资源简介

第1节　光的干涉
选择题1～10题，每小题8分，共80分。
基础对点练
题组一　双缝干涉
1．以下现象不属于干涉的是(　　)
白光经过杨氏双缝得到彩色图样
白光照射肥皂膜呈现彩色图样
白光经过三棱镜得到彩色图样
白光照射水面油膜呈现彩色图样
2.某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(　　)
单缝S太窄
单缝S太宽
S到S1和S2距离不相等
阳光不能作为光源
题组二　干涉图样及其分析
3．(多选)双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)(　　)
在与双缝的距离之差为零的点形成暗条纹
在与双缝的距离之差为nλ的点形成亮条纹
在与双缝的距离之差为n的点形成亮条纹
在与双缝的距离之差为λ的点形成暗条纹
4．(2024·山东威海市高二期末)如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，屏上的O点到两缝的距离相等。用频率为f的单色光垂直照射双缝，在屏上会产生干涉条纹。由O向上数，在光屏的P点出现第4条暗条纹。已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差r2－r1为(　　)
5．在双缝干涉实验中，一钠灯发出波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两亮条纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为(　　)
2.06×10－7 m 2.06×10－4 m
1.68×10－4 m 1.68×10－3 m
6．(2024·广西河池市高二统考期末)某同学用单色光做双缝干涉实验时，观察到条纹如甲图所示，改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是(　　)
增大了单色光的波长
减小了双缝之间的距离
减小了光源到单缝的距离
减小了双缝到光屏之间的距离
题组三　薄膜干涉及其应用
7.如图所示，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波)(　　)
A B C D
8.光的干涉现象在技术中有许多应用。如图所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，若在被检平面上有一处凸起，则观察者从上往下看到的干涉条纹可能为(　　)
A B C D
综合提升练
9．(多选)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内疏外密的同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　　)
干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
10．在户外的时候要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。如果所要消除的紫外线的频率为9.0×1014 Hz，他选用的薄膜材料对紫外线的折射率为，那么这种“增反膜”的最小厚度为(　　)
5.0 × 10－8 m 8.3 × 10－8 m
1.0 × 10－7 m 1.7 × 10－7 m
11．(10分)在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014 Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10－6 m，如图所示，则
(1)(5分)P点是亮条纹还是暗条纹？
(2)(5分)设O为到S1、S2路程相等的点，则P、O间还有几条亮条纹，几条暗条纹？(不包括O、P两处的条纹)
培优加强练
12．(10分)手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光。某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害，制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长，光源架在铁架台的上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器，接收到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示，根据x轴上的光强分布可以算出光的波长。已知双缝间距d，双缝到光传感器的距离L，选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n。求：
(1)(5分)被测蓝光的波长λ；
(2)(5分)镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度。
第1节　光的干涉
1.C　[白光经过杨氏双缝得到彩色图样是光的干涉现象，故A错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，故B错误；白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，故D错误。]
2.B　[双缝干涉实验中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的，单缝的宽度应比较小，由题意知，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源。故选项B正确。]
3.BD　[在双缝干涉实验中，当某处与双缝距离之差Δr为波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝0，1，2，…)时，这点为振动加强点，该处出现亮条纹；当Δr为半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)时，这点为振动减弱点，该处出现暗条纹，故选项B、D正确。]
4.D　[在光屏的P点出现第4条暗条纹，说明P到双缝S1、S2的距离之差为r2－r1＝(2n－1)＝(2×4－1)＝，又λ＝，解得r2－r1＝，故D正确。]
5.C　[根据双缝干涉实验中相邻两亮条纹中心间距公式有Δy＝λ，解得d＝λ＝×589×10－9 m＝1.68×10－4 m，故C正确，A、B、D错误。]
6.D　[由Δy＝λ可知要想减小条纹间距，需要减小单色光的波长或增大双缝之间的距离或减小双缝到光屏之间的距离，故D正确。]
7.C　[竖直放置的肥皂液薄膜受到重力的作用，下面厚、上面薄。波峰和波峰、波谷与波谷叠加后相互加强，出现亮条纹；波峰与波谷叠加后相互抵消，出现暗条纹，故C正确。]
8.D　[干涉条纹为竖直方向，如果被检测的平面某处凹下，则对应明条纹(或暗条纹)提前出现，如果某处凸起，则对应的条纹延后出现，因此被检平面上有一处凸起，则对应的条纹延后出现，故D正确。]
