚，入射光在薄膜的同一位置的來自前后兩個(gè)面的反射光路程差不同，疊加后出現(xiàn)明暗相間的條紋。(2)應(yīng)用①增透膜。②利用光的干涉檢查工件平整度。(3)圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條明(或暗)紋對(duì)應(yīng)薄膜的厚度相等?！局R(shí)點(diǎn)2】光的衍射Ⅰ1．發(fā)生明顯衍射的條件只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。2．衍射條紋的特點(diǎn)(1)單縫衍射：單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋。(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)。(3)泊松亮斑(圓盤衍射)：當(dāng)光照到不透明的半徑很小的小圓盤上時(shí)，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))?！局R(shí)點(diǎn)3】光的偏振現(xiàn)象Ⅰ1．偏振橫波在垂直于傳播方向的平面上，只沿某一特定的方向的振動(dòng)。2．自然光太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫做自然光。3．偏振光在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光。光的偏振證明光是橫波。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光?！局R(shí)點(diǎn)4】實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測光的波長1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)觀察雙縫干涉圖樣，掌握實(shí)驗(yàn)方法。(2)測定單色光的波長。2．實(shí)驗(yàn)原理相鄰兩條明條紋間距Δx與入射光波長λ，雙縫S1、S2間距d及雙縫與屏的距離l滿足的關(guān)系式為：Δx＝eq\f(l,d)λ。3．實(shí)驗(yàn)器材光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺。4．實(shí)驗(yàn)步驟(1)安裝儀器。①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安裝在光具座上。②接好光源，打開開關(guān)，使白熾燈正常發(fā)光。調(diào)節(jié)各部件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。③安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行。(2)觀察記錄與數(shù)據(jù)處理。①調(diào)單縫與雙縫間距為5～10cm時(shí)，觀察白光的干涉條紋。②在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。③調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻度線對(duì)齊第1條明條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板向一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條明條紋中心對(duì)齊時(shí)，記下手輪上的讀數(shù)a2，則相鄰兩條紋間的距離Δx＝eq\f(|a1－a2|,n－1)。④用刻度尺測量出雙縫到光屏間的距離l，由公式λ＝eq\f(d,l)Δx計(jì)算波長。⑤換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，測量相應(yīng)色光的波長。5．注意事項(xiàng)(1)注意調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。(2)放置單縫和雙縫時(shí)，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。(3)調(diào)節(jié)測量頭時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻度線和條紋的中心對(duì)齊，記錄此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對(duì)齊，記下這時(shí)手輪的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩個(gè)條紋間的距離。(4)不要直接測量相鄰兩條紋的間距Δx，測量間隔若干個(gè)條紋的間距，計(jì)算得到相鄰兩條紋的平均間距Δx，這樣可以減小誤差。(5)觀察白光的干涉，看到的是彩色條紋，中央為白色亮條紋。板塊二考點(diǎn)細(xì)研·悟法培優(yōu)考點(diǎn)1光的干涉、衍射[對(duì)比分析]1．單縫衍射與雙縫干涉的比較2．干涉與衍射的本質(zhì)光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理。在衍射現(xiàn)象中，可以認(rèn)為從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，它們?cè)谄辽席B加形成單縫衍射條紋。例1(多選)如圖所示，甲、乙為單色光通過狹縫后形成的明暗相間的兩種條紋圖樣。下列選項(xiàng)中說法正確的是()A．甲為單縫衍射的圖樣B．乙為雙縫干涉的圖樣C．甲為雙縫干涉的圖樣D．乙為單縫衍射的圖樣(1)從條紋的寬度和間距上如何區(qū)別雙縫干涉和單縫衍射？提示：雙縫干涉：條紋寬度相等，相鄰條紋間距也相等。單縫衍射：條紋寬度不等，中央最寬，相鄰條紋間距也不等。