鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第5章 章末综合提升学案

[巩固层·知识整合]
[提升层·能力强化]
光的干涉与衍射的比较
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，即必须是相干光源 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或比波长更小(明显衍射的条件)
典型实验 杨氏双缝实验、薄膜干涉 单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)
图样特点 中央明纹，两边等间距分布的明暗相间条纹 中央最宽最亮，两边不等间距分布的明暗相间条纹
应用 检查平面、增透膜、测定波长
【例1】　(多选)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图像更清晰．如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况．下列说法正确的是(　　)
A．当做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．当做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．当做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．当做双缝实验时，光强分布图如丙所示
AD　[当做单缝实验时，中间是亮条纹，往两侧条纹亮度逐渐降低，且亮条纹的宽度不等，所以其光强分布图如乙所示，A项正确，B项错误；当做双缝实验时，在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹，所以其光强分布图如丙所示，C项错误，D项正确．]
[一语通关]　
如何分析干涉、衍射图样
在分析干涉、衍射图样时，主要注意图样条纹宽度的情况：若条纹宽度相等，则是干涉条纹，若中间条纹最宽，两边越来越窄，则是衍射条纹．
光的波动性的应用
光是一种横波，光经过双缝时会发生双缝干涉，光经薄膜反射会发生薄膜干涉，光经过小孔或狭缝会发生衍射，光经过偏振片后的强度会发生变化，如何利用光的这些不同的特性呢？
1．利用光的双缝干涉测光的波长等物理量
单色光发生双缝干涉时会在屏上形成明暗相间的条纹，且条纹间距满足公式Δy＝λ；若已知Δy、l、d则可求λ，若已知l、d、λ则可求Δy.
2．利用光的薄膜干涉检查薄膜厚度变化或检查工件表面是否平整，还可使光增透或增反．
在薄膜干涉图样中，同一条纹对应同一厚度的薄膜，所以条纹形状与薄膜等厚线的形状一致．
3．利用单缝衍射确定缝宽
单缝衍射的条纹宽度与缝宽和波长有确定的关系，根据条纹宽度变化即可确定缝宽变化情况．
4．利用偏振片改变光的强度
自然光经镜面反射后的反射光为偏振光，偏振片的偏振化方向与光的偏振方向的夹角不同，透过偏振片的光强度也就不同，根据这一原理可以有效地减少反射光的影响．
【例2】　关于光现象及其应用，下列说法正确的是(　　)
A．汽车灯光夜间照着自行车“尾灯”，就变得十分明亮，是利用了光的折射
B．照相机的镜头表面镀有一层膜，使照相效果更好，是利用了光的衍射
C．用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的干涉
D．抽制高强度纤维细丝，可用激光监控其粗细，是利用了光的偏振
C　[自行车“尾灯”为全反射棱镜，利用光的全反射现象，故A不符合题意；照相机镜头表面镀有一层增透膜是利用了光的薄膜干涉现象，故B不符合题意；用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的薄膜干涉现象，故C符合题意；激光束越过细丝时产生的衍射条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同．观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，故D不符合题意．]
[培养层·素养升华]
制造美丽的肥皂泡
首先用铁丝做成一个大环，接着用大容器盛满肥皂水，大环放进容器中，沾满肥皂水后提出来，小心别让肥皂薄膜破了．慢慢地挥动铁环，让风力将肥皂水膜鼓胀为大肥皂泡泡．最好在肥皂水中添加少许淀粉或糖浆、蛋白、汽油等来强化肥皂水膜．如果没有大铁环，可以找来吸管，蘸上肥皂水也可以吹出泡泡来．
[设问探究]
1．肥皂泡上的五颜六色是光的色散吗？为什么？
2．用铁环粘上肥皂液，用白炽灯光照射，从反射光的方向去看，呈现如图所示的现象，最上部是较宽的黑色条纹，其下是若干彩色条纹图．
讨论：为什么肥皂膜最上面的区域都是黑色的？
提示：1.不是光的色散，而是薄膜干涉形成的，由于重力的作用，肥皂泡膜上面的薄，下面的厚，前后表面的反射光干涉形成彩色条纹．
2．由于重力作用，肥皂液逐渐向下流动，形成上薄下厚的形状，上部的肥皂膜变得越来越薄，当厚度小于所有可见光的波长的1/4时，从膜的前表面反射回来的光和从后表面反射回来的光的光程差总小于1/2波长，叠加的结果都不会达到加强，而且两个表面反射回来的光的能量与透射光的能量相比都很小，所以看起来是黑色．
[深度思考]
(多选)如图所示是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，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．薄膜上干涉条纹基本上是水平的
B．用蓝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膜前后表面两反射光叠加减弱产生的
D．从右侧向左看，可以看到干涉条纹
ABC　[薄膜干涉是等厚干涉，同一条纹厚度相同，故条纹是水平的，故A正确；条纹间距与光的波长成正比，由于蓝光波长短，故蓝光条纹间距小，故B正确；由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加，干涉条纹间的暗纹是由于膜前后表面两反射光叠加减弱产生的，选项C正确；前后表面的反射光在前表面发生叠加，所以在薄膜的左侧出现条纹，从右侧向左看，不可以看到干涉条纹，选项D错误．]
[素养点评]　
生活中经常看见小孩子玩吹肥皂泡的游戏，肥皂泡漂浮在空气中，在阳光下呈现彩虹般的五颜六色，其中的道理就是物理中的薄膜干涉，通过学习薄膜干涉，理解了肥皂泡呈彩色的原因，通过对生活现象的物理分析，培养学生学习物理的兴趣．
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