【物理】2018届一轮复习人教版15-3光的干涉学案

【物理】2018届一轮复习人教版15-3光的干涉学案

专题15.3 光的干涉 课前预习 ● 自我检测 ‎1．对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是(　　)‎ A．不同的色光有可能发生干涉现象 B．不同的色光不可能发生干涉现象 C．光的强度不同有可能发生干涉现象 D．光的强度不同不可能发生干涉现象 E．发生不发生干涉现象与光的强度无关 ‎【答案】　BCE ‎2．关于光的干涉，下列说法中正确的是(　　)‎ A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的 B．在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个明条纹间距将变窄 C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉 D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定 E．频率不同的光不可能叠加 ‎【答案】　ABC ‎【解析】　在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，入射光的波长越长，相邻两个明条纹的间距越大；两列波产生干涉时，频率必须相同．任何两列光波都能叠加．‎ ‎3．杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)(　　)‎ A．在距双缝的光程差相等的点形成暗条纹 B．在距双缝的光程差为nλ的点形成明条纹 C．在距双缝的光程差为n的点形成明条纹 D．在距双缝的光程差为λ的点形成暗条纹 E．在双缝的光程差相等的点一定出现明条纹 ‎【答案】　BDE ‎4.如图所示，用一束平行的白光经图示装置垂直照到挡光板Q上，板上开两条靠得很近的平行狭缝S1，S2，在屏P上可以看到干涉条纹，O点是屏上到两狭缝距离相等的一点，则干涉条纹是________的，O点是________点. ‎ ‎【答案】　彩色　亮 ‎【解析】　不同颜色的光波长不同，白色光含有不同颜色的光，各种色光形成的干涉条纹间距不同，故显示的条纹是彩色的．O到S1、S2的距离相同，所以各色光在此处均为亮纹．‎ ‎5.煤矿中的瓦斯危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体一定__________瓦斯．‎ ‎【答案】　含 ‎【解析】　如果屏的正中央O变为暗纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以B中气体一定含瓦斯．‎ 课堂讲练 ● 典例分析 ‎【要点提炼】‎ 一：杨氏干涉实验 ‎1．物理史实 ‎1801年，英国物理学家托马斯·杨 成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性．‎ ‎2．双缝干涉实验 ‎(1)实验过程：让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉．‎ ‎(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹．‎ ‎(3)实验结论：光是一种波．‎ ‎3．光的干涉 ‎(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域是相互间隔的，即出现亮纹和暗纹相间的现象．‎ ‎(2)干涉条件：两列光的频率相同、相差恒定或两列光振动情况总是相同．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列来获得．‎ ‎4．托马斯·杨的双缝干涉实验 ‎(1)双缝干涉的装置示意图 实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏．‎ ‎(2)单缝屏的作用 获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏．杨氏那时没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光．‎ ‎(3)双缝屏的作用 平行光照射到单缝S上，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．‎ ‎5．双缝干涉图样的特点 ‎ (1)单色光的干涉图样(如图所示)‎ 若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等．中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．‎ ‎(2)白光的干涉图样 若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．这是因为：‎ ‎①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．‎ ‎②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．‎ 二：决定条纹明暗的条件 ‎1．当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现明条纹．‎ ‎2．当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互减弱，出现暗条纹．‎ ‎3．明暗条纹的判断 如图所示，S1、S2是两个狭缝，＝d，缝到屏的距离为l，l≫d，O是S1S2的中垂线与屏的相交点．‎ ‎ (1)出现明条纹的条件 屏上某点P到双缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍，即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2，…)．‎ ‎(2)出现暗条纹的条件 屏上某点P到双缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝(2k＋1)(k＝0,1,2,3，…)．‎ ‎4．对双缝干涉图样的两点说明 ‎(1)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮纹为白色．‎ ‎(2)若利用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等，中央仍为亮纹．‎ ‎【典例1】．在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1＝0.75 μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2＝1.5 μm.若用频率ν＝6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，则P点出现_______条纹，Q点出现_______条纹. ‎ ‎【答案】　暗　亮 ‎【解析】　由光的频率ν＝6.0×1014 Hz，知光的波长λ＝c/ν＝5×10－‎7 m．P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1＝0.75 μm＝7.5×10－‎7 m＝1.5λ.Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2＝1.5 μm＝15×10－‎7 m＝3λ，因此，P点出现暗条纹，Q点出现亮条纹．‎ ‎【总结反思】‎ ‎1．双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小．‎ ‎2．光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．‎ ‎3．在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．‎ ‎【典例3】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是：‎ 单色光f1照射时出现______条纹，单色光f2照射时出现______条纹. ‎ ‎【答案】　明　暗 ‎【反思总结】‎ 双缝干涉中亮条纹或暗条纹的判断方法 ‎(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的光程差与波长的比值．‎ ‎(2)出现明条纹的条件是光程差等于波长的整数倍．‎ ‎(3)出现暗条纹的条件是光程等于半波长的奇数倍，而不是整数倍．‎ 课后巩固 ● 课时作业 ‎1. 关于光的干涉，下列说法正确的是(　　)‎ A．频率相同的两列光波一定能产生干涉现象 B．频率不同的两列光波不可能产生干涉现象 C．用单色光做双缝干涉实验，可观察到明暗相间不等间距的条纹 D．单色光从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹 E．单色光从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹 ‎【答案】B ‎【解析】由干涉现象产生的条件可知A错B对，用单色光做双缝干涉实验，可观察到明暗相间等间距的条纹，C错；屏上某点到双缝的距离差为波长整数倍时为明条纹，距离差为半波长奇数倍时为暗条纹，CD错。‎ ‎2. 对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是(　　)‎ A．不同的色光有可能发生干涉现象 B．不同的色光不可能发生干涉现象 C．光的强度不同有可能发生干涉现象 D．光的强度不同不可能发生干涉现象 ‎【答案】BC ‎3. 光通过双缝后在屏上产生彩色条纹，若用红色和绿色玻璃分别挡住双缝，则屏上将出现(　　)‎ A．黄色的干涉条纹 B．红绿相间的条纹 C．黑白相间条纹 D．无干涉条纹 ‎【答案】D ‎【解析】红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象。‎ ‎4. 杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)(　　)‎ ‎①在距双缝的路程相等的点形成暗条纹　②在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹　③在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹　④在距双缝的路程差为(n＋)λ的点形成暗条纹 A．①② B．②③ C．③④ D．②④‎ ‎【答案】D ‎【解析】在双缝干涉实验中，当某点距双缝距离之差δ为波长的整数倍时，即当δ＝nλ(n＝0,1,2,3…)时，该点为加强点，出现亮条纹。而当δ＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)时，该点为减弱点，出现暗条纹。‎ ‎5. 用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则(　　)‎ A．O到达a、b的路程差为零 B．M、N到达b的路程差为λ C．O到达a、c的路程差为4λ D．M、N到达e的路程差为2λ ‎【答案】BD ‎【解析】振动一致的两光在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足Δr＝kλ(k＝0,1,2,3…)。‎ ‎6. 某同学自己动手利用如图所示器材，观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因，最大的可能是(　　)‎ A．单缝S太窄 B．单缝S太宽 C．S到S1和S2距离不等 D．阳光不能作光 ‎【答案】B ‎7. 如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－‎6 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？‎ ‎(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－‎7 m；‎ ‎(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－‎7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°；‎ ‎(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象。‎ ‎【答案】(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)见解析