(2)干涉條紋和衍射條紋的寬度與波長有何關(guān)系？提示：波長越長，產(chǎn)生的干涉條紋和衍射條紋越寬。嘗試解答選AB。干涉條紋的特點(diǎn)是條紋寬度相等，且相鄰條紋等間距，故乙圖為干涉條紋，B正確。衍射條紋的特點(diǎn)是條紋寬度不等，中央最寬且各相鄰條紋間距不等，故甲圖為衍射條紋，A正確，C、D都錯(cuò)誤?？偨Y(jié)升華區(qū)分光的干涉和衍射(1)白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但其光學(xué)本質(zhì)不同。(2)區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中可以從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分。eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])(多選)下列說法正確的是()A．用光導(dǎo)纖維束傳輸圖象和信息，這是利用了光的全反射原理B．紫外線比紅外線更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象C．其他條件相同，經(jīng)過同一雙縫所得干涉條紋，紅光比綠光的條紋寬度大D．光的色散現(xiàn)象都是由于光的干涉現(xiàn)象引起的E．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波答案ACE解析光導(dǎo)纖維傳輸圖象和信息，這是利用了光的全反射原理，A正確。紫外線比紅外線的波長更短，更不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯(cuò)誤。其他條件相同，經(jīng)同一雙縫所得的干涉條紋，波長越長條紋越寬，紅光的波長比綠光的波長長，因此紅光比綠光的條紋寬度大，C正確。折射、衍射、干涉都可以引起光的色散現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。偏振是橫波所特有的，光的偏振說明光是一種橫波，E正確?？键c(diǎn)2光的雙縫干涉[深化理解]1．雙縫干涉形成的條紋是等間距的，兩相鄰明條紋或兩相鄰暗條紋間距離與波長成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λ。2．用白光照射雙縫時(shí)，形成的干涉條紋的特點(diǎn)：中央為白色條紋，兩側(cè)為彩色條紋。例2如圖所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點(diǎn)，已知P點(diǎn)與S1、S2的距離之差為2.1×10－6m，已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中的波長為4×10－7m，B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí)，臨界角為37°，分別用A、B兩種單色光在空氣中用此裝置做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，問P點(diǎn)是明條紋還是暗條紋？若用A光照射時(shí)，把其中一條縫遮住，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。(1)如何判定P點(diǎn)是明條紋還是暗條紋？提示：光程差是半波長的奇數(shù)倍時(shí)是暗條紋，是偶數(shù)倍時(shí)是明條紋。(2)如何判定是干涉還是衍射？提示：雙縫是干涉，單縫是衍射。嘗試解答暗條紋__明條紋__仍出現(xiàn)明暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，兩側(cè)明條紋逐漸變窄、變暗，相鄰兩條明條紋或暗條紋間距逐漸減小。設(shè)A光在空氣中波長為λ1，在介質(zhì)中波長為λ2，由n＝eq\f(c,v)得，n＝eq\f(λ1,λ2)，則λ1＝nλ2＝6×10－7m。又光的路程差δ＝2.1×10－6m，N1＝eq\f(δ,λ1)＝3.5，即從S1和S2到P點(diǎn)的光的路程差δ是波長λ1的3.5倍，所以P點(diǎn)為暗條紋。用B光作光源，根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinC＝eq\f(1,n)，得n′＝eq\f(1,sin37°)＝eq\f(5,3)，由此可知，B光在空氣中的波長λ2＝n′λ介＝5.25×10－7m，N2＝eq\f(δ,λ2)＝4，P點(diǎn)為明條紋。若用A光照射時(shí)，把其中一條縫遮住，光屏上仍出現(xiàn)明暗相間的條紋，但中央條紋最寬、最亮，兩側(cè)條紋逐漸變窄、變暗，相鄰兩條明條紋或暗條紋間距逐漸減小?？偨Y(jié)升華雙縫干涉中明暗條紋的分析步驟和應(yīng)注意的問題(1)一般解題步驟①由題設(shè)情況依λ真＝nλ介，求得光在真空(或空氣)中的波長。②由屏上出現(xiàn)明暗條紋的條件判斷光屏上出現(xiàn)的是明條紋還是暗條紋。③根據(jù)明條紋的判斷式Δx＝kλ(k＝0,1,2，…)或暗條紋的判斷式Δx＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)判斷出k的取值，從而判斷條紋數(shù)。(2)應(yīng)注意的問題①λ真＝nλ介可以根據(jù)c＝λ真ν，v＝λ介ν，n＝eq\f(c,v)三個(gè)式子推導(dǎo)得到。②兩列光發(fā)生干涉的條件是兩列光的頻率相同，振動(dòng)方向相同，相位差恒定。③相干光的獲得方法。a．將一束光分成兩束而獲得，此法稱為分光法。b．利用激光。eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])[2018·嘉峪關(guān)校級(jí)模擬]用氦氖激光器進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，已知使用的雙縫間距離d＝0.1mm，雙縫到屏的距離l＝6.0m，測得屏上干涉條紋中明紋的間距是3.8cm，則氦氖激光器發(fā)出的紅光的波長λ是多少？