2019-2020年高中物理第5章光的干涉衍射偏振第1節(jié)光的干涉教學(xué)案魯科版選修3.doc

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2019-2020年高中物理第5章光的干涉衍射偏振第1節(jié)光的干涉教學(xué)案魯科版選修3 　　　　　　　　　　　　　 1．楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波。 2．要使兩列光波相遇時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，兩光源必須具有相同的頻率和振動(dòng)方向。 3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰兩條亮紋或暗紋間的距離Δy＝λ，可利用λ＝Δy測(cè)定光的波長(zhǎng)。 4．由薄膜兩個(gè)面反射的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象叫薄膜干涉。 光的干涉及其產(chǎn)生條件 [自讀教材抓基礎(chǔ)] 1．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋。相鄰兩條亮紋或暗紋間的距離Δy＝λ，式中的d表示兩縫間距，l表示兩縫到光屏的距離，λ為光波的波長(zhǎng)。 2．實(shí)驗(yàn)結(jié)論 證明光是一種波。 3．光的相干條件 相同的頻率和振動(dòng)方向。 [跟隨名師解疑難] 1．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511所示，有光源、單縫、雙縫和光屏。 圖511 (2)單縫的作用：獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫，楊氏那時(shí)沒有激光，因此他用強(qiáng)光照亮一條狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫發(fā)生干涉。 (3)雙縫的作用：平行光照射到單縫S上，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(dòng)情況完全一致的相干光。 2．光屏上某處出現(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)發(fā)生疊加，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，總是同時(shí)過最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、平衡位置；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：光屏上某點(diǎn)P到兩縫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|1－2|＝kλ＝2k(k＝0,1,2,3，…) (2)暗條紋的條件：光屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。 即|1－2|＝(2k＋1)(k＝0,1,2,3，…) 3．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。如圖512所示中央為亮條紋，兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越大，條紋間距越大。 圖512 (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?gòu)碾p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。 ②兩相鄰亮(或暗)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。 [特別提醒] (1)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的雙縫必須很窄，且雙縫間的距離必須很小。 (2)雙縫干涉中，雙縫的作用主要就是用雙縫獲得相干光源。 [學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試射手) 如圖513所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(　　) 圖513 A．增大S1與S2的間距 B．減小雙縫屏到光屏的距離 C．將綠光換為紅光 D．將綠光換為紫光 解析：選C　由雙縫干涉條紋間距公式Δy＝λ可知，要增大條紋間距，可以增大雙縫到屏的距離，減小雙縫間距，選用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的單色光，因此C項(xiàng)正確。 科學(xué)探究——測(cè)定光的波長(zhǎng) [自讀教材抓基礎(chǔ)] 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)觀察白光及單色光的干涉圖樣； (2)掌握用公式Δy＝λ測(cè)定單色光的波長(zhǎng)的方法。 2．實(shí)驗(yàn)原理 雙縫間的距離d已知，雙縫到屏的距離l可以測(cè)定，相鄰兩條亮紋或暗紋間的距離Δy根據(jù)手輪上的讀數(shù)測(cè)出，根據(jù)公式λ＝Δy可計(jì)算波長(zhǎng)λ。 3．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)在光具座上只裝上光源和遮光筒(不帶單、雙縫)，調(diào)節(jié)光源高度，使它發(fā)出的一束光能沿著遮光筒的軸線把屏照亮。 (2)放好單縫和雙縫，其間距為5～10 cm，且使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。 (3)光源與單縫間放上濾光片，仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡，觀察單色光的干涉條紋。撤去濾光片，觀察白光的干涉條紋。 (4)加上濾光片，通過目鏡觀察單色光的干涉條紋，同時(shí)調(diào)節(jié)手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)齊第1條亮條紋的中心，記下手輪的讀數(shù)。然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使分劃板移動(dòng)，直到分劃板的中心刻線對(duì)齊第n條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪的讀數(shù)。 (5)將兩次手輪的讀數(shù)相減，求出n條亮紋間的距離a，則相鄰亮紋間距Δy＝，利用公式λ＝Δy，求出此單色光的波長(zhǎng)λ。(d、l在儀器中均可讀出) (6)換用不同的濾光片，觀察干涉條紋間距離的變化，并求出相應(yīng)的波長(zhǎng)。 [跟隨名師解疑難] 1．注意事項(xiàng) (1)調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時(shí)，要注意調(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，雙縫到單縫的距離應(yīng)相等。 (3)為了減小測(cè)量誤差，測(cè)條紋間距Δy時(shí)，先測(cè)出n條亮(暗)紋間的距離a，再求出相鄰的兩條亮(暗)紋間的距離Δy＝。 (4)某種顏色的濾光片只能讓這種顏色的光通過，其他顏色的光不能通過。因此，加裝濾光片的目的是獲得單色光。 2．誤差分析 本實(shí)驗(yàn)為測(cè)量性實(shí)驗(yàn)，因此應(yīng)盡一切辦法減小有關(guān)測(cè)量的誤差，即l和Δy的測(cè)量誤差。 (1)l的測(cè)量誤差：因本實(shí)驗(yàn)中，雙縫到屏的距離非常長(zhǎng)，l的測(cè)量誤差不太大，但也應(yīng)選用mm刻度尺測(cè)量，并用多次測(cè)量求平均值的辦法減小誤差。 (2)測(cè)條紋間距Δy帶來的誤差：①干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度。 ②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。 ③測(cè)量多條亮條紋間距時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確。 [學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是(　　) A．狹縫的作用是使入射光線到達(dá)雙縫時(shí)，雙縫就成了兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源 B．若入射光是白光，光屏上產(chǎn)生的條紋是黑白相間的干涉條紋 C．光屏上某點(diǎn)到雙縫的距離差為入射光波長(zhǎng)的1.5倍，該點(diǎn)處一定是亮條紋 D．雙縫干涉圖樣中，亮條紋之間距離相等，暗條紋之間距離不相等 解析：選A　雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，狹縫的作用就是產(chǎn)生一個(gè)線光源，使得光到達(dá)雙縫時(shí)，使雙縫振動(dòng)情況完全相同，形成一對(duì)相干光源，選項(xiàng)A正確；由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象知，入射光是白光時(shí)，屏上產(chǎn)生的是彩色條紋，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；屏上某點(diǎn)到雙縫的距離差為入射光波長(zhǎng)的1.5倍，即半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，應(yīng)為暗條紋，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由Δy＝λ知，干涉條紋不管是明條紋之間，還是暗條紋之間都是等間距的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 薄膜干涉及其應(yīng)用 [自讀教材抓基礎(chǔ)] 1．定義 由薄膜兩個(gè)面反射的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象稱為薄膜干涉。 2．應(yīng)用 (1)檢查平面的平整程度。 (2)光學(xué)鏡頭上的增透膜。 [跟隨名師解疑難] 1．薄膜干涉的成因 如圖514所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加。在某些位置，這兩列波疊加后相互加強(qiáng)，則出現(xiàn)亮條紋；在另一些地方，疊加后相互削弱，則出現(xiàn)暗條紋。故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋。 圖514 說明：(1)眼睛應(yīng)與光源在同一側(cè)才能看到干涉條紋，因?yàn)闂l紋是由從薄膜前、后兩表面反射的光發(fā)生干涉形成的，不是由通過薄膜的光形成的； (2)每一條紋呈水平狀態(tài)排列； (3)由于各種色光干涉后相鄰兩亮紋中心的距離不同，所以若用白光做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，會(huì)觀察到彩色干涉條紋； (4)兩列光的路程差是薄膜厚度的兩倍。 2．薄膜干涉的應(yīng)用 (1)增透膜：照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面常鍍一層透光的薄膜，薄膜的上表面與玻璃表面反射的光發(fā)生干涉，由于只有一定波長(zhǎng)(一定顏色)的光干涉時(shí)才會(huì)相互加強(qiáng)，所以鍍膜鏡頭看起來是有顏色的。鍍膜厚度不同，鏡頭的顏色也不一樣。一般增透膜的厚度是光在薄膜介質(zhì)中傳播的波長(zhǎng)的，即d＝，若厚度為綠光在薄膜中波長(zhǎng)的，則鏡頭看起來呈淡紫色。 (2)用干涉法檢查平面：如圖515甲所示，被檢查平面 B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個(gè)楔形的空氣薄膜，用單 色光照射時(shí)，入射光從空氣薄膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋。被檢查平面若是平的，空氣薄膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里的空氣薄膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲，如圖乙所示。 圖515 [特別提醒]　增透膜的“增透”應(yīng)理解為：兩束反射光相互抵消，反射光的能量減少，由于總能量守恒，透射光的能量必然得到增強(qiáng)。增透膜是通過“消反”來確保“增透”的。 [學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 如圖516所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈。往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是(　　) 圖516 圖517 解析：選D　薄膜豎直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出現(xiàn)的干涉條紋應(yīng)是水平的，故選項(xiàng)D正確。 雙縫干涉的規(guī)律 [典題例析] 1．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7.510－7 m，如果用頻率為6.01014 Hz的黃光照射雙縫，試問： (1)該黃光的波長(zhǎng)是多少？ (2)試通過計(jì)算分析P點(diǎn)是出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？ [思路點(diǎn)撥] (1)由c＝λf變換得λ＝，可求得波長(zhǎng)； (2)比較路程差Δs與波長(zhǎng)λ的數(shù)量關(guān)系，確定P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋。 解析：λ＝＝ m＝510－7 m Δs＝7.510－7 m＝λ，所以是暗條紋。 答案：(1)510－7 m　(2)暗條紋 [探規(guī)尋律] 判斷干涉條紋亮、暗的方法 (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)倍處出現(xiàn)暗條紋。 (3)上述結(jié)論成立的條件：兩個(gè)光源情況完全相同。 [跟蹤演練] 如圖518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(　　) 圖518 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　本實(shí)驗(yàn)中單縫S的作用是形成頻率一定的線光源，雙縫S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移動(dòng)S后，沒有改變傳到雙縫的光的頻率，由S1、S2射出的仍是相干光，由單縫S發(fā)出的光到達(dá)屏上P點(diǎn)下方某點(diǎn)的光程差為零，故中央亮紋下移。 對(duì)測(cè)定光的波長(zhǎng)的考查 [典題例析] 2．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，要把它們放在圖519所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。 圖519 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、________、A。 (2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有： 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(cè)量雙縫到屏的距離； ④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮紋間的距離。 在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意____________和__________。 (3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對(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5110甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)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)圖乙中手輪上的示數(shù)________ mm，求得相鄰亮紋的間距Δy為________ mm。 圖5110 (4)已知雙縫間距d為2.010－4 m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計(jì)算式λ＝________，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為________ m。 [思路點(diǎn)撥] (1)單縫和雙縫間距離為5～10 cm，保持縫的相互平行。 (2)測(cè)量條紋寬度，采取“積累法”減小測(cè)量誤差。 解析：(1)該實(shí)驗(yàn)儀器放置的順序：C、E、D、B、A。 (2)在安裝時(shí)，應(yīng)注意單縫和雙縫間距離為5～10 cm，保持縫的相互平行。 (3)圖甲的讀數(shù)是2.320 mm，圖乙的讀數(shù)是13.870 mm，則 Δy＝ mm＝2.310 mm。 (4)由公式Δy＝λ得λ＝Δy，代入數(shù)據(jù)解得λ＝6.610－7 m。 答案：(1)E、D、B　(2)單縫和雙縫間距離為5～10 cm　單縫和雙縫保持縫的相互平行　(3)13.870　2.310　(4)Δy　6.610－7 [探規(guī)尋律] 測(cè)量條紋間距Δy的方法 若直接測(cè)相鄰兩條亮紋的間距Δy，相對(duì)誤差較大，可如圖5111那樣，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線與左側(cè)標(biāo)1的那條清晰亮條紋的中心對(duì)齊，記下手輪上的讀數(shù)y1；然后使分劃板右移，讓分劃板中心刻線與標(biāo)7的那條亮條紋的中心對(duì)齊，記下手輪上的讀數(shù)y7，則Δy＝。 圖5111 [跟蹤演練] (福建高考)在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如圖5112)： 圖5112 (1)下列說法哪一個(gè)是錯(cuò)誤的____________。(填選項(xiàng)前的字母) A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時(shí)，應(yīng)放上單縫和雙縫 B．測(cè)量某條干涉亮紋位置時(shí)，應(yīng)使測(cè)微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對(duì)齊 C．為了減少測(cè)量誤差，可用測(cè)微目鏡測(cè)出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距Δx＝ (2)測(cè)量某亮紋位置時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖5113，其示數(shù)為________mm。 