第五章 光的干涉 学案 —2020-2021学年教科版高中物理选修3-4word版含答案

光的干涉
一、对光的干涉的简单问题判断★★★☆☆☆
下列哪些属于光的干涉现象(　　)
A．雨后美丽的彩虹
B．对着日光灯，从两铅笔的缝中看到的彩色条纹
C．阳光下肥皂泡上的彩色条纹
D．光通过三棱镜产生的彩色条纹
答案　C
解析　雨后的彩虹、光通过三棱镜产生的彩色条纹都是光的折射现象，两铅笔的缝中看到的彩色条纹是光的单缝衍射现象，阳光下肥皂泡上的彩色条纹是肥皂泡的前后表面反射光干涉造成的，C正确．
下列有关光现象的理解，正确的是（　　）
A．光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大
B．汽车尾灯为红色，是因为红光比其它可见光波长长，易发生干涉
C．照相机镜头镀上一层增透膜，是为了使拍摄的景物呈淡紫色
D．泊松亮斑是光的干涉现象
【解答】解：A、光导纤维丝，是利用光的全反射现象，由全反射条件，可知，则其的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故A正确；
B、根据红光的波长比其它可见光长，更容易发生衍射现象，故B错误；
C、在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在垂直入射时相互抵消，这时光谱中其它频率的光将大部分抵消，因此，进入镜头的光有很多，但以抵消绿光为主，这样照相的效果更好．对于增透膜，有约1.3%的光能量会被反射，再加之对于其它波长的光，给定膜层的厚度是这些光在薄膜中的波长的倍，从薄膜前后表面的反射绿光相互抵消，镜头呈淡紫色，故C错误；
D、泊松亮斑是光绕过障碍物继续传播的现象，是衍射现象，故D错误；
故选：A．
　
在水面下同一深处的两个点光源P、Q发出不同颜色的光，在水面上P光照亮的区域大于Q光照亮的区域，下列说法正确的是（　　）
A．在真空中P光的传播速度更大
B．P光在水中的传播速度小于Q光在水中的传播速度
C．让P光和Q光通过同一双缝干涉装置，P光的条纹间距小于Q光
D．P光发生全反射的临界角大于Q光发生全反射的临界角
【解答】解：在水面下同一深处的两个点光源P、Q发出不同颜色的光，在水面上P光照亮的区域大于Q光照亮的区域，知P光发生全反射的临界角大，
根据sinC=，知P光的折射率小，则P光的频率小
A、在真空中它们的传播速度相等，故A错误；
B、根据v=知，P光的折射率小，则P光在水中的传播速度大．故B错误．
C、因为P光的频率小，则波长长，根据△x=λ知，P光产生的条纹间距大．故C错误．
D、由上分析可知．故D正确．
故选：D．
【过关检测】
下列有关光现象的理解，正确的是（　　）
A．泊松亮斑是光的干涉现象
B．光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大
C．照相机镜头镀上一层增透膜，是为了使拍摄的景物呈淡紫色
D．汽车尾灯为红色，是因为红光比其它可见光波长长，易发生干涉
【解答】解：A、泊松亮斑是光绕过障碍物继续传播的现象，因此属于光的衍射现象，故A错误；
B、在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射原理，则光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率．故B正确；
C、照相机镜头镀上一层增透膜，是利用光的干涉现象，增加透射，减少反射，不是为了使拍摄的景物呈淡紫色．故C错误．
D、汽车尾灯为红色，是因为红光比其它可见光波长长，易发生衍射，故D错误．
故选：B．
关于下列光学现象，说法正确的是(　　)
A．水中蓝光的传播速度比红光快
B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射
C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深
D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽
答案　CD
解析　本题考查光速、光的全反射、折射、双缝干涉等知识．在同一种介质中，波长越短，波速越慢，故红光的传播速度比蓝光大，选项A错误；光从空气射向玻璃是从光疏介质射向光密介质，不能发生全反射，选项B错误；在岸边观察水中的鱼，由于光的折射，鱼的实际深度比看到的深度要深，选项C正确；在空气中红光的波长比蓝光要长，根据Δx＝λ可知红光的双缝干涉条纹间距大，选项D正确．
二、双缝干涉★★★★☆☆
1．产生条件
两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．
2．杨氏双缝干涉
(1)原理图如图所示
(2)亮、暗条纹的条件．
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．
a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹．
b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．
②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)．
③条纹间距公式：Δx＝λ.
