2018-2019學(xué)年高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振 第1講 光的干涉學(xué)案 魯科版選修3-4.docx

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第1講　光的干涉 [目標(biāo)定位]　1.知道光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波.2.理解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.3.理解明暗條紋的成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件.4.了解雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理，能夠利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量單色光的波長(zhǎng).5.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用． 一、光的干涉及其產(chǎn)生條件 1．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． 2．出現(xiàn)明、暗條紋的條件 如果兩列光波到達(dá)某點(diǎn)時(shí)，路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，那么，這兩束光波互相加強(qiáng)，在那里就出亮條紋；如果兩列光波到達(dá)某點(diǎn)時(shí)，路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，就出現(xiàn)暗條紋． 3．條紋間距：雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰兩條亮紋或暗紋間的距離： Δy＝λ 二、科學(xué)探究——測(cè)定光的波長(zhǎng) 原理：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，測(cè)出光屏上亮(暗)條紋的寬度，利用公式λ＝Δy求出光波的波長(zhǎng)． 想一想　實(shí)驗(yàn)中為什么不直接測(cè)出相鄰兩條亮條紋間的距離Δy，而要測(cè)出n個(gè)亮條紋間的距離，再求平均值？ 答案　由于光的波長(zhǎng)很小，實(shí)驗(yàn)中條紋寬度很小，直接測(cè)出一條條紋的寬度不準(zhǔn)確或較難實(shí)現(xiàn)，只能先測(cè)出n個(gè)條紋間距，再求相鄰亮條紋間的距離，這樣既便于測(cè)量，又可以減小誤差． 三、薄膜干涉及其應(yīng)用 1．薄膜干涉：由薄膜兩個(gè)面反射的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象． 2．成因 豎直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光所走的路程不同．這兩列波在一些地方疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現(xiàn)暗條紋． 3．常見的薄膜干涉現(xiàn)象 (1)白光照射肥皂液膜出現(xiàn)彩色條紋； (2)蚌殼內(nèi)表面透明薄膜上呈現(xiàn)各種色彩； (3)有些昆蟲薄而透明的翅翼上出現(xiàn)彩色光帶； (4)有透明薄膜保護(hù)層的激光唱片呈現(xiàn)彩色． 4．應(yīng)用：檢查平面的平整程度． 想一想　熱菜湯表面的油花、馬路上積水表面的油膜，都會(huì)看到彩色的條紋，這些彩色條紋是如何形成的呢？ 答案　由薄膜干涉造成的．白光照射在油膜表面，被薄膜前、后表面反射的兩列反射波疊加，形成干涉條紋．由于白光中的各色光波長(zhǎng)不同，干涉后的條紋間距不同，薄膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色花紋． 一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 1．雙縫干涉的裝置示意圖 圖1 實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，有光源、單縫、雙縫和光屏． (1)單縫的作用：獲得一束線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況．也可用激光直接照射雙縫． (2)雙縫的作用：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．產(chǎn)生干涉的條件 兩列光的頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同．本實(shí)驗(yàn)中是靠“一分為二”的方法獲得兩個(gè)相干光源的． 3．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． 4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論 光是一種波． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 例1　在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(guò)紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長(zhǎng)均不相等，這時(shí)(　　) 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(wú)任何光亮 解析　兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但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(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但仍有光亮，故C對(duì)． 答案　C 借題發(fā)揮　明確兩列光波發(fā)生干涉的條件，知道不同色光的頻率不同，是對(duì)此類問(wèn)題做出正確判斷的關(guān)鍵，該知識(shí)點(diǎn)必須記住. 二、屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件 1．亮條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫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： |PS1－PS2|＝kλ＝2k(k＝0,1,2,3，…) k＝0時(shí)，PS1＝PS2，此時(shí)P點(diǎn)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(jí)亮條紋．k為亮條紋的級(jí)次． 2．暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍．即： |PS1－PS2|＝(2k－1)(k＝1,2,3，…) k為暗條紋的級(jí)次，從第1級(jí)暗條紋開始向兩側(cè)展開． 例2　 圖2 如圖2所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長(zhǎng)為600nm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(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋中心(即P1到S1、S2的光程差為一個(gè)波長(zhǎng))，現(xiàn)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光源照射單縫，則(　　) A．