（課改地區(qū)專用）2018-2019學年高考物理總復習 專題一 光及其應用 1.3 光的干涉學案 新人教版

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1、1.1.3　光的干涉 學習目標 核心提煉 1.通過實驗觀察認識光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。 2.掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。 3.知道產生干涉條紋的條件。 1個實驗——楊氏雙縫干涉實驗 1個條件——產生干涉條紋的條件 2個概念——光的干涉、相干光源 一、楊氏干涉實驗 1.實驗原理 讓一束單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距很近，狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的。這兩個波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加，發(fā)生干涉現(xiàn)象，擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋。這種現(xiàn)象

2、證明光是一種波。 2.干涉圖樣 (1)若用單色光作光源，則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋。 (2)若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中間條紋是白色的。 思考判斷 (1)兩只相同的手電筒射出的光，當它們在某一區(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣的原因是干涉圖樣太細小看不清楚。(×) (2)雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是產生兩束相干光。(√) (3)只要兩列光波的頻率相同，在同一區(qū)域疊加時就會產生干涉現(xiàn)象。(×) (4)用單色光做雙縫干涉實驗時在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋。(√) 二、決定條紋間距的條件 1.出現(xiàn)亮條紋的條件：如圖所示，屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的

3、整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍。即： |PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0，1，2，3，…) k＝0時，PS1＝PS2，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋。k為亮條紋的級次。 2.出現(xiàn)暗條紋的條件：屏上某點P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)·(k＝1，2，3，…) k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側展開。 思考判斷 (1)屏上某處到兩縫的間距相等，此處為中央亮條紋。(√) (2)屏上某處到兩縫的間距相差半個波長，此處為暗條紋。(√) (3)中央亮條紋處到兩縫的路程差為零，因此不管光

4、的波長為多大，此處總為亮條紋。(√) (4)當雙縫間距一定時，屏幕上的條紋寬度與光的顏色沒有關系。(×) (5)白光做雙縫干涉實驗時，因為不同色光在不同位置加強，故出現(xiàn)彩色條紋。(√) 　雙縫干涉實驗 [要點歸納] 1.雙縫干涉的裝置示意圖 實驗裝置如圖1所示，有光源、單縫、雙縫和光屏。 圖1 (1)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況。也可用激光直接照射雙縫。 (2)雙縫的作用：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。 2.產生干涉的條件：兩列光的頻率相同、相位相同、振動方向相同。實驗中可用“一分為二”的方法獲得兩個相干光源。 [

5、精典示例] [例1] 在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時(　　) A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失 B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在 C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上無任何光亮 解析　分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但仍有光亮，選項C正確。 答案　C 明確兩列光波發(fā)生干

6、涉的條件，知道不同色光的頻率不同，是對此類問題做出正確判斷的關鍵。　　　　　　 [針對訓練1] 一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側還有彩色條紋，其原因是(　　) A.各色光的波長不同，因而各色光分別產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.各色光的強度不同，造成條紋的間距不同 D.各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同 解析　各色光的頻率不同，波長不同，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。選項A正確。 答案　A 　干涉區(qū)域出現(xiàn)亮、暗條紋的條件 [要點歸納] 1.分析雙縫干涉中明暗條紋問題的步

7、驟 (1)由題設情況依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)的是亮條紋還是暗條紋。 (3)根據(jù)亮條紋的判斷式Δr＝kλ(k＝0，1，2…)或暗條紋的判斷式Δr＝(2k＋1)(k＝0，1，2…)，判斷出k的取值，進而判斷是第幾條亮條紋或暗條紋。 [精典示例] [例2] 如圖2所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600 nm 的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點上方的P1點出現(xiàn)第一條亮條紋(即P1到S1、S2的路程差為一個波長)，現(xiàn)換用波長為400 nm 的紫光源照射單縫，則(　　) 圖2 A.P和P

8、1仍為亮條紋 B.P為亮條紋，P1為暗條紋 C.P為暗條紋，P1為亮條紋 D.P、P1均為暗條紋 解析　從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點的路程差為零，因此中央是亮條紋，因此，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點都是中央亮條紋。而分別由S1、S2射出的光到P1點的路程差剛好是橙光的一個波長，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙。當換用波長為400 nm的紫光時，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ紫，則兩列光波到達P1點時振動情況完全相反，即分別由S1、S2射出的光到達P1點時相互削弱，

9、因此，在P1點出現(xiàn)暗條紋.綜上所述，選項B正確。 答案　B 判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差與波長的比值，要記住路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，還要注意這一結論成立的條件是：兩個光源情況完全相同。　　　　　　 [針對訓練2] (多選)線光源a發(fā)出的光波長為480 nm，線光源b發(fā)出的光波長為672 nm，則下列說法正確的是(　　) A.用a做雙縫干涉實驗，屏上與雙縫距離差為s1＝1.68 μm的P處將出現(xiàn)暗紋 B.用b做雙縫干涉實驗，屏上與雙縫距離差為s1＝1.68 μm的P處將出現(xiàn)亮紋 C.用a做雙縫干涉實驗，

