4.3 光的干涉 学案 word版含答案

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4.3 光的干涉 学案 word版含答案

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预习案
【自主学习】
阅读教材90-93页,思考:
1. 红色激光双缝干涉条纹有什么特征?如何解释其中的明或暗条纹?
2.写出干涉条纹与光的波长之间的关系式并指出各字母的含义。

3.肥皂膜干涉实验中,观察者与光源在肥皂膜的同侧还是异侧?是什么光叠加而形成的干涉条纹?
【学始于疑】(请将预习中不能解决的问题记录下来,供课堂解决。)
课堂案
【合作探究一】观察杨氏干涉演示实验,观察条纹特征并解释现象。
练习1:教材94页题3
干涉条纹与光的波长之间的关系式:
练习2:2.(多选)分别以红光和紫光先后用同一装置进行双缝干涉实验,已知λ红>λ紫,在屏上得到相邻亮条纹间的距离分别为Δx1和Δx2,则(  )
A.Δx1<Δx2 B.Δx1>Δx2
C.若双缝间距d减小,而其他条件保持不变,则Δx增大
D.若双缝间距d减小,而其他条件保持不变,则Δx不变
【合作探究二】观察薄膜干涉演示实验,观察条纹特征并解释现象。
练习3:教材94页题4(先做后讨论)
练习4:
(多选)如图(1)所示是用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置,所用红色光是用普通光源加红色滤色光片产生的,从上往下观察到的干涉条纹如图(2)所示,则下列判断正确的是(  )
A.若观察到的条纹如图甲所示,则说明厚玻璃板上表面是平整的
B.若观察到的条纹如图乙所示,则厚玻璃板上表面有下凹的位置
C.若观察到的条纹如图乙所示,则厚玻璃板上表面有上凸的位置
D.若是用黄色滤色光片产生的黄色光做该实验,则干涉条纹变密
练习5.为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失,可在透镜表面涂上一层增透膜,一般用折射率为1.38的氟化镁,为了使波长为5.52×10-7 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消,求所涂的这种增透膜的厚度?
【合作探究三】
1801 年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834 年,洛埃利用单面镜同样得到
了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。洛埃镜实验的基本装置如图 所示,S 为单色光源,M 为
一平面镜。S 发出的光直接照在光屏上,同时S 发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平
面镜反射的光相当于 S 在平面镜中的虚像发出的,这样就形成了两个一样的相干光源。设光
源 S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为 a 和 l,光的波长为 λ。写出相邻两
条亮纹(或暗纹)间距离 Δx 的表达式。
总结:
1.光源:
2.光程差:
【进阶闯关检测】
A类基础关
1.能产生干涉现象的两束光是(  )
A.频率相同、振幅相同的两束光
B.频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束光
C.两只完全相同的灯泡发出的光
D.同一光源的两个发光部分发出的光
2.用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜,所观察到的干涉条纹为(  )
3.(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置,c为中央亮条纹,则(  )
A.O到达a、b的路程差为零 B.M、N到达b的路程差为λ
C.O到达a、c的路程差为4λ D.M、N到达e的路程差为2λ
4.某次实验中测得第一条亮条纹和第三条亮条纹相距4.0×10-2 m,若双缝间距为0.1 mm,双缝到屏的距离L=4.0 m,则光波的波长为多少m?
B类能力关
5.如图所示,用频率为υ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.
6.(2020·雅安高二期末)如图所示,把一个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,这时可以看到亮暗相间的条纹。下列关于条纹的说法中正确的是(  )
A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B.干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.上玻璃板平行向上微小移动过程,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
E.薄片向左移动时,使两玻璃板夹角变大,会观察到干涉条纹变密。
C类综合关(选做)
7.激光散斑测速是一种崭新的测速技术,它应用了光的干涉原理。二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距,实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之间的距离l以及相邻两亮条纹间距Δx。若所用激光波长为λ,则该实验确定物体运动速度的表达式是(  )
A.v= B.v= C.v= D.v=
8.(13分)S1、S2为两个相干光源,发出的光的频率为7.5×1014 Hz,光屏上A点与S1、S2的光程差为1.8×10-6 m。
(1)若S1、S2的振动步调完全一致,则A点出现什么条纹?
(2)若S1、S2的振动步调完全相反,则A点出现什么条纹?
9.凸透镜的弯曲表面是个球面,球面的半径叫做这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光 从上方射入,从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的,这些环状条纹叫做牛顿环,如何解释这个现象?如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜,观察到的圆环半径 是更大还是更小?如果改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径是变大还是变小?
课堂练习部分答案
练习2:(多选)分别以红光和紫光先后用同一装置进行双缝干涉实验,已知λ红>λ紫,在屏上得到相邻亮条纹间的距离分别为Δx1和Δx2,则(  )
A.Δx1<Δx2 B.Δx1>Δx2
C.若双缝间距d减小,而其他条件保持不变,则Δx增大
D.若双缝间距d减小,而其他条件保持不变,则Δx不变
解析 该题考查条纹间距的表达式。由Δx=λ,λ红>λ紫,得Δx1>Δx2,B项正确,A项错误;当双缝间距d减小,其他条件不变时,条纹间距Δx应增大,故C项正确,D项错误。
答案 BC
练习4:
(多选)如图(1)所示是用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置,所用红色光是用普通光源加红色滤色光片产生的,从上往下观察到的干涉条纹如图(2)所示,则下列判断正确的是(  )
A.若观察到的条纹如图甲所示,则说明厚玻璃板上表面是平整的
B.若观察到的条纹如图乙所示,则厚玻璃板上表面有下凹的位置
C.若观察到的条纹如图乙所示,则厚玻璃板上表面有上凸的位置
D.若是用黄色滤色光片产生的黄色光做该实验,则干涉条纹变密
解析 薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的,若观察到的条纹如图甲所示,则说明厚玻璃板上表面是平整的,故A项正确;薄膜干涉是等厚干涉,即亮条纹处空气膜的厚度相同,从弯曲的条纹可知,检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知该处凹陷,故B项正确,C项错误;若是用黄色滤色光片产生的黄色光做该实验,则波长变短,则干涉条纹变密,故D项正确。故选A、B、D三项。
答案 ABD
练习5.(15分)(2020·贵阳模拟)为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失,可在透镜表面涂上一层增透膜,一般用折射率为1.38的氟化镁,为了使波长为5.52×10-7 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消,求所涂的这种增透膜的厚度?
解析 由于人眼对绿光最敏感,所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消,但薄膜的厚度不宜过大,只需使其厚度为绿光在膜中波长的,使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消。而光从真空进入某种介质后,其波长会发生变化。
若绿光在真空中波长为λ0,在增透膜中的波长为λ,由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得:n==,即λ=,
那么增透膜厚度h=λ== m=1×10-7 m。
答案 1×10-7 m
【进阶闯关检测】答案
A类基础关
1.能产生干涉现象的两束光是(  )
A.频率相同、振幅相同的两束光
B.频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束光
C.两只完全相同的灯泡发出的光
D.同一光源的两个发光部分发出的光
解析 产生干涉的条件为频率相同,相位差恒定,振动方向相同,可知A项错误,B项正确;即使是同一光源的两个部分发出的光,由于相位差随时间不同而改变,所以也不会发生干涉(激光光源除外);通常把一束光一分为二来获得相干光源,故D项错误;对于C项,也可以以日光灯为例来说明,日光灯下没有干涉现象的出现,说明不符合干涉条件。
答案 B
2.用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜,所观察到的干涉条纹为(  )
解析 薄膜的干涉是等厚干涉,同一条纹对应的薄膜厚度相同,故条纹是水平的,故选B项。
答案 B
3.(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置,c为中央亮条纹,则(  )
A.O到达a、b的路程差为零
B.M、N到达b的路程差为λ
C.O到达a、c的路程差为4λ
D.M、N到达e的路程差为2λ
解析 当两光源振动一致并在空间发生干涉时,得到亮条纹的条件时,光程差满足Δx=nλ(n=0,1,2,3…),“路程差”是指从双缝M、N到屏上某点的路程差,与O点无关,故A、C错误;b是n=1时的第一条亮条纹,e是n=2时的第二条亮条纹,故B、D正确。
答案 BD
4.某次实验中测得第一条亮条纹和第三条亮条纹相距4.0×10-2 m,若双缝间距为0.1 mm,双缝到屏的距离L=4.0 m,则光波的波长为多少m?
解析 条纹间距Δx= m=2.0×10-2 m,由Δx=λ,可得λ==5.0×10-7 m。
B类能力关
5.如图所示,用频率为υ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.
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=λυ得λ=,则r2-r1=。
答案 D
6.(2020·雅安高二期末)如图所示,把一个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,这时可以看到亮暗相间的条纹。下列关于条纹的说法中正确的是(  )
A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B.干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.上玻璃板平行向上微小移动过程,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
E.薄片向左移动时,会观察到干涉条纹变密。
解析 根据薄膜干涉的产生原理,上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成的,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项正确,B项错误;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,同一厚度的空气膜向劈尖移动,所以条纹向着劈尖移动,故C项正确。E选项解答见教材本节课后第4题答案。
答案 ACE
C类综合关(选做)
7.激光散斑测速是一种崭新的测速技术,它应用了光的干涉原理。二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距,实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之间的距离l以及相邻两亮条纹间距Δx。若所用激光波长为λ,则该实验确定物体运动速度的表达式是(  )
A.v= B.v=
C.v= D.v=
解析 双缝干涉中条纹间距Δx=λ,将d=v·Δt代入上式得Δx=λ,则v=,B项正确。
8.(13分)S1、S2为两个相干光源,发出的光的频率为7.5×1014 Hz,光屏上A点与S1、S2的光程差为1.8×10-6 m。
(1)若S1、S2的振动步调完全一致,则A点出现什么条纹?
(2)若S1、S2的振动步调完全相反,则A点出现什么条纹?
解析 (1)由c=λυ,得λ== m=4×10-7 m,
光程差s=1.8×10-6 m,则==,
若S1、S2振动步调一致,则在A点出现暗条纹。
(2)若S1、S2两光源振动步调完全相反,光程差是半波长的奇数倍,则在A点刚好两列波相互加强,出现亮条纹。
答案 (1)暗条纹 (2)亮条纹
9. .薄膜干涉现象,个表面曲率半径更大的凸透镜,观察到的圆环半径 更大,改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径变大

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