P和P1仍為亮點(diǎn)B．P為亮點(diǎn)，P1為暗點(diǎn) C．P為暗點(diǎn)，P1為亮點(diǎn)D．P、P1均為暗點(diǎn) 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(diǎn)到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點(diǎn)的路程差為零，因此是亮條紋中心，因而，無(wú)論入射光是什么顏色的光，波長(zhǎng)多大，P點(diǎn)都是中央亮條紋中心．而分別由S1、S2射出的光到P1點(diǎn)的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長(zhǎng)，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)振動(dòng)情況完全一致，振動(dòng)得到加強(qiáng)，因此，出現(xiàn)亮條紋．當(dāng)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光時(shí)，|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ紫，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)振動(dòng)情況完全相反，即分別由S1、S2射出的光到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)相互削弱，因此，在P1點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋．綜上所述，選項(xiàng)B正確． 答案　B 借題發(fā)揮　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，要記住光程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處為暗條紋，還要注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個(gè)光源情況完全相同． 三、用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 1．實(shí)驗(yàn)原理 (1)光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過(guò)單縫后相當(dāng)于線光源，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過(guò)屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋． (2)若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮紋(或暗紋)間的距離用Δy表示，則入射光的波長(zhǎng)為λ＝.實(shí)驗(yàn)中d是已知的，測(cè)出l、Δy即可測(cè)出光的波長(zhǎng)λ. 2．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按如圖3所示安裝儀器． 圖3 (2)將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線上． (3)使光源發(fā)光，讓通過(guò)后的條形光斑恰好落在雙縫上，通過(guò)遮光筒上的測(cè)量頭，仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡，觀察白光的干涉條紋(彩色條紋)． (4)加裝濾光片，通過(guò)目鏡觀察單色光的干涉條紋，同時(shí)調(diào)節(jié)手輪，分劃板的中心刻線對(duì)齊某一條亮條紋(或暗條紋)的中心，記下手輪的讀數(shù)，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使分劃板移動(dòng)，直到分劃板的中心刻線對(duì)齊另一條亮條紋(或暗條紋)中心，記下此時(shí)手輪讀數(shù)和移過(guò)分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n. (5)將兩次手輪的讀數(shù)相減，求出n個(gè)亮條紋(或暗條紋)間的距離a，利用公式Δy＝，算出條紋間距，然后利用公式λ＝Δy，求出此單色光的波長(zhǎng)λ(d、l在儀器中都已給出)． (6)換用另一濾光片，重復(fù)步驟(3)、(4)，并求出相應(yīng)的波長(zhǎng)． 3．注意事項(xiàng) (1)單縫、雙縫應(yīng)相互平行，其中心位于遮光筒的中心軸線上，雙縫到單縫的距離應(yīng)相等． (2)測(cè)雙縫到屏的距離l用毫米刻度尺測(cè)多次取平均值． (3)測(cè)條紋間距Δy時(shí)，采用累積法，即用測(cè)量頭測(cè)出n條亮條紋(或暗條紋)間的距離a，求出相鄰的兩條亮條紋(或暗條紋)間的距離Δy＝. 例3　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4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)． (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. 圖4 (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______________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)將測(cè)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5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5 (4)已知雙縫間距d為2.010－4m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計(jì)算式λ＝________，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為________nm. 解析　(1)濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上．所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A. (2)在操作步驟②時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有：放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上． (3)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)應(yīng)該：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動(dòng)刻度，圖乙讀數(shù)為13.870mm，圖甲讀數(shù)為2.320mm，所以相鄰條紋間距Δy＝mm＝2.310mm. (4)由條紋間距離公式Δy＝λ得：λ＝，代入數(shù)值得：λ＝6.610－7m＝6.6102nm. 答案　(1)E、D、B (2)放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行 (3)13.870　2.310　(4)　6.6102 四、對(duì)薄膜干涉的理解 1．