10、屏上與雙縫距離差為s2＝1.44 μm的Q處將出現(xiàn)亮紋 D.用b做雙縫干涉實驗，屏上與雙縫距離差為s2＝1.44 μm的Q處將出現(xiàn)亮紋 解析　題中兩光源發(fā)出的光的半波長分別為 λ1＝×480×10－9 m＝2.40×10－7 m， λ2＝×672×10－9 m＝3.36×10－7 m， 因為P、Q處到雙縫的距離差可表示為 s1＝1.68×10－6 m＝7＝5 s2＝1.44×10－6 m＝6 可見，用a，b兩光源做雙縫干涉實驗時，屏上P處到雙縫的距離差都等于半波長的奇數(shù)倍，均為暗紋，故選項A正確，B錯誤；用a做雙縫干涉實驗時，屏上Q處到雙縫的距離差恰等于半波長的偶數(shù)倍，Q處應為

11、亮紋，C正確；用b做雙縫干涉實驗時，屏上Q處到雙縫的距離差不等于半波長的偶數(shù)倍，D錯誤。 答案　AC 1.兩個普通白熾燈發(fā)出的光相遇時，觀察不到干涉條紋，這是因為(　　) A.兩個燈亮度不同 B.燈光的波長太短 C.兩個光源的頻率不穩(wěn)定，是非相干光源 D.周圍環(huán)境的漫反射光太強 解析　一般情況下，兩個不同的光源發(fā)出的光或同一個光源的不同部分發(fā)出的光的頻率不穩(wěn)定，振動情況也往往不同，是非相干光源，故選項C正確。 答案　C 2.如圖3所示是單色光雙縫干涉實驗某一時刻的波形圖，實線表示波峰，虛線表示波谷，在此時刻，介質中A點為波峰相疊加點，B點為波谷相疊加點，A、B連線上的C點

12、為某中間狀態(tài)相疊加點。如果把屏分別放在A、B、C三個位置，那么(　　) 圖3 A.A、B、C三個位置都出現(xiàn)亮條紋 B.B位置出現(xiàn)暗條紋 C.C位置出現(xiàn)亮條紋或暗條紋要由其他條件決定 D.以上結論都不對 解析　在干涉現(xiàn)象中，所謂“振動加強的點”是指兩列波在該點引起的振動方向總是相同的，該點的振幅是兩列波的振幅之和，而不要理解為該點始終處于波峰或波谷，圖示時刻它可以位于平衡位置(如圖中C點)。所謂“振動減弱的點”是指兩列波在該點引起的振動方向總是相反的，該點的振幅是兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，則該點始終在平衡位置.對光波而言，該點是完全暗的。故選項A正確。 答案　A

13、 3.在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6 μm，若分別用頻率為f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點出現(xiàn)亮、暗條紋的情況是(　　) A.用單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)亮條紋 B.用單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋 C.用單色光f1照射時出現(xiàn)亮條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)暗條紋 D.用單色光f1照射時出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)亮條紋 解析　單色光f1的波長：λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm。 單色光f2的波長：λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm。 因P點到雙縫的距離之差

14、Δx＝0.6 μm＝λ1， 所以用單色光f1照射時P點出現(xiàn)亮條紋。 Δx＝0.6 μm＝λ2，所以用單色光f2照射時P點出現(xiàn)暗條紋，故選項C正確。 答案　C 4.在圖4楊氏雙縫干涉實驗中，已知SS1＝SS2，且S1、S2到光屏上P點的路程差d＝1.5×10－6m。當S為λ＝0.6 μm的單色光源時，在P點處將出現(xiàn)________條紋；若將整個裝置放入某種介質中，光源不變，介質的折射率為1.2，則在P點處將出現(xiàn)________條紋。 圖4 解析　若兩相干光源的振動同相，則在離兩相干光源路程之差為光的波長的整數(shù)倍處會出現(xiàn)亮條紋，路程之差為光的半波長的奇數(shù)倍處會出現(xiàn)暗條紋，若兩相干光

15、源的振動反相，則出現(xiàn)亮、暗條紋的情況剛好相反。由于SS1＝SS2，所以S1、S2處的光振動同相。當λ＝0.6 μm時，＝2.5，則P點處兩光振動反相，形成暗條紋；根據(jù)折射定律，當光進入介質時波長λ′＝＝0.5 μm，根據(jù)＝3，則P點處兩光振動相同，形成亮條紋。 答案　暗　亮 基礎過關 1.用兩個紅燈泡照射白墻，在墻上看到的是(　　) A.明暗相間的條紋 B.彩色條紋 C.一片紅光 D.晃動的條紋 解析　兩燈泡不是相干光源，故C正確。 答案　C 2.白光通過雙縫后在屏上產生彩色條紋，若在兩個縫上分別安裝紅色和綠色濾光片，則屏上將出現(xiàn)(　　) A.黃色干涉條紋 B.