在光的双缝干涉现象中，下列描述中正确的是(　　)
A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光
B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的紫光
C．相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
D．在双缝干涉现象中，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽
答案　A
解析　条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确，B错．双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等间距的，故C错．红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，故D错．
如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6
m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4×10－7
m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7
m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°；
(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．
解析　(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝，得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7
m＝6×10－7
m
根据路程差Δr＝2.1×10－6
m，可知N1＝＝＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．
(2)根据临界角与折射率的关系sin
C＝得n＝＝
由此可知，B光在空气中波长λ3为：
λ3＝nλ介＝×3.15×10－7
m＝5.25×10－7
m
路程差Δr和波长λ3的关系为：N2＝＝＝4
可见，用B光做光源，P点为亮条纹．
(3)若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．
答案　(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)见解析
一束平行光照射在双缝上，在缝后屏上得到干涉条纹，下列说法中正确的是（　　）
A．增大双缝到屏的距离，条纹间距变大
B．入射光波长变短，光强不变，条纹间距不变
C．入射光频率变化时条纹间距跟着变化
D．在水里做双缝干涉实验，同样条件下的条纹间距会变化
【解答】解：A、根据△x=可得增大双缝到屏的距离L，条纹间距变大，故A正确．
B、入射光的强度与入射光的波长无关，故入射光的强度改变，但波长变短时，条纹间距减小．故B错误．
C、入射光的频率改变时，入射光的波长就发生改变，则条纹间距会随之发生改变，故C正确．
D、在水里做双缝干涉实验，使光的传播速度变小，由于光的频率不变，故波长变小，所以条纹间距变小，故D正确．
故选：ACD
如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　)
A．增大S1与S2的间距
B．减小双缝屏到光屏的距离
C．将绿光换为红光
D．将绿光换为紫光
答案　C
解析　据光的干涉产生的条纹间距满足的关系Δx＝可知，增大S1与S2的间距，条纹间距减小，A选项错误；减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，B选项错误；将绿光换成红光，波长增大，条纹间距增大，C选项正确；绿光换成紫光，波长减小，条纹间距减小，D选项错误．
下列说法正确的是
（　　）
A．在高速运动的火箭上的人认为火箭的长度并没有改变
B．两种单色光相遇，在相遇的空间一定会叠加，所以会发生干涉现象
C．在杨氏双缝干涉实验中，用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
D．当光从折射为n1的介质射向折射率为n2的介质时，若n1＜n2，则有可能发生全反射现象
E．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象
【解答】解：A、在高速运动的火箭上的人与火箭具有相等的速度，当他以自己为参考系时，火箭相对于他的速度是0，所以火箭的长度并没有改变．故A正确．
B、两种单色光相遇，在相遇的空间一定会叠加，只有频率相同时才会发生干涉现象，故B错误．
C、在杨氏双缝干涉实验中，用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹，故C正确．
D、当光从折射率为n1介质射向折射率为n2的介质时，若n1＜n2，不可能发生全反射现象，故D错误．
E、通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹这种现象是光的单缝衍射现象，故E正确．