現(xiàn)象：光照到薄膜上，從膜的前表面和后表面反射回來(lái)的光再次相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象．兩反射光的光程差等于膜厚度的2倍． 2．圖樣：以光照射肥皂泡為例，如果是單色光照射肥皂泡，肥皂泡上就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋，且每一條紋呈水平分布． 3．應(yīng)用：用干涉法檢查平面的平整程度；光學(xué)鏡頭上的增透膜． 例4　如圖6所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的(　　) 圖6 解析　鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng)，那么這一水平線上同一厚度處光波會(huì)加強(qiáng)，所以干涉條紋應(yīng)是水平的． 答案　D 借題發(fā)揮　在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一亮條紋或同一暗條紋應(yīng)出現(xiàn)在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，由于光波波長(zhǎng)極短，因此做薄膜干涉所用的介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄，才能觀察到干涉條紋． 　　　　　　　　　　　　　　　　　楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 1．用兩個(gè)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(dòng)的條紋 解析　兩燈泡不是相干光源故現(xiàn)象為C. 答案　C 明、暗條紋的判斷 2．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0.6μm，若分別用頻率為f1＝5.01014Hz和f2＝7.51014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是(　　) A．用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)明條紋 B．用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋 C．用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋 D．用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)明條紋 解析　單色光f1的波長(zhǎng)： λ1＝＝m＝0.610－6m＝0.6μm. 單色光f2的波長(zhǎng)： λ2＝＝m＝0.410－6m＝0.4μm. 因P點(diǎn)到雙縫的距離之差Δx＝0.6μm＝λ1， 所以用單色光f1照射時(shí)P處出現(xiàn)亮紋． Δx＝0.6μm＝λ2， 所以用單色光f2照射時(shí)P處出現(xiàn)暗紋，故選項(xiàng)C正確． 答案　C 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 3．在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，若已知雙縫間的距離d. (1)若測(cè)定綠光的波長(zhǎng)，應(yīng)選用________色的濾光片．實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)定的物理量有________和________． (2)已知雙縫到光屏之間的距離l＝500mm，雙縫之間的距離d＝0.50mm，單縫到雙縫之間的距離s＝100mm，某同學(xué)在用測(cè)量頭測(cè)量時(shí)，調(diào)整手輪，在測(cè)量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第A條亮紋的中心，然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第B條亮紋的中心，前后兩次游標(biāo)卡尺的讀數(shù)如圖7所示．則入射光的波長(zhǎng)λ＝________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 圖7 (3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測(cè)量，可以采用的改善辦法有________． A．改用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光(如紅光)作為入射光 B．增大雙縫到屏的距離 C．增大雙縫到單縫的距離 D．增大雙縫間距 解析　(1)由于要測(cè)量綠光的波長(zhǎng)，因此應(yīng)用綠色濾光片．由Δy＝λ可知要想測(cè)λ必須測(cè)定雙縫到屏的距離l和條紋間距Δy. (2)游標(biāo)卡尺讀數(shù)精確度為0.1mm，A位置主尺讀數(shù)為11mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為1，讀數(shù)為y1＝11mm＋10.1mm＝11.1mm，同理B位置讀數(shù)為y2＝15.6mm，則條紋間距Δy＝＝0.64mm.利用λ＝Δy＝6.410－7m. (3)由Δy＝λ可知，要增大條紋間距，可用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的入射光或增大雙縫到屏的距離，故選項(xiàng)A、B正確． 答案　(1)綠　雙縫到屏的距離　相鄰條紋間距 (2)6.410－7　(3)AB 對(duì)薄膜干涉的理解 4．關(guān)于薄膜干涉，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．只有厚度均勻的薄膜，才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象 B．只有厚度不均勻的楔形薄膜，才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象 C．厚度均勻的薄膜會(huì)形成干涉條紋 D．觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí)，觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè) 解析　當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí)，只要前后兩個(gè)面反射回來(lái)的光波的路程差滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件，就會(huì)出現(xiàn)明條紋，滿足振動(dòng)減弱的條件就會(huì)出現(xiàn)暗條紋．這種情況在薄膜厚度不均勻時(shí)才會(huì)出現(xiàn)；當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但也發(fā)生干涉現(xiàn)象，如果是單色光照射，若滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件，整個(gè)薄膜前方都是亮的，否則整個(gè)薄膜的前方都是暗的；如果是復(fù)色光照射，某些顏色的光因干涉而減弱，另一些顏色的光會(huì)因干涉而加強(qiáng)，減弱的光透過(guò)薄膜，加強(qiáng)的光被反射回來(lái)，這時(shí)會(huì)看到薄膜的顏色呈某種單色光的顏色，但不形成干涉條紋，故D對(duì)． 