高中物理人教版选修3-4 13.3 光的干涉导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 13.3 光的干涉导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 17:21:15 | ||
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文档简介
光的干涉
问题导学
一、杨氏双缝干涉实验
活动与探究1
1．在光的双缝干涉实验中，让一束红色激光（单一频率的光）照射挡板上的两条平行的狭缝，在后面的屏上观察到光的干涉现象，两狭缝为什么需相距很近？杨氏干涉实验时没有激光，他用什么方法获得相干光源的？
2．干涉现象对认识光的本质有什么意义？
迁移与应用1
由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象。这是因为（ ）
A．两个光源发出光的频率不同
B．两个光源发出光的强度不同
C．两个光源的光速不同
D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
二、决定条纹间距的条件
活动与探究2
1．当两个光源与屏上某点的距离之差为零时，该点出现亮条纹还是暗条纹？
2．怎样判断明暗条纹的位置？
迁移与应用2
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．用频率为f1和f2的单色光分别照射时，均出现明条纹
B．用频率为f1和f2的单色光分别照射时，均出现暗条纹
C．用频率为f1的单色光照射时出现明条纹，用频率为f2的单色光照射时出现暗条纹
D．用频率为f1的单色光照射时出现暗条纹，用频率为f2的单色光照射时出现明条纹
当堂检测
1．在杨氏双缝干涉实验装置中，双缝的作用是（ ）
A．遮住过于强烈的灯光
B．形成两个振动情况相同的光源
C．使白光变成单色光
D．使光发生折射
2．以下两个光源可作为相干光源的是（ ）
A．两个相同亮度的烛焰
B．两个相同规格的灯泡
C．双丝灯泡
D．出自一个光源的两束激光
3．如图所示为双缝干涉实验的装置示意图，图甲为用绿光进行实验时屏上观察到的现象，图乙为换用另一颜色的单色光实验时观察到的条纹情况，则下列说法中正确的是（ ）
A．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
B．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
C．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
D．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
4．如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为（ ）
A． B． C． D．
5．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，中央亮纹P的位置略向上移
D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
答案：
课堂·合作探究
问题导学一名师点津
杨氏双缝干涉的装置如图：
1．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。没有激光时，用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。
2．双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝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。
3．干涉是波特有的现象，杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波。
4．两个一般的光源或同一光源的两部分发出的两束光，互相叠加时并不产生干涉现象。
问题导学二名师点津
1．频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。
2．判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源（双缝）的路程差与波长的比值。应记住，路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长的奇数倍处为暗条纹，还要记住这一结论成立的条件是：两个光源振动情况完全相同，即是两个相干光源。
活动与探究1：
1．答案：两狭缝相距很近，使光波通过狭缝时的振动情况总是相同的。用了“一分为二”法，即用强光先照到一条狭缝上，从而获得单一频率的光，再通过双缝，发生了干涉。
2．答案：干涉是波的特征，光的干涉现象说明光是一种波。
迁移与应用1：D 解析：本题考查相干光的条件，题中两光源发的光都是白光，频率不确定，没法比较，选项A错误。光的强度对光是否发生干涉没有影响，选项B错误。光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没影响，选项C错误。两个独立光源，发光的频率是不相同的，不是相干光源，不能产生干涉现象，选项D正确。
活动与探究2：
1．答案：两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍，包括了距离之差为零这种情况。这时出现亮条纹。
2．答案：如图所示，S1、S2是两个狭缝，S1S2＝d，缝到屏的距离为l，l?d，O是S1S2的中垂线与屏的交点。
若两列光波到屏上某点P的路程差（r2－r1）为半波长的偶数倍，这一点将出现亮条纹；若两列光波到某点P的路程差为半波长的奇数倍，这一点将出现暗条纹，即Δx＝±nλ（n＝0,1,2…），出现亮条纹；Δx＝±（2n＋1）（n＝0,1，2…），出现暗条纹。
相邻两条明（或暗）条纹间的距离Δx＝·λ。
迁移与应用2：C 解析：频率为f1的单色光的波长：λ1＝＝m
＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，
频率为f2的单色光的波长
λ2＝＝m
＝0.4×10－6 m＝0.4 μm，
因P点到双缝的距离之差Δx＝0.6 μm＝λ1，所以用f1照射时P点出现亮条纹。Δx＝0.6 μm＝λ2，所以用f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确。
【当堂检测】
1．B 解析：本题考查光的双缝干涉实验装置，双缝的作用是获得相干光源，故正确选项为B。
2．D 解析：相干光源必须满足频率相同、振动方向相同、相位差恒定，只有D选项符合条件。
3．C 解析：由λ＝Δx可知，红光波长较长，条纹间距大。
4．D 解析：在某点产生暗条纹的条件是：光程差r2－r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹，说明r2－r1＝λ，由c＝λf得λ＝，则r2－r1＝。