故选：ACE．
下列说法正确的是（　　）
A．水面上的油膜在太阳光照射下呈现彩色，是光的干涉现象
B．紫外线可杀菌消毒是因为它有较强的热效应
C．红光和黄光分别通过同一双逢干涉装置，红光形成的相邻亮条纹间距小
D．观察者相对于频率一定的声源运动时，接收到声波的频率与波源频率相同
【解答】解：A、水面上的油膜呈现彩色是光的薄膜干涉现象．故A正确．
B、紫外线具有杀菌作用，可利用紫外线消毒．故B错误．
C、红光和黄光分别通过同一双逢干涉装置，根据公式：可知，波长比较长的红光形成的相邻亮条纹间距大．故C错误．
D、声源向静止的观察者运动时，产生多普勒效应，则观察者接收到的频率大于声源的频率．故D错误．
故选：A．
如图所示，为黄光、蓝光分别通过同一干涉装置形成的干涉条纹中心部分，则以下说法正确的是（　　）
A．图甲为黄光产生的干涉条纹
B．图甲为蓝光产生的干涉条纹
C．从同一介质射向真空，图甲所示的光临界角大
D．从同一介质以相同入射角射向真空，图甲所示的光折射角大
【解答】解：A、B、干涉条纹的间距与波长成正比，黄光的波长比蓝光长，则知图甲为蓝光产生的干涉条纹．故A错误，B正确；
C、介质对蓝光的折射率大于对黄光的折射率，由临界角公式sinC=知，蓝光的临界角小于黄光的临界角，则若将两种颜色的光以同样的入射角入射到两种物质的介面上，甲图甲所示的光临界角小．故C错误；
D、从同一介质以相同入射角射向真空，n=，蓝色光的折射率大，所以图甲所示的光折射角大，故D正确．
故选：AD．
【过关检测】
在已调节好的双缝干涉实验装置中，观察甲、乙两种不同的单色光的干涉图样（仅更换单色光），如图甲、乙所示．比较甲、乙单色光．下列说法正确的是（　　）
A．甲光的频率较高
B．甲光的波长较长
C．同一介质对甲光的折射率较小
D．甲、乙两种光在同一介质中的光速相等
【解答】解：A、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=λ，知乙图条纹间距大，则乙光的波长较长．根据f=
知，乙光的频率较小，则折射率小，甲光的频率较高，
故A正确，BC错误；
D、根据v=知，乙光在同一介质中的传播速度较大．故D错误．
故选：A．
图a、图b为两次用单色光做双缝干涉实验时，屏幕上显示的图样，图a条纹间距明显大于图b，比较这两次实验，下列说法正确的是（　　）
A．若光屏到双缝的距离相等，则图a对应的波长较大
B．若光源、双缝间隙相同，则图a光屏到双缝的距离较大
C．若光源、光屏到双缝的距离相同，则图a双缝间隙较小
D．若在相同条件下，图a的光更容易产生明显的衍射现象
【解答】解：A、a光的条纹间距大，光屏到双缝的距离相等，由于双缝间的距离未知，故无法比较波长的大小．故A错误．
B、若光源、双缝间隙相同，根据双缝干涉条纹的间距公式△x=知d以及波长相等，图a的条纹间距大，则图a光屏到双缝的距离大．故B正确．
C、若光源、光屏到双缝的距离相同，根据双缝干涉条纹的间距公式△x=知L以及波长相等，图a的条纹间距大，则图a双缝的间距小．故C正确．
D、若光屏到双缝的距离、双缝间隙都相同，则图a的光波长长，更容易产生明显的衍射现象．故D正确．
故选：BCD．
用同一装置进行双缝干涉实验，a，b两种单色光形成的干涉图样（灰黑色部分表示亮纹），分别如图甲、乙所示，关于a、b两种单色光，下列说法正确的是（　　）
A．若a是红光，则b可能是蓝光
B．两种条件下，b光比a光更容易发生明显衍射现象
C．在水中，a光的传播速度小于b光的传播速度
D．在水与空气的界面发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角
【解答】解：A、根据△x=λ得，λ=，a光的条纹间距较大，则a光的波长较大，若a是红光，则b可能是蓝光，故A正确．
B、a光的波长较大，则比b光更容易发生明显衍射现象频率较小，故B错误．
C、a光的折射率较小，根据v=得，a光在水中传播的速度较大，故C错误．
D、根据sinC=知，a光的折射率较小，则a光从水中射向空气全反射的临界角较大，故D正确．
故选：AD．
三、薄膜干涉★★★★☆☆
1．薄膜干涉现象
如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．
2．薄膜干涉原理分析
(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．
(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．
3．薄膜干涉的应用
干涉法检查平面的平整程度如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．
把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是(　　)
A．干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
解析　根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对，B项错．因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误．条纹的位置与空气劈尖膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气劈尖膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．
