【物理】2018届二轮复习考点9光的干涉与衍射学案（全国通用）

【物理】2018届二轮复习考点9光的干涉与衍射学案（全国通用）

‎【原题再现】16. 【加试题】一般认为激光器发出的是频率为n的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率n是它的中心频率，它所包含的频率范围是Δn (也称频率宽度)，其中n + Δn， 和n-Δn分别记为“上限频率”和“下限频率”。如图所示，某红宝石激光器发出的激光（其“上限频率”和“下限频率”对应的分别记为a光和b光）由空气斜射到平行液膜的上表面，射入时与液膜上表面成θ角。则下列说法正确的是： （ ）‎ A. 逐渐减小θ角，a光在液膜下表面先发生全反射 B. a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大 C. b光更容易发生明显的衍射现象 D. 相同装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较小 ‎【答案】BC ‎【解析】频率越大，介质对这种色光的折射率越大，通过平行液膜后侧移越大；根据光路可逆性分析光线能否在液膜下表面发生全反射；波长越大，波动性越强，越容易发生衍射现象；干涉条纹的间距与波长成正比．‎ 光的干涉与衍射 ‎★★★‎ ‎○○○○‎ ‎1． 光的干涉 ‎(1)定义 两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象．‎ ‎(2)相干条件 只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波．‎ ‎2． 双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为.‎ ‎3． 薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同．‎ ‎4． 光的衍射 ‎(1)定义 光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．‎ ‎(2)发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．‎ ‎(3)衍射图样 ‎①单缝衍射 a．单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性．‎ b．白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．‎ ‎②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积．‎ ‎③圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑．‎ ‎1、两束振动情况相同的光源产生的光相互叠加时：‎ ‎(1)出现明条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即 ‎|PS1－PS2|＝kλ＝2k· (k＝0,1,2,3…)‎ 当k＝0时，即PS1＝PS2，此时P点处的明条纹叫做中央亮条纹．‎ ‎(2)出现暗条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2‎ 的路程差等于半波长的奇数倍，即 ‎|PS1－PS2|＝(2k＋1) (k＝0,1,2,3…)‎ ‎2、光的干涉和衍射比较 内容 干涉 衍射 现象 在光重叠区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多 典型实验 杨氏双缝干涉实验 单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘衍射 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽 条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 ‎（多选）下列说法正确的是： （ ）‎ A．光纤通信是利用了全反射的原理 B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的 C．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象 D．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样 E．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水中射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故 ‎【答案】ADE ‎【名师点睛】本题考查了全反射、干涉、衍射、电磁波等基础知识点，难度不大，关键要熟悉教材，牢记并理解这些基础知识点。‎ ‎1、（多选）如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以： （ ）‎ A．减小S 1 与S 2 的间距 B．减小双缝屏到光屏的距离 C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光 ‎【答案】AC ‎【解析】在波的干涉中，干涉条纹的间距，由公式可得，条纹间距与波长、屏之间的距离成正比，与双缝间的距离d成反比，故要增大间距，应减小d，或增大双缝屏到光屏的距离，或增大光的波长，故AC正确，BD错误；故选AC． ‎ ‎【名师点睛】本题考查光波的干涉条纹的间距公式，应牢记条纹间距的决定因素，不要求定量计算，但要求定性分析。‎ ‎2、（多选）下列说法正确的是： （ ）‎ A．机械波、电磁波均能产生干涉、衍射现象 B．泊松亮斑是光的干涉现象中的加强区 C．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理 D．在光的双缝千涉实验中，条纹间距与缝的宽度成反比 E．波速公式 v＝λf 说明波速只与波长、频率有关，与介质无关 ‎【答案】ACD ‎【名师点睛】只要是波均能发生干涉与衍射；泊松亮斑光的衍射现象；光的偏振与光是横波有关；机械波的波速与介质有关；“彩超”利用多普勒效应原理，测血流速度，从而即可求解。