5.1 光的干涉 课件 (1)

课件99张PPT。【例1】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,试分析判断P点应出现明条纹还是暗条纹?分别为第几条亮纹或暗纹?【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：【标准解答】如图所示,双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差Δx=S2S2′,当Δx等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现明条纹；当Δx等于单色光半个波长的奇数倍时，S2达到波峰时，S1达到波谷，这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹.单色光f1的波长
单色光f2的波长可见Δx1=λ1,Δx2= λ2.可见，用单色
光f1照射时，P处应出现亮条纹，且为第
一条亮纹；用单色光f2照射时，P处应出
现暗条纹，且为第二条暗纹.【变式训练】如图所示，杨氏双缝干涉实验中，如果光屏上的P点是亮条纹，那么光波从缝S1、S2到P点的路程差δ应是（ ）
A.波长的整数倍
B.半波长的整数倍
C.只是波长的奇数倍
D.只是半波长的奇数倍【解析】选A.对于两个相同的光源，光的路程差是半个波长的偶数倍即波长的整数倍时屏上出现亮条纹；光的路程差是半个波长的奇数倍时，屏上出现暗条纹.A正确，B、C、D错误.【例2】在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如图所示.双缝间的距离d=3 mm.(1)若测定红光的波长，应选用____色的滤光片.实验时需要测定的物理量有：____和____.
(2)若测得双缝与屏之间距离为0.70 m,通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如图(a)所示，观察到第5条亮纹的位置如图(b)所示.则可求出红光的波长λ= ____ m.(保留一位有效数字)【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：【自主解答】(1)测红光波长应选红色滤光片，因为红
色滤光片能透过红光.由Δy= λ知，需测双缝到屏的距离l和条纹间距离Δy,最后算出λ.
（2）Δy= (1.508-0.508)×10-3 m
=2.5×10-4 m，
λ= ≈1×10-6 m.
答案：(1)红 双缝到屏的距离l
条纹间距离 (2)1×10-6【例3】关于光在竖直肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下列说法中正确的是
A.干涉条纹的产生是由于光在薄膜前后两表面发生反射，形成的两列光波叠加的结果
B.若出现明暗相间的条纹相互平行，说明肥皂膜的厚度是均匀的
C.用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射间距小
D.薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的【标准解答】选A、C.要想产生干涉现象，必须有两列相干光源.在肥皂膜干涉中，薄膜前后两表面反射的光正好是两个相干光源，它们相互叠加形成干涉条纹，所以选项A正确.
肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均匀的，并且厚度均匀的薄膜是不会出现干涉条纹的（若厚度相同，路程差处处相等，两列波叠加后，若是加强，处处光线加强，若是减弱，处处光线减弱，不会出现明暗相间条纹），所以选项B错误.波长越短的光波，对同一装置，干涉条纹越窄.绿光的波长小于黄光的波长，所以绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射的间距小.选项C正确.