假如把整個(gè)裝置放入折射率是eq\f(4,3)的水中，這時(shí)屏上的明條紋間距是多少？答案6.3×10－7m2.85×10－2m解析根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ，解得紅光的波長為：λ＝eq\f(d,l)Δx＝eq\f(0.1×10－3,6)×3.8×10－2m≈6.3×10－7m。紅光在水中的波長：λ′＝eq\f(v,ν)＝eq\f(c,nν)＝eq\f(λ,n)所以Δx′＝eq\f(l,d)λ′＝eq\f(Δx,n)＝2.85×10－2m故這時(shí)屏上的明條紋間距是2.85×10－2m?？键c(diǎn)3薄膜干涉現(xiàn)象[深化理解]1．如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。2．光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射出來，相互疊加，發(fā)生干涉。3．原理分析(1)單色光①在P1、P2處，兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差Δx等于波長的整數(shù)倍，Δx＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋。②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δx等于半波長的奇數(shù)倍，Δx＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(2)白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋。4．薄膜干涉的應(yīng)用干涉法檢查平面平整度，如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，我們會(huì)觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若干涉條紋發(fā)生彎曲，則被檢平面不平整。例3(多選)把一平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖所示。這時(shí)可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法中正確的是()A．干涉條紋是光在空氣劈尖膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B．干涉條紋中的暗條紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng)D．觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè)(1)薄膜干涉的相干光源是什么？提示：薄膜前后表面的反射光。(2)觀察薄膜干涉的條紋時(shí)應(yīng)在膜的哪側(cè)？提示：在入射光的同側(cè)觀看。嘗試解答選AC。根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，題述現(xiàn)象是由空氣劈尖膜前后表面反射的兩列光疊加而成，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，形成明條紋，所以A正確，B錯(cuò)誤。條紋的位置與空氣劈尖膜的厚度對(duì)應(yīng)，當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí)，同一厚度的空氣劈尖膜向劈尖移動(dòng)，故條紋向著劈尖移動(dòng)，C正確。因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時(shí)，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，D錯(cuò)誤?？偨Y(jié)升華薄膜干涉現(xiàn)象的應(yīng)用增透膜：增透膜的厚度為透射光在薄膜中波長的四分之一，使薄膜前后兩面的反射光的路程差為波長的一半，故反射光疊加后減弱，透射光的強(qiáng)度增強(qiáng)。用干涉法檢查平面：如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是平整的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下，則對(duì)應(yīng)明紋(或暗紋)提前出現(xiàn)，如圖乙所示；如果某處凸起來，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖丙所示。(注：“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指如圖甲所示由左向右的順序位置上。)eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖(a)是點(diǎn)燃的酒精燈，在燈芯上撒一些食鹽，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是()A．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°D．干涉條紋保持原來狀態(tài)不變答案D解析附著在金屬絲圈上的肥皂液薄膜由于受重力作用而上薄下厚，形成劈形膜。無論在豎直平面內(nèi)怎樣旋轉(zhuǎn)金屬絲圈，這種劈形膜的厚度變化都和最初一樣，故干涉條紋保持原來的狀態(tài)不變，D正確。考點(diǎn)4光的偏振[深化理解]1．偏振光的產(chǎn)生方式(1)自然光通過起偏器時(shí)產(chǎn)生偏振光。通過兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器。