圖5113 解析：(1)在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，首先應(yīng)取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束直接沿遮光筒軸線把屏照亮，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作可知選項(xiàng)B、C正確。 (2)讀數(shù)為1.5 mm＋47.00.01 mm＝1.970 mm。 答案：(1)A　(2)1.970 薄膜干涉的考查 [典題例析] 3．為了減少光在透鏡表面由于反射帶來的損失，可在透鏡表面涂上一層增透膜，一般用折射率為1.38的氟化鎂，為了使波長(zhǎng)為5.5210－7 m的綠光在垂直表面入射時(shí)使反射光干涉相互抵消，求所涂的這種增透膜的厚度。 [思路點(diǎn)撥]　解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： (1)綠光在膜中的波長(zhǎng)與在真空中的波長(zhǎng)大小關(guān)系。 (2)薄膜厚度與綠光波長(zhǎng)的大小關(guān)系。 解析：由于人眼對(duì)綠光最敏感，所以通常所用的光學(xué)儀器其鏡頭表面所涂的增透膜的厚度只使反射的綠光干涉相互抵消，但薄膜的厚度不宜過大，只須使其厚度為綠光在膜中波長(zhǎng)的，使綠光在增透膜的前后兩個(gè)表面上的反射光互相抵消，而光從真空進(jìn)入某種介質(zhì)后，其波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化。 若綠光在真空中波長(zhǎng)為λ0，在增透膜中的波長(zhǎng)為λ，由折射率與光速的關(guān)系和光速與波長(zhǎng)及頻率的關(guān)系得 n＝＝，即λ＝ 那么，增透膜的厚度 h＝λ＝＝ m＝110－7 m 答案：110－7 m [探規(guī)尋律] 增反膜、增透膜均是薄膜干涉現(xiàn)象的應(yīng)用。增反膜是增加反射光，膜前后表面兩次反射的光程差為光在該膜中波長(zhǎng)的整數(shù)倍，反射光得到加強(qiáng)，膜的厚度至少為光在膜中波長(zhǎng)的；而增透膜是為了增加透射光，減弱反射光，膜的厚度為光在膜中波長(zhǎng)的。 [跟蹤演練] 劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖5114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)任意相鄰亮條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定。現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋(　　) 圖5114 A．變疏　　　　　　　　 　B．變密 C．不變 D．消失 解析：選A　光線在空氣膜的上、下表面發(fā)生反射，并發(fā)生干涉，從而形成干涉條紋。設(shè)空氣膜頂角為θ，d1、d2處為兩相鄰亮條紋，如圖所示，則此兩處的光程分別為δ1＝2d1，δ2＝2d2。 因?yàn)楣獬滩瞀?－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ。 設(shè)此兩相鄰亮紋中心的距離為Δl，則由幾何關(guān)系得＝tan θ，即Δl＝。當(dāng)抽去一張紙片θ減小，Δl增大，故選A。 [課堂雙基落實(shí)] 1．光通過雙縫后在屏上產(chǎn)生彩色條紋，若用紅色和綠色玻璃各擋住一縫，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。 2. (江蘇高考)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到圖5115甲所示的條紋，僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如圖乙所示。他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是(　　) 圖5115 A．減小光源到單縫的距離 B．減小雙縫之間的距離 C．減小雙縫到光屏之間的距離 D．換用頻率更高的單色光源 解析：選B　根據(jù)條紋間距公式Δy＝λ可知，若增大條紋間距，可以采取的措施有：換用波長(zhǎng)更長(zhǎng)、頻率更低的單色光源，減小雙縫間的距離d，增大雙縫到屏的距離l，故選項(xiàng)B正確。 3.如圖5116所示是用光學(xué)的方法來檢查一物體表面平整程度的裝置，其中A為標(biāo)準(zhǔn)平板，B為被檢查其表面平整程度的物體，C為單色入射光，如果要說明能檢查平面平整程度的道理，則需要用到下列哪些光學(xué)概念(　　) 圖5116 A．反射和干涉 B．全反射和干涉 C．反射和衍射 D．全反射和衍射 解析：選A　此裝置是應(yīng)用了薄膜干涉，在標(biāo)準(zhǔn)平板和被檢查表面間有一楔形的空氣薄膜，用單色光照射時(shí)，入射光從空氣薄膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋。若干涉條紋平行則表面平整，由以上分析可知，如果要說明能檢查平面平整程度，需用到光的反射和光的干涉兩個(gè)概念，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 4．某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得雙縫間距d＝3.010－3 m，雙縫到光屏間的距離為1 m，前后兩次測(cè)量手輪上的示數(shù)分別為0.610－3 m和6.610－3 m，兩次分劃板中心刻線間有5條暗條紋，求該單色光的波長(zhǎng)。 解析：相鄰兩暗條紋間距 Δy＝＝ m＝1.510－3 m 由Δy＝λ得，該單色光的波長(zhǎng)為 λ＝＝ m＝4.510－6 m 答案：4.510－6 m [課下綜合檢測(cè)] (時(shí)間：30分鐘　滿分：50分) 一、選擇題(共6小題，每小題5分，共30分，每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確。) 1．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中觀察到紅光的干涉圖樣是(　　) 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，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。 2．(上海高考)白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的(　　) A．