5．D 解析：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，若单缝S稍微向上移动，由单缝S发出的光经双缝到达屏上P点下方某点的路程差为零，故中央亮纹下移。
问题导学
一、杨氏双缝干涉实验
活动与探究1
1．在光的双缝干涉实验中，让一束红色激光（单一频率的光）照射挡板上的两条平行的狭缝，在后面的屏上观察到光的干涉现象，两狭缝为什么需相距很近？杨氏干涉实验时没有激光，他用什么方法获得相干光源的？
2．干涉现象对认识光的本质有什么意义？
迁移与应用1
由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象。这是因为（ ）
A．两个光源发出光的频率不同
B．两个光源发出光的强度不同
C．两个光源的光速不同
D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
二、决定条纹间距的条件
活动与探究2
1．当两个光源与屏上某点的距离之差为零时，该点出现亮条纹还是暗条纹？
2．怎样判断明暗条纹的位置？
迁移与应用2
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．用频率为f1和f2的单色光分别照射时，均出现明条纹
B．用频率为f1和f2的单色光分别照射时，均出现暗条纹
C．用频率为f1的单色光照射时出现明条纹，用频率为f2的单色光照射时出现暗条纹
D．用频率为f1的单色光照射时出现暗条纹，用频率为f2的单色光照射时出现明条纹
当堂检测
1．在杨氏双缝干涉实验装置中，双缝的作用是（ ）
A．遮住过于强烈的灯光
B．形成两个振动情况相同的光源
C．使白光变成单色光
D．使光发生折射
2．以下两个光源可作为相干光源的是（ ）
A．两个相同亮度的烛焰
B．两个相同规格的灯泡
C．双丝灯泡
D．出自一个光源的两束激光
3．如图所示为双缝干涉实验的装置示意图，图甲为用绿光进行实验时屏上观察到的现象，图乙为换用另一颜色的单色光实验时观察到的条纹情况，则下列说法中正确的是（ ）
A．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
B．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
C．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
D．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
4．如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为（ ）
A． B． C． D．
5．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，中央亮纹P的位置略向上移
D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
答案：
课堂·合作探究
问题导学一名师点津
杨氏双缝干涉的装置如图：
1．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。没有激光时，用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。
2．双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝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。
3．干涉是波特有的现象，杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波。
4．两个一般的光源或同一光源的两部分发出的两束光，互相叠加时并不产生干涉现象。
问题导学二名师点津
1．频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。
2．判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源（双缝）的路程差与波长的比值。应记住，路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长的奇数倍处为暗条纹，还要记住这一结论成立的条件是：两个光源振动情况完全相同，即是两个相干光源。
活动与探究1：
1．答案：两狭缝相距很近，使光波通过狭缝时的振动情况总是相同的。用了“一分为二”法，即用强光先照到一条狭缝上，从而获得单一频率的光，再通过双缝，发生了干涉。
2．答案：干涉是波的特征，光的干涉现象说明光是一种波。
迁移与应用1：D 解析：本题考查相干光的条件，题中两光源发的光都是白光，频率不确定，没法比较，选项A错误。光的强度对光是否发生干涉没有影响，选项B错误。光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没影响，选项C错误。两个独立光源，发光的频率是不相同的，不是相干光源，不能产生干涉现象，选项D正确。
活动与探究2：
1．答案：两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍，包括了距离之差为零这种情况。这时出现亮条纹。
2．答案：如图所示，S1、S2是两个狭缝，S1S2＝d，缝到屏的距离为l，l?d，O是S1S2的中垂线与屏的交点。
若两列光波到屏上某点P的路程差（r2－r1）为半波长的偶数倍，这一点将出现亮条纹；若两列光波到某点P的路程差为半波长的奇数倍，这一点将出现暗条纹，即Δx＝±nλ（n＝0,1,2…），出现亮条纹；Δx＝±（2n＋1）（n＝0,1，2…），出现暗条纹。
相邻两条明（或暗）条纹间的距离Δx＝·λ。
迁移与应用2：C 解析：频率为f1的单色光的波长：λ1＝＝m
＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，
频率为f2的单色光的波长
λ2＝＝m
＝0.4×10－6 m＝0.4 μm，
因P点到双缝的距离之差Δx＝0.6 μm＝λ1，所以用f1照射时P点出现亮条纹。Δx＝0.6 μm＝λ2，所以用f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确。
【当堂检测】
1．B 解析：本题考查光的双缝干涉实验装置，双缝的作用是获得相干光源，故正确选项为B。
2．D 解析：相干光源必须满足频率相同、振动方向相同、相位差恒定，只有D选项符合条件。
3．C 解析：由λ＝Δx可知，红光波长较长，条纹间距大。
4．D 解析：在某点产生暗条纹的条件是：光程差r2－r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹，说明r2－r1＝λ，由c＝λf得λ＝，则r2－r1＝。
5．D 解析：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，若单缝S稍微向上移动，由单缝S发出的光经双缝到达屏上P点下方某点的路程差为零，故中央亮纹下移。