《（浙江專版）2018年高中物理 第十三章 光 第3節(jié) 光的干涉學案 新人教版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（浙江專版）2018年高中物理 第十三章 光 第3節(jié) 光的干涉學案 新人教版選修3-4（9頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 第3節(jié) 光_的_干_涉 楊氏雙縫干涉實驗 [探新知·基礎練] 1．物理史實 1801年，英國物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現象，開始讓人們認識到光的波動性。 2．雙縫干涉實驗 (1)實驗過程：讓一束平行的完全相同的單色光投射到一個有兩條狹縫的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，兩個光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加發(fā)生干涉。 (2)實驗現象：在屏上得到明暗相間的條紋。 (3)實驗結論：光是一種波。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是為了得到線光源。(√) 2．

2、在雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。(×) [釋疑難·對點練] 楊氏雙縫干涉實驗的原理 (1)雙縫干涉的裝置示意圖： 實驗裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏。 (2)單縫屏的作用： 獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況。 (3)雙縫屏的作用： 平行光照射到單縫S上，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光。 (4)屏上某處出現亮、暗條紋的條件： 頻率相同的兩列波在同一點引起的振動的疊加，如亮條紋處某點同時參與的兩個振動步調總是一致，即振動方向總是相同；暗條紋處振動步調總相反。 具體產生亮、暗條紋的條件為：

3、 ①亮條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的整數倍或半波長的偶數倍。即： |PS1－PS2|＝kλ＝2k(k＝0,1,2,3，……) k＝0時，PS1＝PS2，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋。k為亮條紋的級次。 ②暗條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數倍。即： |PS1－PS2|＝(2k－1)(k＝1,2,3，……) k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側展開。 [試身手] 1．下列關于雙縫干涉實驗的說法中正確的是(　　) A．單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源 B．雙縫的作用是

4、獲得兩個振動情況相同的相干光源 C．光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數倍處出現暗條紋 D．在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生 解析：選B　在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得一個線光源，雙縫的作用是獲得兩個振動情況完全相同的相干光源，故選項A錯誤，B正確；光屏上距兩縫的路程差為半波長的奇數倍處出現暗條紋，選項C錯誤；兩列光波只要相遇就會疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會發(fā)生光的干涉，故選項D錯誤。 光發(fā)生干涉的條件 [探新知·基礎練] 干涉條件：兩列光的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定。[辨是非](對的劃“√”，錯的

5、劃“×”) 1．只要頻率相同，兩列光波就能產生干涉。(×) 2．只有頻率相同的兩列光波才能產生干涉。(√) [釋疑難·對點練] 1．相干光源 發(fā)出的光能夠產生干涉的兩個光源。 2．一般情況下很難觀察到光的干涉現象的原因 由于不同光源發(fā)出的光的頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差，故一般情況下不易觀察到光的干涉現象。 [試身手] 2．從兩只手電筒射出的光，當它們照射到同一點時看不到干涉條紋，是因為(　　) A．手電筒射出的光不是單色光 B．周圍環(huán)境的漫反射光太強 C．干涉圖樣太細小看不清楚 D．兩個光源是非相干光源 解析

6、：選D　兩只手電筒屬兩個各自獨立發(fā)光的光源，根據物體的發(fā)光機理，二者發(fā)出的光是非相干光，因此它們照射到同一點時不發(fā)生干涉，無干涉條紋，故選項A、B、C錯誤，D正確。 干涉圖樣 [探新知·基礎練] 1．單色光 形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋。 2．白光 光屏上出現彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．用紫光作光源比用藍光作光源的干涉條紋間距要大。(×) 2．用白光作光源的干涉條紋是彩色的條紋，且中央亮條紋是白色的。(√) [釋疑難·對點練] 1．單色光的干涉圖樣 若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條

7、紋間距相等。中央為亮條紋，兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長有關，波長越大，條紋間距越大。 2．白光的干涉圖樣 若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央亮條紋是白色的。這是因為： (1)從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋。各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復合成白色條紋。 (2)兩側條紋間距與各色光的波長成正比，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋。 [試身手] 3．如圖所示為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現的圖樣，則(　　) A．甲為紫光的干涉圖樣　　　 B

8、．乙為紫光的干涉圖樣 C．丙為紅光的干涉圖樣 D．丁為紅光的干涉圖樣 解析：選B　干涉圖樣的條紋間距是均勻的，且干涉條紋間距Δx＝λ， 而紅光的波長較長，所以甲為紅光的干涉圖樣，乙為紫光的干涉圖樣；而衍射圖樣的條紋是不均勻的，中央亮條紋的寬度與波長成正比，所以丙為紅光的衍射圖樣，丁為紫光的衍射圖樣，只有選項B正確。 雙縫干涉實驗中亮、暗條紋的分析 [典例1]　在雙縫干涉實驗中，光屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10－7 m，如果用頻率為6.0×1014 Hz的黃光照射雙縫，試問： (1)該黃光的波長是多少； (2)試通過計算分析P點出現亮條紋還是暗條

