2018-2019學年高中物理 模塊專題復習 專題四 光的干涉 衍射 折射中的色散學案 魯科版選修3-4.docx
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專題四 光的干涉 衍射 折射中的色散 一、光的干涉 1.產(chǎn)生干涉的條件：兩列頻率相同、相位差恒定、振動情況相同的光. 2.產(chǎn)生亮、暗條紋的條件：當Δr＝kλ時出現(xiàn)亮條紋；當Δr＝(2k＋1)時出現(xiàn)暗條紋(其中k＝0,1,2……). 相鄰亮(或暗)條紋間距：Δy＝λ. 3.雙縫干涉圖樣的特點：單色光照射時為間距相同的明暗相間的條紋，白光照射時為彩色條紋. 4.雙縫干涉法測量光的波長：由相鄰亮(或暗)條紋間距Δy＝λ得λ＝. 5.薄膜干涉 (1)薄膜干涉中的條紋是從薄膜前、后兩個表面反射的光在光源這一側(cè)干涉形成的. (2)同一條紋上的點厚度相同，所以若用肥皂薄膜做實驗，條紋為橫條紋. [復習過關] 1.如圖1所示為雙縫干涉實驗，甲圖為用綠光照射時的結(jié)果，a為中央亮條紋，a′為相鄰亮條紋；乙圖為換用另一種單色光照射的結(jié)果，a為中央亮條紋，a′為相鄰亮條紋，兩次實驗中雙縫間距和雙縫到屏的距離都相等，以下說法正確的是( ) 圖1 A.乙圖可能是用紅光照射，表明紅光波長較長 B.乙圖可能是用紫光照射，表明紫光波長較長 C.乙圖可能是用紫光照射，表明紫光波長較短 D.乙圖可能是用紅光照射，表明紅光波長較短 答案 C 解析 由題圖知甲圖中條紋間距大，由Δy＝λ可知，在l和d相同的情況下，Δx大，則λ大；Δx小，則λ??；所以乙圖中所用單色光波長較短，因紫光比綠光波長短，故選項C正確. 2.如圖2所示，在雙縫干涉實驗中，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，則( ) 圖2 A.不再產(chǎn)生干涉條紋 B.仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置不變 C.仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置略向上移 D.仍可產(chǎn)生干涉條紋，其中央亮條紋P的位置略向下移 答案 D 解析 本實驗中單縫S的作用是形成頻率一定的線光源，雙縫S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移動S后，沒有改變傳到雙縫的光的頻率，因此S1、S2射出的仍是相干光，則單縫S發(fā)出的光到達屏上P點下方某點的路程差為零，故中央亮條紋下移. 3.(多選)一束平行光照射在雙縫上，在縫后屏上得到干涉條紋，下列說法中正確的是( ) A.增大雙縫到屏的距離，條紋間距變大 B.入射光波長變短，光強不變，條紋間距不變 C.入射光頻率變化時條紋間距跟著變化 D.在水里做雙縫干涉實驗，同樣條件下的條紋間距會變化 答案 ACD 解析 根據(jù)Δy＝λ可得增大雙縫的屏的距離l，條紋間距變大，故A正確；入射光的強度與入射光的波長無關，故入射光的強度不變，但波長變短時，條紋間距減小，故B錯誤；入射光的頻率改變時，入射光的波長就發(fā)生改變，則條紋間距會隨之發(fā)生改變，故C正確；在水里做雙縫干涉實驗，使光的傳播速度變小，由于光的頻率不變，故波長變小，所以條件間距變小，故D正確. 二、光的干涉與衍射的辨析 光的干涉與衍射都可以得到明暗相間的色紋，都有力地證明了光的波動性. 1.光的干涉強調(diào)了兩個或多個光束的疊加.例如從楔形肥皂膜上觀察到的鈉黃光的明暗相間條紋，或從水面油膜上觀察到的彩色條紋，就屬這類情況，從薄膜的前后表面反射出來的光就是相干光. 2.光的衍射現(xiàn)象強調(diào)了光偏離直線傳播的現(xiàn)象.例如從小孔觀察點光源或從狹縫觀察線光源就屬這種情況.光經(jīng)過小孔或狹縫產(chǎn)生非直線傳播的現(xiàn)象，此時便可在光屏上形成明暗相間的條紋. 3.干涉條紋與衍射條紋也是有區(qū)別的，以狹縫為例，干涉條紋是相互平行、等距(寬度相同)的；而衍射條紋是平行而不等距的，中間最寬，兩邊條紋寬度逐漸變窄. 4.光的干涉和衍射，都證明了光的波動性，只有波才可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象. 5.光的干涉和衍射有一定的聯(lián)系，光的雙縫干涉中就有光的衍射. [復習過關] 4.如圖3所示為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則( ) 圖3 A.甲為紫光的干涉圖樣 B.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 答案 B 解析 對于干涉條紋，亮條紋和暗條紋在比較多的條數(shù)之內(nèi)都保持寬度相等，且波長越大，條紋越寬，對于衍射條紋，條紋寬度中間大，兩邊逐漸減小，由于紅光波長大于紫光波長，故紅光條紋比紫光條紋寬，因此甲是紅光干涉圖樣，乙是紫光干涉圖樣，丙是紅光衍射圖樣，丁是紫光衍射圖樣，故選項B對，A、C、D錯. 5.(多選)下面有關光的干涉現(xiàn)象的描述中，正確的是( ) A.在光的雙縫干涉實驗中，將入射光由綠光改為紫光，則條紋間隔變寬 B.白光經(jīng)肥皂膜前后表面反射后，反射光發(fā)生干涉形成彩色條紋 C.在光的雙縫干涉實驗中，若縫S1射入綠光，S2射入紫光，則條紋是彩色的 D.