答案　AC
劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．
现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹(　　)
A．变疏
B．变密
C．不变
D．消失
答案　A
解析　
如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确．
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．干涉条纹的产生是由于光线在膜前后表面反射形成的两列光波的叠加
B．用绿光照射产生的干涉条纹比黄光照射时产生的条纹窄
C．干涉条纹间的暗线是由于两反射光波波谷与波谷的叠加
D．干涉条纹间的暗线是由于两反射光波波峰与波谷的叠加
【解答】解：A、由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，光线通过薄膜时频率不变，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，故A正确；
B、干涉条纹间距与光的波长成正比，由于绿光波长比黄光的短，故绿光干涉条纹间距小，故B正确；
C、D、干涉条纹间的暗线是由于两反射光波波峰与波谷的叠加形成的，两反射光波波谷与波谷的叠加形成亮纹，故C错误，D正确；
故选：ABD．
如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　　)
A．干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
答案　AC
【过关检测】
利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度，如图(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是(　　)
A．N的上表面A处向上凸起
B．N的上表面B处向上凸起
C．条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同
D．条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同
答案　AC
下列有关光的描述，正确的是（　　）
A．空气中的肥皂泡呈现五颜六色是光的色散现象
B．一束单色光由空气斜射入水中时，频率不变，波长变小，传播速度变小
C．一束复合光由水中斜射入空气时，在水中传播速度越大的单色光越容易发生全反射
D．让红光和紫光分别通过同一单缝衍射装置时，均能产生等间距的明暗相间条纹，且红光的条纹间距较大
【解答】解：A、肥皂泡呈现彩色条纹是光的薄膜干涉现象造成的，故A错误；
B、据光的频率由光源决定，可知一束单色光由空气斜射入水中时，频率不变，根据：n===可知，光的波长变小，传播速度变小，故B正确；
C、一束复合光由水中斜射入空气时，根据：n=可知，在水中传播速度越大的单色光折射率越小，越不容易发生全反射，故C错误；
D、单缝衍射产生的条纹不是间距的明暗相间条纹，它的中间亮条纹最宽．故D错误．
故选：B．
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（　　）
①人从右侧向左看，可以看到彩色条纹
②人从左侧向右看，可以看到彩色条纹
③彩色条纹水平排列
④彩色条纹竖直排列．
A．①③
B．②③
C．①④
D．②④
【解答】解：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，由于各种色光的波长不一样，所以在薄膜的左侧出现彩色条纹．因为路程差即（膜的厚度的两倍）是半波长的偶数倍，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍，振动减弱，为暗条纹．所以出现亮条纹时，膜的厚度相同，则彩色条纹水平排列．故②③正确，①④错误．
故选：B．
如图1所示是用干涉法检查下方玻璃板上表面是否平整的装置，单色光从上面照射，反射光线叠加后产生如图2所示的条纹，以下说法正确的是（　　）
A．图2所示条纹为上方玻璃板的上表面和下方玻璃板的下表面反射的光线叠加而成
B．亮条纹是否发生弯曲可以判断被测表面是否不平，暗条纹不能判断
C．出现如图2所示干涉条纹，可知弯曲条纹对应位置凸起
D．出现如图2所示干涉条纹，可知弯曲条纹对应位置凹下
【解答】解：A、薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生的．故A错误；
B、亮条纹和暗条纹是否发生弯曲都可以判断被测表面是否不平，故B错误；
C、D、薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同．从弯曲的条纹可知，检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，弯曲处是凸的．故C正确，D错误．
故选：C．
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