出现亮、暗条纹的位置与薄膜厚度有关，对于某位置，若光线叠加后加强，则与此等厚度的位置反射光线叠加都加强，从而形成亮条纹.对暗条纹也是一样道理.由于薄膜同一水平线上的厚度相同，因此干涉条纹基本上是水平的，所以选项D错误.故选A、C.【变式训练】（2010·聊城高二
检测）如图所示是用光学的方法
来检查一物体表面光滑程度的装
置，其中A为标准平板，B为被检查其表面光滑程度的物体，C为单色入射光，如果要说明能检查平面光滑程度的道理，则需要用到下列哪些光学概念（ ）
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】选A.此装置是应用了薄膜干涉在标准平板和被检查表面间有一楔形的空气膜,用单色光照射时,入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹.若干涉条纹平行则表面光滑,由以上分析可知,如果要说明能检查平面光滑程度,需用到光的反射和光的干涉两个概念,A正确,B、C、D错误.1.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不等的
B.在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变宽
C.只有频率相同的两列光波才能产生稳定的干涉图样
D.频率不同的两列光波也能产生稳定的干涉图样【解析】选C.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，A错误；入射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，因此，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变窄，故B错误.两列波产生干涉时，频率必须相同，故C正确，D错误.2.取两块平玻璃板，合在一起用手捏紧，会从玻璃板上看到彩色条纹，这是光的干涉现象，有关这一现象的叙述正确的是( )
A.这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果
B.这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果
C.这是上面一块玻璃板的上、下两表面的反射光干涉的结果
D.这是下面一块玻璃板的上、下两表面的反射光干涉的结果【解析】选B.形成干涉条纹是有一定条件的，即两列
相干光的光程差需要连续变化，当Δr=kλ,k=0,1,2,
…时，形成明条纹，当Δr=(2k+1) k=0,1,2,…时，
形成暗条纹，当入射光是白光时，就会形成彩色条纹，对平板玻璃来说，每一块平板玻璃上下表面都是平行的，故不具备产生干涉条纹的条件，而中间的空气膜
则可能具备这一条件，故应选B.3.利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄
B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
E.去掉滤光片后，干涉现象消失
其中正确的是____.【解析】选A、B、D.由干涉条纹间距公式Δy= λ(d
为双缝间的距离，l是双缝到屏的距离)可知，A项中l减小，Δy变小；B项中λ变大，Δy变大；D项中d变大，Δy变小.故A、B、D正确.4.（2010·郑州高二检测）在双缝干涉实验中，已知双缝间距为0.20 mm，在离缝1 m远的屏上测得第1条亮条纹中心到第4条亮条纹中心的距离为7.50 mm，条纹间距是多少？所用单色光的波长是多少？【解析】条纹间距为Δy= mm=2.50 mm
由Δy= λ得
λ= Δy
= ×2.50×10-3 m=5.0×10-7 m
答案：2.50 mm 5.0×10-7 m一、选择题（本大题共7小题，每小题4分，共28分）
1.双缝干涉实验中观察到红光的干涉图样是（ ）
A.一系列明暗相间的同心圆
B.一些杂乱无章的点
C.平行、等间距的明暗相间条纹
D.条纹中间宽、两边窄
【解析】选C.单色光的双缝干涉条纹为平行、等距、明暗相间的条纹，C正确，A、B、D错误.2.“用双缝干涉测光的波长”实验中，为使光屏上单色光的条纹间距减小，可采取的措施是( )
A.换用缝距大些的双缝片
B.换用缝距小些的双缝片
C.适当调大双缝与屏的距离
D.适当调小双缝与屏的距离【解析】选A、D.根据公式Δy= λ可知，增大双缝间距d或减小双缝跟屏的距离l，都会使单色光的干涉条纹间距Δy减小，故选A、D.3.在双缝干涉实验中，以下说法正确的是( )
A.狭缝屏的作用是使入射光线到达双缝屏时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源
B.若入射光是白光，像屏上产生的条纹是黑白相间的干涉条纹
C.像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，该点处一定是亮条纹
D.双缝干涉图样中,亮条纹之间距离相等，暗条纹之间距离不相等【解析】选A.双缝干涉实验中，狭缝屏的作用就是产
生一个线光源，使得光到达双缝时，使双缝振动情况
完全相同，形成一对相干光源，选项A正确；由实验现
象知，入射光是白光时，屏上产生的是彩色条纹，选项
B错误；屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，即半波长的奇数倍，应为暗条纹，选项C错误；
由Δy= λ知，干涉条纹不管是明条纹之间，还是暗条纹之间都是等间距的，选项D错误.4.关于用单色光做“双缝干涉”实验，以下说法正确的是( )
A.入射光波长越长，干涉条纹间距越大
B.入射光频率越高，干涉条纹间距越大
C.把入射光由绿光变成紫光，干涉条纹间距变小