光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性 答案 BD 解析 根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δy＝λ，紫光的波長比綠光短，所以條紋間隔變窄，故A錯誤；白光是復色光，不同的色光波長不一樣，當兩列光的路程差等于半波長的偶數(shù)倍，出現(xiàn)亮條紋，當路程差是半波長的奇數(shù)倍，出現(xiàn)暗條紋，所以白光經(jīng)肥皂膜前后表面反射后，反射光發(fā)生干涉形成彩色條紋，故B正確；干涉的條件是兩列光頻率相同，不同頻率的光不能發(fā)生干涉，故C錯誤；光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波，故D正確. 6.某同學自己動手制作如圖4所示的裝置觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，整個裝置位于一暗箱中，實驗過程如下： 圖4 (1)該同學用一束太陽光照射A屏時，屏C上沒有出現(xiàn)干涉條紋；移去B后，在屏上出現(xiàn)上不等間距條紋，此條紋是由于________產(chǎn)生的. (2)移去A后，遮住縫S1或縫S2中的任意一個，C上均出現(xiàn)一窄亮斑.出現(xiàn)以上實驗結(jié)果的主要原因是________. 答案 (1)光的衍射 (2)雙縫S1、S2太寬 解析 (1)移去B后只剩下單縫，故發(fā)生單縫衍射形成條紋，故此條紋是由于光的衍射產(chǎn)生的. (2)沒有出現(xiàn)條紋而只出現(xiàn)一個窄亮斑，說明衍射現(xiàn)象不明顯，故主要原因是雙縫S1、S2太寬. 三、折射中的色散 1.同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大. 2.由n＝可知，各種色光在同一介質(zhì)中的光速不同，紅光速度最大，紫光速度最小. 3.同一頻率的色光在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變，該色光在介質(zhì)中的傳播速度為v＝＝λf，波長隨之改變. 4.光的頻率f越大，同一介質(zhì)對光的折射率越大. [復習過關] 7.(多選)如圖5所示，兩束不同的單色光P和Q，以適當?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚，其出射光線都是從圓心O點沿OF方向射出，則下面說法正確的是( ) 圖5 A.P光束在玻璃磚中的折射率大 B.Q光束的頻率比P光束的頻率大 C.P光束穿出玻璃磚后頻率變大 D.Q光束穿過玻璃磚所需時間長 答案 BD 解析 根據(jù)折射定律知Q相對P偏折更多，故Q光束在玻璃磚中的折射率更大，Q光束的頻率更大，由于兩光束在玻璃磚中的路程相等，v＝，Q光束速率小，穿過的時間長，P、Q光束從玻璃磚進入空氣中時，頻率不變，波長會變長. 8.(多選)如圖6所示，一束復色光從空氣中沿半圓形玻璃磚半徑方向射入，從玻璃磚射出后分成a、b兩束單色光.則( ) 圖6 A.玻璃磚對a光的折射率為 B.b光的頻率比a光的頻率大 C.b光在玻璃中的傳播速度比a光在玻璃中的傳播速度大 D.讓a、b通過同一條狹縫，a光衍射現(xiàn)象較明顯 答案 ABD 解析 a光的折射率n＝＝，故A對；由題圖可知，a光的偏折程度比b光的小，所以a光的折射率小，頻率也小，由n＝可得v＝，a光在玻璃中的傳播速度比b光的大，故B對，C錯；a光頻率小，波長長，所以衍射現(xiàn)象更明顯，D正確. 9.ABC為一全反射棱鏡，它的橫截面是等腰直角三角形，如圖7所示.一束白光垂直入射到AC面上，在AB面上發(fā)生全反射，若光線入射點O的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮自BC面反射的光線)，則： 圖7 (1)使入射光按圖中所示的順時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，如果有色光自AB面射出，則哪種色光首先射出？ (2)使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，哪種色光首先自AB面射出？ 答案 (1)紅光 (2)沒有光從AB面射出 解析 (1)白光垂直入射AC面后直線射到AB面，入射角為45，發(fā)生全反射說明棱鏡的臨界角C≤45，這是對從紅光到紫光的所有色光說的.當入射光順時針偏轉(zhuǎn)時，在AC面上發(fā)生色散，不同色光偏折不同，紅光偏折小，紫光偏折大.如圖所示，射到AB面上時紅光入射角小，紫光入射角大，但它們都小于45，另一方面，棱鏡對紅光的臨界角比紫光的臨界角大.因此，入射光線順時針逐漸偏轉(zhuǎn)時，在AB面上紅光的入射角將首先小于臨界角而射出AB面. (2)如果入射光逆時針偏轉(zhuǎn)，則射到AB面上的紅光、紫光的入射角都大于45，都發(fā)生全反射而不可能從AB面射出. 10.發(fā)出白光的細線光源ab，長度為l0，豎直放置，上端a恰好在水面以下，如圖8所示.現(xiàn)考慮線光源ab發(fā)出的靠近水面法線(圖中的虛線)的細光束經(jīng)水面折射后所成的像，由于水對光有色散作用，若以l1表示紅光成的像的長度，l2表示藍光成的像的長度，則( ) 圖8 A.l1
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