9.AC　[凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，故A正确，B错误；干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不均匀变化，导致间距不均匀增大，从而观察到题图乙所示的内疏外密的同心圆环状条纹，故C正确，D错误。]
10.C　[光程差2d ＝ nλ(n＝1，2，3，…)，而波长λ＝·＝2×10－7 m，膜的厚度至少是膜中波长的，即为1.0 × 10－7 m，故C正确。]
11.(1)暗条纹　(2)5条暗条纹，6条亮条纹
解析　(1)由λ＝得λ＝5×10－7 m
所以n＝＝＝6
由于两光源的振动情况恰好相反，所以P点为暗条纹。
(2)O点到S1、S2的路程差为0，所以O点也是暗条纹；P、O间还有5条暗条纹，6条亮条纹。
12.(1)　(2)
解析　(1)由图乙可知，相邻两个波峰之间的距离为，即相邻两条亮条纹中心的距离Δy＝，根据双缝干涉条纹的间距公式Δy＝λ，可得被测蓝光的波长λ＝。
(2)当蓝光在膜中的光程差恰好等于光在薄膜中的波长时，即
Δs＝2d′＝λ′
则出现明条纹，此时镜片表面所镀“增反膜”的厚度最小，为该蓝光在膜中波长的一半，即d′＝，又因为λ′＝，联立可得，镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度为d′＝。第1节　光的干涉
学习目标　1.知道光的干涉现象，知道光是一种波。2.理解相干光源和产生干涉现象的条件。3.理解明暗条纹产生的机理。4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉现象及其应用。
知识点一　双缝干涉
如图为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况。
(1)两条狭缝起什么作用？
(2)在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、光的干涉及其产生条件
1.光的干涉现象
两束光相遇时，如果满足一定的条件，会产生干涉现象，在屏上出现____________的干涉条纹。
2.光产生干涉现象的条件
要使两列光波相遇时产生干涉现象，两列光波必须具有相同的________和____________。
3.由干涉现象得出的结论
干涉是波特有的一种现象，光具有________的特性。
二、光的双缝干涉公式
1.光的相干条件：人们把________相同、振动方向相同和相位差恒定这三个条件称为光的相干条件。
2.相干光源：符合光的________条件的光源。
3.屏上某处出现亮、暗条纹的条件：频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总是相反。
(1)亮条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即：
Δr＝|PS1－PS2|＝±nλ＝±2n·(n＝0，1，2，3，…)
(2)暗条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即：
Δr＝|PS1－PS2|＝±(2n＋1)·(n＝0，1，2，3，…)
(3)相邻两条亮条纹或暗条纹中心间距为Δy＝λ。
思考
1.在双缝干涉实验中，如果入射光用白光，在两条狭缝上，一个用红色滤光片(只允许通过红光)遮挡，一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡。试想屏上还有干涉条纹吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.双缝干涉实验中亮条纹和暗条纹的位置随时间变化吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一条缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一条缝前放绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时(　　)
A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮
例2 (多选)如图所示为双缝干涉实验装置示意图，当使用波长为λ的可见光做实验时，光屏上P点出现中央0级亮条纹，P1点为P点上方相邻的亮条纹，则(　　)
A.P1点到双缝的距离之差为0.5λ
B.P1点到双缝的距离之差为1.0λ
C.换用波长为λ的可见光重复上述实验后，P1点处将出现暗条纹
D.换用波长为λ的可见光重复上述实验后，P1点处仍出现亮条纹
训练1 (2024·辽宁大连高二期末)如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，O点出现中央亮条纹，光屏上的P点到双缝的距离之差r2－r1＝，已知光速为c，从O点向上数，P点应出现(　　)
A.第一条亮条纹 B.第三条亮条纹
C.第二条暗条纹 D.第四条暗条纹
亮暗条纹的判断方法
1.明确光在真空(或空气)中的波长(c＝λf)。
2.由屏上出现亮暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。
3.根据亮条纹的判断式Δr＝±nλ(n＝0，1，2，3，…)或暗条纹的判断式Δr＝±(2n＋1)(n＝0，1，2，3，…)，判断出n的取值，从而判断条纹数。　　
知识点二　干涉图样及其分析
如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：
几种单色光的双缝干涉图样
(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？
(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.单色光的双缝干涉图样
(1)中央为________条纹，两侧是明暗相间且条纹间距________的条纹。
(2)两相邻亮条纹(或暗条纹)的间距与光的波长有关，波长越大，条纹间距________。
2.白光的双缝干涉图样
(1)中央是白色的条纹，两侧是________条纹。
(2)产生原因
①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。
②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
例3 (多选)如图所示为探究“双缝干涉”的示意图。现用蓝光照射单缝S时，在光屏P上得到相应的干涉条纹。若要使光屏P上的相邻亮(或暗)条纹间距变大，可采用的方法为(　　)
A.减小双缝S1与S2的间距
B.增大双缝到光屏的距离
C.减小单缝S到双缝S1S2的距离
D.将蓝光换为红光
例4 (多选)如图所示为用同一双缝干涉实验装置得到的甲、乙两种单色光的干涉条纹，下列有关两种单色光的说法正确的是(　　)
A.甲光的波长大于乙光的波长
B.甲光在真空中的传播速率大于乙光在真空中的传播速率
C.若甲光是黄光，乙光可能是红光
D.若两种单色光以相同的入射角进入同种介质，甲光的折射角较大
知识点三　薄膜干涉及其应用
1.薄膜干涉
由薄膜两个面________的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。