第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器。(2)自然光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光的夾角恰好是90°，則反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。2．偏振光的理論意義及應(yīng)用(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象說明了光是波，但不能確定光是橫波還是縱波，光的偏振現(xiàn)象說明了光是橫波。(2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭前裝偏振片消除反光，放映和觀看立體電影，電子表的液晶顯示等。例4[2018·河南商丘模擬](多選)一段時(shí)間以來，“假奶粉事件”鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)重要的指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測量與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，就能確定被測樣品的含糖量。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法正確的是()A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α(1)放入被測樣品前，轉(zhuǎn)動(dòng)B使到達(dá)O處光最強(qiáng)，放入被測樣品后，光的強(qiáng)度如何變化。提示：到達(dá)O處的光強(qiáng)會(huì)減弱。(2)什么情況下O處光強(qiáng)度最強(qiáng)？提示：當(dāng)A和B透振方向一致時(shí)，O處光強(qiáng)度最強(qiáng)。嘗試解答選ACD。因?yàn)锳、B的透振方向一致，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過偏振片A后變成偏振光，通過偏振片B后到達(dá)O處。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時(shí)，由于糖溶液的旋光作用，使通過A的偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度，使通過B到達(dá)O的光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱，A正確，B錯(cuò)誤；但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動(dòng)方向一致時(shí)，O處光強(qiáng)又為最強(qiáng)，則B的旋轉(zhuǎn)角度等于糖溶液的旋光度α，C正確；若偏振片B不動(dòng)，而將A旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，則經(jīng)糖溶液旋光后光的振動(dòng)方向恰與B的透振方向一致，即A轉(zhuǎn)過的角度等于α，D正確。eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])(多選)如圖所示，偏振片P的透振方向(用帶有箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中，能在P的另一側(cè)觀察到透射光的是()A．太陽光B．沿豎直方向振動(dòng)的光C．沿水平方向振動(dòng)的光D．沿與豎直方向成45°角振動(dòng)的光答案ABD解析沿豎直方向振動(dòng)的光能透過偏振片P，能在另一側(cè)觀察到透射光，太陽光是自然光，各個(gè)方向振動(dòng)的光都有，因此有豎直方向振動(dòng)的光，A、B正確。沿水平方向振動(dòng)的光與偏振片的透振方向相互垂直，不能透過，C錯(cuò)誤。沿與豎直方向成45°角振動(dòng)的光也能透過偏振片P，但透過的光較少，能在P的另一側(cè)觀察到透射光，D正確?？键c(diǎn)5用雙縫干涉測光的波長[拓展延伸]1．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)條紋間距Δx＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1)))。(2)波長λ＝eq\f(d,l)Δx。(3)計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值。2．測量頭的構(gòu)造及使用(測條紋間距)如圖甲所示，測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板會(huì)向左右移動(dòng)，測量時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻度對(duì)齊條紋的中心，如圖乙，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離。實(shí)際測量時(shí)，要測出n個(gè)明條紋(暗紋)的間距，設(shè)為a，那么Δx＝eq\f(a,n－1)。3．誤差分析(1)測量雙縫到屏的距離l存在的誤差。(2)測條紋間距Δx帶來的誤差①干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度。②誤認(rèn)為Δx為相鄰兩個(gè)明(暗)條紋的間距。③分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。④測量多條明條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條紋數(shù)未數(shù)正確。