第十三章 光
3 光 的 干 涉
知能要点
1. 通过实验观察光的干涉现象,掌握双缝干涉的规律.
2. 能描述光的干涉的条件及说明明暗条纹产生的条件.
基础巩固 飞跃,这里是最好的起点……
1. 英国物理学家托马斯·杨巧妙地解决了相干光源问题,第一次在实验室观察到了光的干涉现象.如图所示为实验装置简图,M为竖直线光源(长直灯丝钠灯)、N和O均为有狭缝的遮光屏、P为像屏.现有四种不同的带有狭缝的遮光屏,实验时的正确选择是( ).
A. N应选1,O应选2
B. N应选3,O应选4
C. N应选1,O应选4 21cnjy
D. N应选3,O应选2
2. 用绿光做双缝干涉实验,在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹,相邻两条绿条纹间的距离为Δx.下列说法中正确的有( ).
A. 如果增大单缝到双缝间的距离,Δx将增大
B. 如果增大双缝之间的距离,Δx将增大
C. 如果增大双缝到光屏之间的距离,Δx将增大
D. 如果减小双缝的每条缝的宽度,而不改变双缝间的距离,Δx将增大
3. 双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹.屏上O点距双缝S1和S2的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮纹.如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是:①O点是红光的亮条纹;②红光的第一条亮条纹在P点的上方;③O点不是蓝光的亮条纹;④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方.已知红光波长大于绿光波长,绿光波长大于蓝光的波长,据此判断( ).
A. 只有①②正确 B. 只有①④正确
C. 只有②③正确 D. 只有③④正确
4. 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,若分别用频率为f1=5.0×1014 Hz和f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是( ).
A. 单色光f1和f2分别照射时,均出现明条纹
B. 单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹
C. 单色光f1照射时出现明条纹,单色光f2照射时出现暗条纹
D. 单色光f1照射时出现暗条纹,单色光f2照射时出现明条纹
5. 如图所示是双缝干涉实验装置,使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S,在光屏中央P处观察到亮条纹,在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长),现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝,则( ).
A. P和P1仍为亮点 B. P为亮点,P1为暗点
C. P为暗点,P1为亮点 D. P、P1均为暗点21cnjy
6. S1、S2为两个相干光源,发出的光的频率为7.5×1014 Hz,光屏上A点与S1、S2的光程差为1.8×10-6 m.
(1)若S1、S2的振动步调完全一致,则A点出现什么条纹?
(2)若S1、S2的振动步调完全相反,则A点出现什么条纹?
思维拓展 课内与课外的桥梁是这样架起的……
7. 对两列光波在空中叠加,以下说法中正确的是( ).
A. 不同的色光有可能产生干涉现象
B. 不同的色光不可能产生干涉现象
C. 光的强度不同有可能产生干涉现象
D. 光的强度不同不可能产生干涉现象
8. 如图所示,用频率为ν的单色光垂直照射双缝,在光屏上的P点出现第三条暗条纹.已知光速为c,则P点到双缝的距离之差r2-r1应等于( ).
A. B.
C. D.
9. 用某一单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离为0.25 mm,在距离双缝为1.2 m处的光屏上,测得5条亮纹间的距离为7.5 mm,试求所用单色光的波长.21cnjy
10. 如下图表示某双缝干涉的实验装置,当用波长为0.4 μm的紫光做实验时,由于像屏大小有限,屏上除中央亮条纹外,两侧只看到各有3条亮条纹,若换用波长为0.6 μm的橙光做实验,那么该像屏上除中央亮条纹外,两侧各有几条亮条纹?
开放探究 对未知的探究,你也行!
11. 两个狭缝相距0.3 mm,位于离屏50 cm处,现用波长为6 000 A的光照射双缝,求:
(1)两条相邻暗条纹间的距离是多少?
(2)若将整个装置放于水中,那么两条相邻暗纹间的距离是多少?(1 =10-10 m) 21cnjy
12. 如图所示,S1、S2为双缝,S是单色缝光源,当S沿平行于S1和S2的连线向上做微小移动时,中央明条纹将向________移动;若S不动,而在S1后加一很薄的云母片,中央明条纹将向________移动.
走进高考 解剖真题,体验情境。
13.(2013上海高考)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的,其原因是不同色光的
A.传播速度不同 B.强度不同
C.振动方向不同 D.频率不同
14.(2013浙江理综)与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是
A.地球上有人用红色激光照射月球
B.太阳照射到地球的红光反射到月球
C.太阳光中的红光经地球大气层折射到月球
D.太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹
参考答案
3 光 的 干 涉
1. A 解析:本题考查观察光的双缝干涉实验的装置.要产生相干光源应先让光通过单缝,然后通过双缝,且缝的方向与线光源方向一致,故选A.
可见d1=λ1,d2=λ2,故正确的选项应为C.
5. B 解析:从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P点到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P点的路程差为零,因此是亮纹中心.因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P点都是中央亮纹中心.而P1点到S1、S2路程相差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,则两列光波到达P1点振动情况完全一致,振动得到加强,因此出现亮纹.当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1-P1S2|=600 nm=,则两列光波到达P1点时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1点就相互消弱,因此,出现暗条纹.综上所述,选项B正确.
6. (1)暗条纹 (2)亮条纹
解析:(1)由λ=得λ= m=4×10-7 m,==4.5,即路程差为半波长的奇数倍.
若S1、S2的振动步调完全相同,则A点出现暗条纹.
(2)若S1、S2的振动步调完全相反,则路程差为半波长的奇数倍时应为加强点,A点出现亮条纹.
7. B、C 解析:两列光波叠加是否发生干涉现象关键是看两列光是否是相干光,与光的频率、相位、振动方向有关,不同的色光频率一定不相同,所以不可能产生干涉现象,B项正确;光的强度不同则有可能满足相干,光当然能产生干涉现象,C项正确.
8. C 解析:因在光屏上的P点出现第三条暗条纹,P点到双缝的距离之差r2-r1=λ,又因为λ=,所以本题应选C.
9. 3.906×10-7 m
解析:已知Δx==×10-3 m,l=1.20 m,
d=0.25×10-3 m,根据公式Δx=λ得
波长λ=Δx= m
≈3.906×10-7 m.
10. 2 解析: 设用波长为0.4 μm的光入射,条纹宽度为Δx1,则Δx1=λ1,屏上两侧各有3条亮条纹,则屏上第三条亮条纹到中心距离为3Δx1.用0.6 μm光入射,设条纹宽度为Δx2,则Δx2=λ2,设此时屏上有n条亮条纹,
则有nΔx2=3Δx1.
所以nλ2=3λ1.
代入数据解之得n=2,所以两侧各有2条亮条纹.
11. (1)1 mm (2)0.75 mm
解析:本题要求用公式Δx=λ进行计算.
(1)Δx=λ=m=1×10-3 m=1 mm.
(2)λ′==A=4 500A.