9、紋。 [解析]　(1)λ＝＝ m＝5×10－7 m。 (2)Δx＝7.5×10－7 m＝λ，所以出現暗條紋。 [答案]　(1)5×10－7 m　(2)出現暗條紋 (1)判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值。 (2)路程差等于波長整數倍處出現亮條紋；等于半波長奇數倍處出現暗條紋。 (3)上述結論成立的條件是：兩個光源情況完全相同。 光發(fā)生干涉條件的應用 [典例2]　在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅

10、光與綠光頻率、波長均不相等，這時(　　) A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失 B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在 C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮 D．屏上無任何光亮 [解析]選C　兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生干涉的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現干涉條紋，但仍有紅光和綠光照射到屏幕上。C正確。 [課堂對點鞏固] 1．以下光源可作為相干光源的是(　　) A．兩個相同亮度的燭焰

11、 B．兩個相同規(guī)格的燈泡 C．雙絲燈泡 D．出自一個點光源的兩束光 解析：選D　A、B、C三項中的光源均不是相干光源，故A、B、C均錯；D項中兩束光是來自同一點光源，兩束光完全相同，是相干光源，故D對。 2.曾有報道四川成都隧道發(fā)生瓦斯爆炸事故。瓦斯在隧道施工、煤礦采掘等作業(yè)中危害極大，某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是他根據雙縫干涉現象設計了一個監(jiān)測儀。其原理如圖所示，在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛?。如果屏的正中央O點(未畫出)變?yōu)榘导y，說明B中氣體(　

12、　) A．一定含瓦斯 B．一定不含瓦斯 C．不一定含瓦斯 D．無法判斷 解析：選A　如果屏的正中央O點變?yōu)榘导y，而從兩個子光源到屏的路程差恒為零，說明光經B中氣體時波長發(fā)生變化，所以B中氣體一定含瓦斯，A正確。 3．某同學自己動手利用如圖所示器材觀察光的干涉現象，其中，A為單縫屏，B為雙縫屏，C為像屏。當他用一束陽光照射到A上時，屏C上并沒出現干涉條紋。他移走B后，C上出現一窄亮斑。分析實驗失敗的原因，最可能是(　　) A．單縫S太窄　　　　　　　　 B．單縫S太寬 C．S到S1和S2的距離不等 D．陽光不能作為光源 解析：選B　本實驗中，單縫S應非常窄，才可看做“理

13、想線光源”，也才能成功地觀察到干涉現象，移走B屏后，在C上出現一窄亮斑，說明單縫S太寬，故B正確，A錯誤；S到S1和S2距離不等時，也能出現干涉條紋，但中央不一定是亮條紋，C錯誤；太陽光可以作光源，屏上將出現彩色條紋，D錯誤。 4．(多選)如圖甲所示為雙縫干涉實驗中用綠光進行實驗時，在屏上觀察到的條紋情況，a為中央亮條紋，圖乙為換用另一顏色的單色光做實驗時觀察到的條紋情況，a′為中央亮條紋。則以下說法正確的是(　　) A．圖乙可能為用紅光實驗產生的條紋，表明紅光波長較長 B．圖乙可能為用紫光實驗產生的條紋，表明紫光波長較長 C．圖乙可能為用紫光實驗產生的條紋，表明紫光波長較短 D

14、．圖乙可能為用紅光實驗產生的條紋，表明紅光頻率較小 解析：選AD　根據雙縫干涉圖樣的特點，入射光的波長越長，同一裝置產生的雙縫干涉圖樣中條紋越寬，條紋間距也越大，由題目條件可確定另一種顏色的單色光比綠光波長要長，因此選項B、C錯誤，A、D正確。 [課堂小結] [課時跟蹤檢測十三] 一、單項選擇題 1．如圖所示，用頻率為f的單色光垂直照射雙縫，在光屏上的P點出現第3條暗條紋，已知光速為c，則P點到雙縫距離之差S2P－S1P應為(　　) A. B. C. D. 解析：選B　單色光的波長為λ＝，又P點出現第3級暗條紋，即S2P－S1P

15、＝＝，選項B正確。 2．一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側還有彩色條紋，其原因是(　　) A．各色光的波長不同，因而各色光分別產生的干涉條紋間距不同 B．各色光的速度不同，造成條紋的間距不同 C．各色光的強度不同，造成條紋的間距不同 D．各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同 解析：選A　各色光的頻率不同，波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋，故A正確。 3．在楊氏雙縫干涉實驗中，如果(　　) A．用白光作為光源，屏上將呈現黑白相間的條紋 B．用紅光作為光源，屏上將呈現紅黑相間的條紋 C．用紅光照射一條狹縫，用

16、紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋 D．用紫光作為光源，屏上將看不到任何條紋 解析：選B　用白光作為光源，屏上將呈現彩色條紋，A錯；用紅光作為光源，屏上將呈現紅色條紋與暗條紋(即黑條紋)相間排列，B對；紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，C錯；紫光作為光源，也會發(fā)生雙縫干涉，即出現紫色黑色相間的條紋，D錯。 4．關于光的干涉的說法正確的是(　　) A．在雙縫干涉現象里，亮條紋和暗條紋的寬度是不等的 B．在雙縫干涉現象里，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個亮條紋間距將變寬 C．只有顏色相同的兩列光波才能產生干涉 D．顏色不同的兩列光波也能產生干涉現象，只是不穩(wěn)定 解析：選C　