例5現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。(1)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟有：①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；③用米尺測量雙縫到屏的距離；④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離。在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意__________________________和____________________________。(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示，然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)如圖乙所示的手輪上的示數(shù)為________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為________mm。(3)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計(jì)算式λ＝__________，求得所測紅光波長為__________nm。(1)怎樣測得相鄰兩條亮條紋的間距？提示：Δx＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1)))。(2)怎樣測得單色光的波長？提示：λ＝eq\f(d,l)Δx。嘗試解答(1)單縫與雙縫的間距為5～10cm使單縫與雙縫相互平行(2)13.8702.310(3)eq\f(d,l)Δx6.6×102。(1)單縫與雙縫的間距為5～10cm，使單縫與雙縫相互平行。(2)圖甲的讀數(shù)為2.320mm，圖乙的讀數(shù)為13.870mm，Δx＝eq\f(13.870－2.320,6－1)mm＝2.310mm。(3)由Δx＝eq\f(l,d)λ可得λ＝eq\f(d,l)Δx則λ＝eq\f(2.0×10－4,0.700)×2.310×106nm＝6.6×102nm?？偨Y(jié)升華“用雙縫干涉測光的波長”問題的解決方法(1)明確雙縫干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ中各物理量的意義，其中Δx是相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距，d是雙縫之間的距離，l是雙縫到屏的距離，λ為光的波長。(2)熟記求解相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋間的距離的公式Δx＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1)))中各物理量的意義。a1是使分劃板的中心刻線對(duì)齊某條亮紋的中央時(shí)記下的手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮紋，a2是轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一條亮紋的中央時(shí)記下的手輪上的讀數(shù)，并將該條紋記為第n條亮紋。(3)若將裝置放入水中，必須根據(jù)介質(zhì)中的波長λ介、真空中的波長λ真與介質(zhì)的折射率n間的關(guān)系λ介＝eq\f(λ真,n)，求出水中的波長，并用水中的波長代替Δx＝eq\f(l,d)λ中的λ。(4)將各物理量統(tǒng)一為國際單位制代入求解。eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])用雙縫干涉測光的波長。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，已知單縫與雙縫間的距離L1＝100mm，雙縫與屏的距離L2＝700mm，雙縫間距d＝0.25mm。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板左右移動(dòng)，讓分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)亮紋的中心，如圖乙所示，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)另一條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。(1)分劃板的中心刻線分別對(duì)準(zhǔn)第1條和第4條亮紋的中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)如圖丙所示，則對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)x1＝______mm，對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)x2＝______mm。(2)寫出計(jì)算波長λ的表達(dá)式，λ＝________(用符號(hào)表示)，λ＝________nm(保留三位有效數(shù)字)。答案(1)2.190(2.188～2.192均正確)7.870(7.868～7.872均正確)(2)eq\f(dx2－x1,3L2)676解析(1)由題圖丙，對(duì)準(zhǔn)第1條亮紋中央時(shí)讀數(shù)x1＝2mm＋19.0×0.01mm＝2.190mm同理，對(duì)準(zhǔn)第4條亮紋中央時(shí)讀數(shù)x2＝7.870mm(2)Δx＝eq\f(x2－x1,3)由Δx＝eq\f(L2,d)λ可得λ＝eq\f(dx2－x1,3L2)代入數(shù)據(jù)得λ≈676nm。