答案　D (時(shí)間：60分鐘) 題組一　雙縫干涉現(xiàn)象及干涉圖樣 1．下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說(shuō)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(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源 C．光屏上相距兩縫的路程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 D．照射單縫的單色光的頻率越高，光屏上出現(xiàn)的條紋寬度越寬 解析　單縫的作用是產(chǎn)生一束線光源，兩個(gè)頻率相同的光源稱為相干光源，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；雙縫的作用是產(chǎn)生兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)情況相同的相干光源，選項(xiàng)B正確；路程差等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；頻率越高，波長(zhǎng)越短，條紋寬度越窄，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案　B 2．在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果(　　) A．用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋 B．用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋 C．若僅將入射光由紅光改為紫光，則條紋間距一定變大 D．用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋 解析　用白光做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，A錯(cuò)；用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，B對(duì)；λ變小，Δy變小，C錯(cuò)；紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，D錯(cuò)． 答案　B 3．用a、b兩種單色光分別照射同一雙縫干涉裝置，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖1所示的干涉圖樣，其中圖甲是a光照射形成的，圖乙是b光照射形成的，則關(guān)于a、b兩束單色光，下述說(shuō)法中正確的是(　　) 圖1 A．a(chǎn)光的頻率比b光的大 B．在水中a光傳播的速度比b光的大 C．水對(duì)a光的折射率比b光大 D．b光的波長(zhǎng)比a光的短 解析　從題圖中可以看出，a光的條紋間距小，說(shuō)明a光的波長(zhǎng)小，頻率大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤，A正確；水對(duì)頻率低的單色光的折射率小，即水對(duì)b光的折射率小，選項(xiàng)C正確；折射率小的光在水中的傳播速度大，即b光在水中的傳播速度大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤． 答案　AC 4．一束白光通過(guò)雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是(　　) A．各色光的波長(zhǎng)不同，因而各色光分別產(chǎn)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(qiáng)度不同，造成條紋的間距不同 D．各色光通過(guò)雙縫到達(dá)一確定點(diǎn)的距離不同 解析　各色光的頻率不同，波長(zhǎng)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． 答案　A 5．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出的波長(zhǎng)為589nm的光，在距雙縫1.00m的屏上形成干涉圖樣．圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350cm，則雙縫的間距為(　　) A．2.0610－7m B．2.0610－4m C．1.6810－4m D．1.6810－3m 解析　在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰明條紋間距Δy、雙縫間距d與雙縫到屏的距離l間的關(guān)系為Δy＝λ，則雙縫間距d＝＝m≈1.6810－4m. 答案　C 題組二　明、暗條紋的條件 6．用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)(　　) A．屏到雙縫的路(光)程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 B．屏到雙縫的路(光)程差等于半波長(zhǎng)整數(shù)倍處，可能是亮條紋，也可能是暗條紋 C．屏上的亮條紋一定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方 D．屏上的亮條紋是兩列光波的波峰與波谷相遇的地方 解析　在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏到雙縫的路(光)程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，則可能是兩列光波的波峰與波峰或波谷與波谷相遇的地方，A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；屏到雙縫的路(光)程差等于半波長(zhǎng)整數(shù)倍處，可能是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍(暗條紋)，也可能是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍(明條紋)，B選項(xiàng)正確；兩列光波的波峰與波谷相遇的地方，應(yīng)是暗條紋，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案　AB 7. 圖2 如圖2所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二條暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實(shí)驗(yàn)(其他條件不變)時(shí)，則同側(cè)第二條暗條紋的位置(　　) A．仍在P處 B．在P點(diǎn)上方 C．在P點(diǎn)下方 D．要將屏向雙縫方向移近一些才能看到 解析　由λ＝知f變小，λ變大．若出現(xiàn)第二條暗條紋，則P到雙縫的光(路)程差Δr＝λ，當(dāng)λ變大時(shí)，Δr也要變大，故第二條暗條紋的位置向上移，在P點(diǎn)上方，B正確． 答案　B 8. 圖3 如圖3所示，在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，激光的波長(zhǎng)為5.3010－7m，屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2的路程差為7.9510－7m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是________(選填“亮條紋”或“暗條紋”)，現(xiàn)改用波長(zhǎng)為6.3010－7m的激光進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將________(選填“變寬”、“變窄”或“不變”)． 