傳播速度不同　　　　 　B．強(qiáng)度不同 C．振動(dòng)方向不同 D．頻率不同 解析：選D　白光是由各種不同顏色的單色光組成的復(fù)色光，而光的顏色由頻率決定，不同色光，頻率不同，故D正確。 3．用如圖1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(在燈芯上灑些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液膜的金屬絲圈。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(　　) 圖1 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 解析：選D　金屬絲圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)系，仍然是水平的干涉條紋，D對(duì)。 4．如圖2甲所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，圖乙為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在屏上觀察到的條紋情況，a為中央亮條紋；丙圖為換用另一顏色的單色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的條紋情況，a′為中央亮條紋，則下列說法正確的是(　　) 圖2 A．丙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng) B．丙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng) C．丙圖可能是用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較短 D．丙圖可能是用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短 解析：選A　由兩單色光的干涉條紋可知Δya＜Δya′，又因Δy＝λ，所以λa＜λa′，A正確。 5．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)用波長(zhǎng)為λ1的單色光照射時(shí)，觀察到屏上P點(diǎn)處恰為從O數(shù)起的第三條亮條紋，如圖3所示。當(dāng)換用波長(zhǎng)為λ2(λ2＞λ1)的單色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，從O點(diǎn)向上數(shù)起第三條亮紋的位置(　　) 圖3 A．在P點(diǎn)上方 B．仍在P點(diǎn) C．在P點(diǎn)下方 D．無(wú)法確定 解析：選A　由Δy＝λ可知，相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)間的距離與波長(zhǎng)λ有關(guān)，λ增大時(shí)，條紋間距Δy增大，故A正確。 6．市場(chǎng)上有一種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物體時(shí)能使被照物體處產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線，以λ表示此紅外線在薄膜中的波長(zhǎng)，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為(　　) A．λ/8 B．λ/4 C．λ/2 D．λ 解析：選B　要消除紅外線的反射，必須使紅外線在薄膜的兩個(gè)面上反射光的路程差正好等于紅外線半波長(zhǎng)λ/2的奇數(shù)倍，即Δs＝(2k＋1)λ/2，其中Δs為光在薄膜兩個(gè)面上反射的路程差，即Δs＝2d，Δs的最小值為λ/2，所以2d＝λ/2，即薄膜的最小厚度d為λ/4，答案B是正確的。 二、非選擇題(共2小題，共20分) 7．(10分)用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)中采用雙縫干涉儀，它包括以下元件： A．白熾燈 B．單縫 C．光屏 D．雙縫 E．濾光片(其中雙縫和光屏連在遮光筒上) (1)把以上元件安裝在光具座上時(shí)，正確的排列順序是：A________(A已寫好)。 (2)正確調(diào)節(jié)后，在屏上觀察到紅光干涉條紋，用測(cè)量頭測(cè)出10條紅亮紋間的距離為a；改用綠色濾光片，其他條件不變，用測(cè)量頭測(cè)出10條綠亮紋間的距離為b，則一定有________大于________。 解析：雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確排序?yàn)楣庠?、濾光片、單縫、雙縫、光屏。 由Δy＝λ知，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，間距越大，可得出a一定大于b。 答案：(1)E、B、D、C　(2)a　b 8．(10分)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0.6 μm，若分別用頻率為f1＝5.01014 Hz和f2＝7.51014 Hz的單色光垂直照射雙縫，試分析判斷P點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？分別為第幾條亮條紋或暗條紋？ 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(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，S2和S1同時(shí)到達(dá)波峰或波谷，由S1和S2發(fā)出的光在P點(diǎn)互相加強(qiáng)，P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)Δr等于單色光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，S2達(dá)到波峰時(shí)，S1達(dá)到波谷，這樣由S1和S2發(fā)出的光在P點(diǎn)互相抵消，出現(xiàn)暗條紋。頻率為f1的單色光的波長(zhǎng)λ1＝＝ m＝0.610－6 m＝0.6 μm，頻率為f2的單色光的波長(zhǎng)λ2＝＝ m＝0.410－6 m＝0.4 μm。可見Δr1＝λ1，Δr2＝λ2?？梢姡妙l率為f1的單色光照射時(shí)，P處應(yīng)出現(xiàn)亮條紋，且為第一條亮條紋；用頻率為f2的單色光照射時(shí)，P處應(yīng)出現(xiàn)暗條紋，且為第二條暗條紋。 答案：見解析