板塊三限時(shí)規(guī)范特訓(xùn)時(shí)間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共10小題，每小題6分，共60分。其中1～6為單選，7～10為多選)1．如圖所示的四個(gè)圖形中，屬于著名的泊松亮斑的衍射圖樣的是()答案B解析泊松亮斑的圖樣特點(diǎn)為中心是一個(gè)亮點(diǎn)，亮點(diǎn)周圍有一個(gè)大的陰影區(qū)，然后才是明暗相間的條紋。2．下列關(guān)于光學(xué)現(xiàn)象的說法中正確的是()A．用光導(dǎo)纖維束傳送圖象信息，這是光的衍射的應(yīng)用B．太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的干涉的結(jié)果C．在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時(shí)的景物，可使景像更清晰D．透過平行于日光燈的窄縫觀察正常發(fā)光的日光燈時(shí)能看到彩色條紋，這是光的色散現(xiàn)象答案C解析用光導(dǎo)纖維束傳送圖象信息，這是光的全反射的應(yīng)用，A錯(cuò)誤；太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的色散現(xiàn)象，是光的折射的結(jié)果，B錯(cuò)誤；在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時(shí)的景物，可減弱反射光，從而使景像更清晰，C正確；透過平行于日光燈的窄縫觀察正常發(fā)光的日光燈時(shí)能看到彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。3．如圖所示為光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，下列說法正確的是()A．若P點(diǎn)是亮條紋，說明該處是光的加強(qiáng)區(qū)域，P點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍B．照射單縫S的單色光的頻率越大，光屏上出現(xiàn)的條紋間距越大C．若將單縫S去掉，再將S1縫封住僅留下S2，則白光通過S2光屏上會(huì)出現(xiàn)彩色條紋，但不是干涉條紋D．撤去雙縫同時(shí)逐漸增大單縫寬度，光屏上一直出現(xiàn)明暗條紋答案C解析若P點(diǎn)是亮條紋，說明該處是光的加強(qiáng)區(qū)域，P點(diǎn)到雙縫的路程差為波長的整數(shù)倍，A錯(cuò)誤；照射單縫S的單色光的頻率越大，波長越短，光屏上出現(xiàn)的條紋間距越小，B錯(cuò)誤；若將單縫S去掉，再將S1縫封住僅留下S2，則白光通過S2光屏上會(huì)出現(xiàn)單縫衍射的彩色條紋，C正確；撤去雙縫同時(shí)逐漸增大單縫寬度，光屏上將先出現(xiàn)衍射條紋后出現(xiàn)亮區(qū)，D錯(cuò)誤。4．劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜，當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點(diǎn)：(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰亮條紋和暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋()A．變疏B．變密C．不變D．消失答案A解析如圖所示，若抽去一張紙片，則三角截面空氣層的傾角變小，由于形成亮條紋(或暗條紋)的兩束光間的路程差恒定，當(dāng)傾角變小后形成該路程差的水平距離變大，因此干涉條紋變疏，A正確。5．如圖所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，使用波長為600nm的橙色光照射時(shí)，在光屏上的P0點(diǎn)和P0點(diǎn)上方的P1點(diǎn)恰好形成兩個(gè)相鄰的亮條紋，若用波長為400nm的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，則P0點(diǎn)和P1點(diǎn)形成的亮暗條紋情況是()A．P0點(diǎn)和P1點(diǎn)都是亮條紋B．P0點(diǎn)是亮條紋，P1點(diǎn)是暗條紋C．P0點(diǎn)是暗條紋，P1點(diǎn)是亮條紋D．P0點(diǎn)和P1點(diǎn)都是暗條紋答案B解析不管使用什么顏色的單色光做實(shí)驗(yàn)，光屏中間P0點(diǎn)始終是亮條紋，據(jù)此可先排除選項(xiàng)C、D；根據(jù)題意，P1點(diǎn)到兩雙縫的光程差為600nm，其大小是紫光波長的1.5倍，所以若用波長為400nm的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，P1點(diǎn)是暗條紋，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確。6．激光散斑測速是一種嶄新的測速技術(shù)，它應(yīng)用了光的干涉原理。用二次曝光照相所獲得的“散斑對(duì)”相當(dāng)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫，待測物體的速度v與二次曝光時(shí)間間隔Δt的乘積等于雙縫間距。實(shí)驗(yàn)中可測得二次曝光時(shí)間間隔Δt、雙縫到屏的距離L以及相鄰兩條紋間距Δx。如所用激光波長為λ，則該實(shí)驗(yàn)確定物體運(yùn)動(dòng)速度的表達(dá)式是()A．v＝eq\f(λΔx,LΔt)B．v＝eq\f(Lλ,ΔxΔt)C．v＝eq\f(LΔx,xΔt)D．v＝eq\f(LΔt,λΔx)答案B解析雙縫干涉中，兩條相鄰明條紋之間的距離大小Δx與雙縫之間距離d，雙縫到屏的距離L及光的波長λ有關(guān)，即Δx＝eq\f(L,d)λ，依題意d＝vΔt，則v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(Lλ,ΔxΔt)，故選項(xiàng)B正確。