D.把入射光由绿光变成红光，干涉条纹间距变小【解析】选A、C.由Δy= λ知，对于一确定的双缝干涉实验装置，单色光干涉条纹间距Δy跟波长λ成正比，由c=λf知光波的频率f越大，λ越小，Δy越小；紫光的波长比绿光小，干涉条纹间距比绿光的小；红光的波长最大，干涉条纹间距最大.A、C正确，B、D错误.5.如图所示是用干涉法检查某块厚
玻璃块的上表面是否平整的装置.所
用单色光是用普通光源加滤光片产
生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（ ）
A.a的上表面和b的下表面
B.a的上表面和b的上表面
C.a的下表面和b的上表面
D.a的下表面和b的下表面【解析】选C.该题主要考查对薄膜干涉的认识和理解，样板和厚玻璃之间存在楔形空气薄膜，用单色光从这个空气薄膜上表面照射，入射光从空气薄膜的上、下表面反射回的两列光波形成干涉条纹.空气薄膜的上、下表面就是a的下表面和b的上表面.C正确，A、B、D错误，选C.6.(2009·沈阳高二检测)在研究材料
A的热膨胀特性时，可采用如图所示的
干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，
在A的上方放一个透明的平行板B，B与A
上表面平行，在它们之间形成一个厚度
均匀的空气膜.现在用波长为λ的单色
光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化，当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮.则
( )A.出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强
B.出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消
C.温度从t1升到t2的过程中，A的高度可能增加
D.温度从t1升到t2的过程中，A的高度可能增加【解析】选C.A、B间形成一层空气膜，光经空气膜的
上下表面反射后加强则出现最亮，减弱则出现最暗，故
A、B均错，温度从t1升到t2的过程中，光经空气膜两表
面反射，其路程差Δx=λ=2Δd，所以空气膜变化了
Δd= 故A的高度增加了 所以C对，D错.7.下列对增透膜的叙述中，你认为不正确的是（ ）
A.摄像机的镜头上涂一层增透膜后，可提高成像质量
B.增透膜是为了增加光的透射，减少光的反射
C.增透膜的厚度应为入射光在薄膜介质中波长的
D.增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的【解析】选D.当增透膜的厚度为入射光在薄膜介质中
波长的 时，膜前、后两个面上反射的光发生干涉，相互抵消，从而有效地增强了透射光的强度.A、B、C正确.D错误，选D.二、非选择题（本题共3小题，共22分）
8.（7分）用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：
A.白炽灯，B.单缝片，C.光屏，D.双缝，E.滤光片（其中双缝和光屏连在遮光筒上）.
（1）把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A （A已写好）.（2）正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有____大于____.【解析】双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，或把它们全部倒过来，因本题第一项已经填好，故答案是惟一的.
由Δy= λ知，波长越长，条纹越宽，间距越大，或由干涉条纹的特征均可得出a一定大于b.
答案：（1）EBDC (2)a b9.（2010·江苏高考）（7分）
如图所示，在杨氏双缝干涉实
验中，激光的波长为5.30×
10-7m，屏上P点距双缝S1和S2的
路程差为7.95×10-7m，则在这
里出现的应是____ （选填“明条纹”或“暗条纹”）.现改用波长为6.30×10-7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将____（选填“变宽”、“变窄”或“不变”）.【解析】由 可知，路程差是半波长的奇
数倍，是暗条纹.由Δy= λ变大，λ变大，Δy变宽.
答案：暗条纹 变宽10.（8分）在做双缝干涉实验时，用波长λ1=0.60 μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上，结果发现已知波长的第4级明条纹和未知波长的第5级明条纹重合，则未知光的波长是多长？【解析】设未知光的波长为λ2，出现明条纹的条件
是： k=0,±1,±2，…，有：
依题意有x4= 故
答案：0.48 μm1.如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是
( )A.丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D.丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短【解析】选A.根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长， 同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光波长长,因此选项B、C、D错误,A正确.2.(2008·上海高考)用如图所示
的实验装置观察光的薄膜干涉现
象.图(a)是点燃的酒精灯(在灯
芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附
着一层肥皂液薄膜的金属丝圈.