‎ ‎3、（多选）为检测矿泉水的品质，我们可以利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器，特制容器不影响光的传播，放置在双缝与荧光屏之间（之前为空气，特制容器未画出），通过对比填充矿泉水后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1，就可以计算出该矿泉水的折射率。设空气的折射率为1，则下列说法正确的是： （ ）‎ A．x2＞x1　　　　　　　　 B．x2＜x1‎ C．该矿泉水的折射率为 D．该矿泉水的折射率为 ‎【答案】BC ‎【解析】 由知，；装置相同，由，n为水相对于空气的折射率，可知BC对。‎ ‎【名师点睛】薄膜干涉 ‎（1）相干光来自于薄膜的前、后表面（或上、下表面）反射回来的两列反射光．‎ ‎（2）薄膜干涉的应用：增透膜；检查工件的平整度（如图所示）．‎ ‎1、（多选）在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示。下列说法中正确的是： （ ）‎ A．图中光束①是红光 ②是蓝光 B．在光盘的透明介质层中，光束②比①传播速度更快 C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的 中央亮纹比②的窄 D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束②的条纹宽度比①的大 ‎【答案】BCD ‎【名师点睛】此题考查了光的折射以及双缝干涉问题；解决本题的突破口是比较出两束光的折射率大小，从而比较出频率、波长、在介质中的速度、临界角的大小。‎ ‎2、（多选）关于在竖直放置的肥皂膜上产生的干涉现象，下列说法正确的是： （ ）‎ A、干涉条纹的产生是由于光线在膜前后表面反射形成的两列光波的叠加 B、用绿光照射产生的干涉条纹间距比黄光照射时产生的条纹间距窄 C、干涉条纹间的暗纹是由于两反射光叠加增强 D、干涉条纹间的暗纹是由于两反射光叠加减弱 ‎【答案】ABD ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】薄膜干涉分为两种一种叫等倾干涉，另一种称做等厚干涉．等厚干涉是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜前、后表面而形成的干涉条纹．干涉条纹间的暗线是由于两反射光波波峰与波谷的叠加形成的。‎ ‎3、（多选）如图甲所示，在平静的湖面下有一个点光源S，它发出的是两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由ab两种单色光构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a光的颜色（图乙为俯视图）。则以下说法中不正确的是 ： （ ）‎ A．水对a光的折射率比b光的大 B．a光在水中的传播速度比b光的大 C．a光的频率比b光的大 D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄 ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ 在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较大，知a光的临界角较大，根据，知a光的折射率较小，折射率小，由知a光在水中的传播速度比b光大，故A错误，B正确．折射率越大，光的频率越大，则知a光的频率比b光小，故C错误．‎ a光的折射率小，频率小，波长较长，根据干涉条纹间距公式，a光波长则条纹间距较宽．故D错误．故选ACD.‎ ‎【名师点睛】此题考查了全反射及光的折射和干涉知识；解决本题的关键是从临界角入手，比较出折射率的大小，从而得出频率、介质中的速度大小关系；类似此类问题要加强记忆.‎ ‎4、（多选）下列说法中不正确的是： （ ）‎ A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波 B．自然光斜射到玻璃、水面、木质桌面时，反射光和折射光都是偏振光 C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄 D．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由他又用实验证实电磁波的存在 ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】此题考查了光的干涉、光的偏振以及电磁波等知识点，要知道光的干涉、衍射、等现象证明光具有波动性，偏振现象证明光是一种横波；知道物理学的发展史.‎ ‎5、右图是杨氏双缝干涉实验的示意图，其中为双缝，D为光屏，D点为中央亮条纹的中心，为第一级亮纹的中心点，若将光源由红光换成蓝光，其条件不变，则图中第一级亮纹的中心点将_______（填上移、下移或不动）‎ ‎【答案】下移 ‎【解析】若把S由红光换成蓝光，在双缝干涉实验中，因波长变短，根据公式可得条纹间距变小，则的位置将向下移；‎ ‎【名师点睛】关键是知道各种颜色光的频率和波长关系，然后根据公式分析解题 ‎6、某同学在“用双缝干涉测光的波长”实验中，已知单缝片与双缝片间的距离为d1，双缝间距离为d2，双缝片到毛玻璃屏间距离为L，实验时先移动测量头上的手轮，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时（如图1所示），记下游标卡尺的读数xA= mm（如图3所示）；然后转动手轮，把分划线向右边移动，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时（如图2所示），记下此时游标卡尺的示数（如图4所示）xB= mm。计算实验中红光波长的表达式为λ= （用字母d1或d2及L、xA、xB表示）。‎ ‎【答案】11.4 ，16.7 ，‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键掌握螺旋测微器和游标卡尺的读数方法，知道获取单色的线光源，让白光通过滤光片和单缝。‎ 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