16、紅、綠相間的條紋 C.黑、白相間的條紋 D.無干涉條紋 解析　因紅光和綠光不是相干光，故屏上無干涉條紋，D項正確。 答案　D 3.在雙縫干涉實驗中，下列說法正確的是(　　) A.相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的 B.把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩明條紋間距變寬 C.只有頻率相同的兩列光才能發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象 D.頻率不同的兩列光波也能產生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定 解析　在雙縫干涉實驗中，相鄰明、暗條紋的間距是相等的，A錯誤；因λ紅＞λ紫，所以紅光條紋間距較紫光條紋間距寬，則B項錯誤；由光產生干涉的條件知，選項C項正確，D項錯誤。 答案　C 4.某同學自己動手利用如圖

17、1所示器材觀察光的干涉現(xiàn)象，其中，A為單縫屏，B為雙縫屏，C為像屏。當他用一束陽光照射到A上時，屏C上并沒有出現(xiàn)干涉條紋，他移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實驗失敗的原因，最大的可能性是(　　) 圖1 A.單縫S太窄 B.單縫S太寬 C.S到S1與到S2的距離不等 D.陽光不能作為光源 解析　本實驗中，單縫S應非常窄，才可看做“理想線光源”，也才能成功地觀察到干涉現(xiàn)象，移走B屏后，在C上出現(xiàn)一窄亮斑，說明單縫S太寬，故B正確，A錯誤；S到S1和S2距離不等時，也能出現(xiàn)干涉條紋，但中央不一定是亮條紋，C錯誤；太陽光可以作光源，屏上將出現(xiàn)彩色條紋，D錯誤。 答案　B 5.下列關于雙

18、縫干涉實驗的說法中正確的是(　　) A.單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源 B.雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源 C.光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 D.在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生 解析　在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得一個線光源，雙縫的作用是獲得兩個振動情況完全相同的相干光源，故選項A錯誤，B正確；光屏上距兩縫的路程差Δs＝k·時，k為偶數(shù)，出現(xiàn)亮條紋，k為奇數(shù)，出現(xiàn)暗條紋，選項C錯誤；兩列光波只要相遇就會疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會發(fā)生光的干涉，用光屏接收只是為了方便肉眼

19、觀察，故選項D錯誤。 答案　B 6.關于楊氏雙縫干涉實驗，下列說法正確的是(　　) A.單縫的作用是獲得頻率相同的兩相干光源 B.雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源 C.光屏上距兩縫的路程差等于半個波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 D.照射到單縫的單色光的頻率越高，光屏上出現(xiàn)的條紋越寬 解析　單縫的作用是獲得一束細光，故A錯誤；雙縫的作用是將一束光分成兩束完全相同的光，B正確；屏上出現(xiàn)暗條紋處距兩狹縫的路程差等于半個波長的奇數(shù)倍，故C錯誤；單色光的頻率越高，波長越短，相鄰條紋的間距越小，條紋越窄，故D錯誤。 答案　B 7.如圖2所示，用頻率為f的單色光垂直照射雙縫S1、S2，

20、在光屏上的P點出現(xiàn)第3條暗紋(從中央亮條紋算起)。已知光速為c，則P點到雙縫S1、S2的距離之差r1－r2應為(　　) 圖2 A.　　　　　　　　　 B. C. D. 解析　P點出現(xiàn)暗紋，則雙縫到光屏上P點的距離之差是半波長的奇數(shù)倍。光速c＝λf，則光波波長λ＝。第三條暗條紋距離之差為Δr＝r1－r2＝5×＝，故C正確。 答案　C 能力提升 8.(多選)在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是(　　) A.改用紅色激光 B.改用藍色激光 C.減小雙縫間距 D.將屏幕向遠離雙縫的位置移動

21、 E.將光源向遠離雙縫的位置移動 解析　由于相鄰亮條紋間距與照射光的波長、雙縫間距和雙縫距屏的距離有關，當改用紅色激光、減小雙縫間距、屏幕向遠離雙縫的位置移動可增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，故選項A、C、D正確。 答案　ACD 9.如圖3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兩種光組成的復色光穿過平行玻璃磚或三棱鏡時，光的傳播方向中可能正確的是(　　) 圖3 解析　由干涉圖樣可知a光波長大于b光波長，則同一介質對a光的折射率小，對b光的折射率大。根據(jù)平行玻璃磚的光學特性可知，出射光線與入射光線平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射時a光應在右側，故A、B錯誤；由sin C＝分析可知，a光的臨界角較大，當光從棱鏡射入空氣中時，若b光發(fā)生全反射，不能射出棱鏡，則a光可能不發(fā)生全反射從棱鏡射出，故C正確；當光從棱鏡射入空氣中時，若a光發(fā)生全反射，b光肯定發(fā)生全反射不從棱鏡射出，此圖是不可能的，故D錯誤。 答案　C 9