将金属丝圈在其所在的竖直平面
内缓慢旋转，观察到的现象是( )A.当金属丝圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属丝圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属丝圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持原来状态不变【解析】选D.在该实验中，产生干涉的是在肥皂液薄膜的前后两表面的两束反射光，随着金属丝圈的转动，薄膜在竖直方向的厚度分布情况不变,光在肥皂液薄膜的同一位置处，前后两表面两束反射光的光程差并没有变，等于该处厚度的两倍，所以原来是亮纹的仍然是亮纹，原来是暗纹的仍然是暗纹，因此干涉条纹保持原来状态不变，因此D项正确，其他选项均不对.3.在双缝干涉实验中，对于一定频率的光而言，下列说法正确的是( )
A.保持双缝间距离不变，双缝到屏的距离越近，干涉条纹越清晰
B.保持双缝到屏的距离不变，双缝间距越大，干涉条纹越清晰
C.屏与双缝的距离跟双缝间距离之比越小，干涉条纹越清晰
D.屏与双缝的距离跟双缝间距离之比越大，干涉条纹越清晰【解析】选D.“清晰”指干涉条纹间的距离的大小，条纹间距离越大，越清晰.当用给定的单色光做实验时，双缝间距越小，双缝到屏的距离越大，相邻两条亮（或暗）条纹间距离越大，即干涉条纹越清晰，故选项D正确.4.如图所示，在用单色光做双缝
干涉实验时，若单缝S从双缝S1、
S2的中央对称轴位置处稍微向上
移动，则( )
A.不再产生干涉条纹
B.仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C.仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置略向上移
D.仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置略向下移【解析】选D.本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零,故中央亮纹下移.A、B、C错误，D正确.5.如图所示,一束白光从左侧射入肥皂薄膜,
下列说法正确的是（ ）
A.人从右侧向左看，可以看到彩色条纹
B.人从左侧向右看，可以看到彩色条纹
C.彩色条纹水平排列
D.彩色条纹竖直排列【解析】选B、C.一束白光从左侧射到薄膜上，经前后两个面反射回来的光相遇，发生干涉现象，我们由左向右看，可看到彩色条纹，B正确，A错误，又由于同一水平线上的薄膜厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的.C正确，D错误.6.用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）
A.相邻干涉条纹之间的距离相等
B.中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍
C.屏与双缝之间的距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D.在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距【解析】选A.因为相邻两条亮纹（或暗纹）间的距
离Δy= λ，其中d为双缝间的距离，l为双缝到屏的距离，λ为光波波长，可见相邻干涉条纹之间的距离相等.A正确，B、C错误.因为λ红>λ蓝，所以Δy红>Δy蓝，故D错误.7.如图所示，某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时（图a），游标卡尺的示数为0.03 cm，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时（图b），游标卡尺的示数如图c所示，已知双缝间距离为0.2 mm，从双缝到屏的距离为0.75 m.则图c中游标卡尺的示数为____ cm，所测光波的波长为____nm.【解析】c中卡尺读数为9.4 mm=0.94 cm，
由于Δy= λ得：
λ= Δy
而Δy= ×10-2 m，
故λ= × ×10-2 m
=607 nm.
答案：0.94 6078.用波长为0.51 μm的绿光经双缝干涉装置在屏上得到干涉条纹，测得相邻两明条纹的间距为0.50 mm，将该装置放入水中并改用红光做双缝干涉实验，测得干涉条纹相邻两明条纹间距离为0.55 mm.若水的折射率为4/3，求红光的频率.【解析】根据Δy= 知Δy∝λ,红光在水中的波长
λ水= ×0.51 μm=0.56 μm.
根据n=λ气/λ水
得红光在空气中的波长
λ气=λ水n.
又λ气=c/ν,
即红光的频率
代入数据得ν=4.0×1014 Hz.
答案：4.0×1014 Hz本部分内容讲解结束