7．關(guān)于光的偏振現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A．偏振光沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同B．自然光在水面反射時(shí)，反射光和折射光都是一定程度的偏振光C．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波D．照相機(jī)鏡頭表面加濾光片是光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用答案BD解析偏振光只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)，沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度不相同，A錯(cuò)誤；自然光在水面反射時(shí)，反射光和折射光都是一定程度的偏振光，B正確；光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，C錯(cuò)誤；照相機(jī)鏡頭表面所加濾光片為偏振濾光片，可以減弱所拍攝物體表面的反射光，D正確。8．2015年8月29日，由中華人民共和國第十二屆全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十六次會(huì)議修訂通過了《中華人民共和國大氣污染防治法》，以改善人們的生活環(huán)境。其中霧霾天氣嚴(yán)重影響人們的身體健康，發(fā)生霧霾天氣時(shí)能見度只有幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種情況下()A．只有波長較短的一部分光才能到達(dá)地面B．只有波長較長的一部分光才能到達(dá)地面C．只有頻率較大的一部分光才能到達(dá)地面D．只有頻率較小的一部分光才能到達(dá)地面答案BD解析根據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件，發(fā)生霧霾天氣時(shí)，只有波長較長、頻率較小的一部分光才能發(fā)生衍射繞過空氣中的顆粒物到達(dá)地面，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B、D正確。9．如圖所示為用a、b兩種單色光分別通過同一雙縫干涉裝置獲得的干涉圖樣?，F(xiàn)讓a、b兩種光組成的復(fù)色光穿過平行玻璃磚或三棱鏡時(shí)，光的傳播路徑與方向可能正確的是()答案AD解析由題圖可知，a光兩個(gè)相鄰的條紋間距大于b光的，根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ可知，a光的波長大于b光的波長，a光的頻率小于b光的頻率，則a光的折射率小于b光的折射率；a光的臨界角大于b光的臨界角；穿過平行玻璃磚時(shí)，出射光應(yīng)該和入射光平行；b光的折射率大，偏折程度大，A正確，B錯(cuò)誤；如圖所示，穿過三棱鏡時(shí)，首先發(fā)生全反射的應(yīng)該是b光，所以C錯(cuò)誤，D正確。10．下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法不正確的是()A．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紫光改為紅光，則條紋間距一定變大B．以相同入射角從水中射向空氣，若紫光能發(fā)生全反射，則紅光也一定能發(fā)生全反射C．照相機(jī)鏡頭涂有增透膜，是利用光的衍射D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度答案BCD解析在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)條紋間距表達(dá)式Δx＝eq\f(l,d)λ，若僅將入射光由紫光改為紅光，因?yàn)榧t光的波長大于紫光，則條紋間距一定變大，A正確；因?yàn)樽瞎獾恼凵渎蚀笥诩t光，根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)，則紫光的臨界角小于紅光，故以相同入射角從水中射向空氣，若紫光能發(fā)生全反射，則紅光不一定能發(fā)生全反射，B錯(cuò)誤；照相機(jī)鏡頭涂有增透膜，是利用光的干涉，C錯(cuò)誤；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片使來自玻璃表面的反射光減弱，但不能增加透射光的強(qiáng)度，D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題共3小題，共40分)11．(12分)在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中：(1)將激光束照在如圖甲所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖乙中的________。(2)換用間距更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋間距將________；保持雙縫間距不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋間距將________。(以上均選填“變大”“變小”或“不變”)答案(1)A(2)變大變小解析(1)雙縫干涉圖樣是平行且等間距的明暗相間的條紋，A圖正確。(2)根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ知，雙縫間的距離d減小時(shí)，條紋間距變大，當(dāng)雙縫到屏的距離l減小時(shí)，條紋間距變小。12．(16分)(1)肥皂泡在太陽光照射下呈