17、雙縫干涉條紋中亮條紋與暗條紋的寬度相等，A錯；由干涉條紋的寬度正比于波長知，波長大，條紋寬，紅光的波長大于紫光的波長，故入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個亮條紋間距將變窄，B錯；頻率決定光的顏色，由光的干涉條件知C對，D錯。 5．如圖所示為單色光雙縫干涉實驗某一時刻的波形，實線表示波峰，虛線表示波谷。在此時刻，介質中A點為波峰相疊加點，B點為波谷相疊加點，A、B連線上的C點為某中間狀態(tài)相疊加點。如果把屏分別放在A、B、C三個位置，那么(　　) A．A、B、C三個位置都出現亮條紋 B．B位置處出現暗條紋 C．C位置出現亮條紋或暗條紋要由其他條件決定 D．以上結論都不對 解析：選A　在

18、干涉現象中，所謂“振動加強的點”是指兩列波在該點引起的振動方向總是相同，該點的振幅是兩列波的振幅之和，在某些時刻它也可以位于平衡位置(如題圖中C點)。題圖中A、B、C三個位置到兩縫的距離差都為零，故都是振動加強的點，都出現亮條紋，故A正確。 二、多項選擇題 6．下列關于雙縫干涉實驗的說法中正確的是(　　) A．單縫的作用是獲得一個線光源 B．雙縫的作用是獲得兩個振動情況相反的相干光源 C．頻率相同、相位差恒定的兩列單色光能夠產生干涉現象 D．照射單縫的單色光的頻率越高，光屏上出現的條紋寬度越寬 解析：選AC　在楊氏雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得一個線光源，雙縫的作用是獲得兩個振

19、動情況完全相同的光源，故選項A正確，B錯誤；頻率相同、相位差恒定的兩列光可以發(fā)生干涉現象，選項C正確；由c＝λf可得λ＝，頻率越高，波長越短，條紋間距越窄，選項D錯誤。 7．關于光的干涉，下列說法中正確的是(　　) A．只有頻率相同的兩列光波才能產生干涉 B．頻率不同的兩列光波也能產生干涉現象，只是不穩(wěn)定 C．兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的整數倍時出現亮條紋 D．兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的奇數倍時出現暗條紋 解析：選AC　發(fā)生干涉現象時兩列光的頻率必須相同，選項A正確；頻率不同不能產生干

20、涉，而不是干涉不穩(wěn)定，選項B錯誤；干涉發(fā)生時出現亮條紋的條件是路程差是波長的整數倍或者半波長的偶數倍，選項C正確；干涉發(fā)生時出現暗條紋的條件是路程差是半波長的奇數倍，選項D錯誤。 8．雙縫干涉實驗裝置如圖所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫S的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點到兩縫的距離相等，P點是距O點最近的第一條亮條紋。已知紅光、綠光和藍光三種色光比較，紅光的波長最長，藍光的波長最短，那么如果將入射的單色光換成紅光或藍光，討論屏上O點及其上方的干涉條紋的情況，下列敘述正確的是(　　) A．O點是紅光的亮條紋 B．紅光的

21、第一條亮條紋在P點的上方 C．O點不是藍光的亮條紋 D．藍光的第一條亮條紋在P點的上方 解析：選AB　因O點到S1、S2的距離相等，Δr＝0，故各種色光在O點均為亮條紋，A正確，C錯誤；藍光的波長 最短，第一條亮條紋離O點最近，應在P點下方，而紅光的波長最長，第一條亮條紋離O點最遠，應在P點上方，故B正確，D錯誤。 三、非選擇題 9．光纖通信是70年代以后發(fā)展起來的新興技術，世界上許多國家都在積極研究和發(fā)展這種技術。發(fā)射導彈時，可在導彈后面連一根細如蛛絲的光纖，就像放風箏一樣，這種纖細的光纖在導彈和發(fā)射裝置之間，起著雙向傳輸信號的作用。光纖制導的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯

22、中波長為0.85 μm的單色光。上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長為1.06 μm的單色光。這種操縱系統通過這根光纖向導彈發(fā)出控制指令，導彈就如同長“眼睛”一樣盯住目標。 根據以上信息，回答下列問題： (1)在光纖制導中，上行光信號在真空中的波長是多少？ (2)為什么上行光信號和下行光信號要采用兩種不同頻率的光？(已知光纖纖芯的折射率為1.47) 解析：(1)設信號頻率為f，真空中的波長為λ0，c＝λ0f，光在纖芯中的頻率仍為f，波長為λ，則光在纖芯中的速度v＝λf，又n＝，可以得出λ0＝nλ＝1.47×1.06 μm≈1.56 μm。 (2)若上行光信號和下行光信號的頻率相同，將發(fā)生干涉現象而互相干擾。 答案：(1)1.56 μm　(2)見解析 9