解析　P點(diǎn)距離兩縫的距離之差是波長(zhǎng)的1.5倍，是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，所以出現(xiàn)暗條紋．由于條紋間距Δy＝(d為兩條狹縫間的距離，l為擋板與屏間距離)波長(zhǎng)變長(zhǎng)，條紋間距變寬． 答案　暗條紋　變寬 題組三　利用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 9．某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，按裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于(　　) A．光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致，相差較大 B．沒(méi)有安裝濾光片 C．單縫與雙縫不平行 D．光源發(fā)出的光束太強(qiáng) 解析　安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要注意：光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合，光源與光屏正面相對(duì)，濾光片、單縫和雙縫要在同一高度，中心位置在遮光筒軸線上，單縫與雙縫要相互平行，才能使實(shí)驗(yàn)成功．當(dāng)然還要使光源發(fā)出的光束不致太暗．綜上所述，可知選項(xiàng)A、C正確． 答案　AC 10．“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4甲所示．測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，已知雙縫與屏的距離為l，雙縫間距為d. 圖4 (1)如圖乙所示，移動(dòng)測(cè)量頭上的手輪，使分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)第1條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪上螺旋測(cè)微器的讀數(shù)y1.轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板的中心刻線向右移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)第4條亮紋的中心，此時(shí)手輪上螺旋測(cè)微器的讀數(shù)y2如圖丙所示，則讀數(shù)y2＝________mm； (2)已知雙縫與屏的距離為l，雙縫間距為d.計(jì)算波長(zhǎng)的公式λ＝________；(用題目中給出的字母表示) (3)對(duì)于某種單色光，為增加相鄰亮紋間的距離，可采取________________或________________的方法． 答案　(1)1.700　(2) (3)減小雙縫間距離　增大雙縫到屏的距離 11．在“雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)分劃板的位置，使分劃板的中心刻線對(duì)齊中央亮條紋的中心，此時(shí)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)如圖5甲所示，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板向一側(cè)移動(dòng)，使分劃板的中心刻線對(duì)齊第3條亮條紋的中心，此時(shí)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)如圖乙所示．已知雙縫間距d＝1.5mm，雙縫到屏的距離l＝1.00m，則被測(cè)光的波長(zhǎng)為多少？ 圖5 解析　題圖甲讀數(shù)為1.130mm，題圖乙讀數(shù)為1.760mm. 相鄰兩條亮條紋的間距 Δy＝mm＝0.210mm. 由Δy＝λ得λ＝＝m＝3.1510－7m. 答案　3.1510－7m 題組四　薄膜干涉 12．下列現(xiàn)象中可以用薄膜干涉來(lái)解釋的是(　　) A．雨后的彩虹 B．水面上的油膜在陽(yáng)光照射下呈彩色 C．陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡形成彩色光帶 D．荷葉上的水珠在陽(yáng)光下晶瑩透亮 解析　雨后的彩虹是三棱鏡的色散現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡形成彩色光帶是光的折射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；水珠在陽(yáng)光下晶瑩透亮是全反射的結(jié)果，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；油膜在陽(yáng)光照射下呈彩色是薄膜干涉的結(jié)果，選項(xiàng)B正確． 答案　B 13. 圖6 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)成空氣尖劈，讓單色光從上方射入，如圖6所示，這時(shí)可以看到亮暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說(shuō)法中正確的是(　　) A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣尖劈膜的上下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由于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) 解析　根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜上下表面反射的兩列光疊加而成的，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，形成亮條紋，所以A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；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)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)條紋的位置與空氣膜的厚度是對(duì)應(yīng)的，當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí)，同一厚度的空氣膜向劈尖移動(dòng)，故條紋向著劈尖移動(dòng)，故C項(xiàng)正確． 答案　AC 14．市場(chǎng)上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時(shí)能使被照物品處產(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)，這種膜能消除不鍍膜時(shí)玻璃表面反射回來(lái)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)，用λ0表示此紅外線在真空中的波長(zhǎng)，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為(　　) A.λ0B.λC.λD.λ0 解析　要消除反射回來(lái)的紅外線，即從薄膜前后表面反射回來(lái)的紅外線發(fā)生干涉，相互抵消，出現(xiàn)暗條紋，即2d＝，解得：d＝，選項(xiàng)B正確． 答案　B