2.薄膜干涉的原理
光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的________差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现____条纹；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱，于是出现____条纹。
3.薄膜干涉的应用
(1)用干涉法检查平面：如图甲所示，被检查平面B与标准平面样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射样板，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波发生干涉，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。
(2)增透膜：照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的薄膜，即增透膜，一般增透膜的厚度是光在薄膜介质中传播的波长的，即d＝。增透膜对绿光的增透效果最好，对红光、紫光的增透效果稍差，仍有部分反射，故有增透膜的镜头看上去呈淡紫色。
思考 如图所示，登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014 Hz。
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是____________________________
___________________________________________________________________。
(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例5 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之上，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。当单色光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹图样如图乙所示，已知单色光在真空中的波长为5×10－7 m。求：
(1)图甲所示位置的空气膜厚度d1＝1.75×10－6 m，通过计算判断该位置是亮条纹还是暗条纹；
(2)在玻璃表面涂上一层薄膜作为题干中单色光的增透膜，薄膜材料的折射率为1.4，求增透膜的最小厚度d2。
　
　
　
　
　
　
　
　
随堂对点自测
1.(双缝干涉)如图是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏。用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　)
A.减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小
B.将绿光换为红光，干涉条纹间的距离增大
C.增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离减小
D.将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大
2.(亮暗条纹的判断)(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为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹所在位置，则(　　)
A.由O到达a、b的路程差为零
B.由M、N到达b的路程差为λ
C.由O到达a、c的路程差为4λ
D.由M、N到达e的路程差为2λ
3.(薄膜干涉)(多选)(2024·福建福州高二期末)利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜。图1中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是(　　)
A.图1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏
B.图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变
C.在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凹陷
D.图3中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故
第1节　光的干涉
知识点一
导学　提示　(1)光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源。
(2)在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹。
知识梳理
一、1.明暗相间　2.频率　振动方向　3.波
二、1.频率　2.相干
[思考]
1.提示　屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，分别只能透过红光和绿光，两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会发生干涉。
2.提示　实验装置和入射光频率确定时亮、暗条纹的位置是确定的，不随时间变化。
例1 C　[分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光的频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍有光亮，故选项C正确。]
例2 BC　[P1点为P点上方相邻的亮条纹，可知P1点到双缝的距离之差为1.0λ，故A错误，B正确；换用波长为λ的可见光重复上述实验后，则可见光的波长变为λ′＝λ，P1点到双缝的距离之差为Δx＝λ＝λ′，可知P1点处将出现暗条纹，故C正确，D错误。]
训练1 C　[由题意可知单色光的波长为λ＝，则有r2－r1＝＝3×，可知P点应出现第二条暗条纹，故C正确。]
知识点二
导学　提示　(1)由题图可知，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹之间的距离都是相等的。
(2)由题图可知，用不同颜色的光做干涉实验时，干涉图样条纹间距不同。
知识梳理
1.(1)亮　相等　(2)越大　2.(1)彩色
例3 ABD　[根据双缝干涉相邻亮(或暗)条纹间距公式Δy＝λ知，减小双缝间的距离，即减小d，则干涉条纹间距增大，故A正确；增大双缝到光屏的距离，即增大l，则相邻亮(或暗)条纹间距增大，故B正确；减小单缝S到双缝S1S2的距离，条纹间距不受影响，故C错误；将蓝光换为红光，波长变长，则相邻亮(或暗)条纹间距变大，故D正确。]
例4 AD　[根据双缝干涉条纹间距公式Δy＝λ可得，在d、l相同的条件下，Δy与λ成正比，甲光的条纹间距大，则甲光的波长长，故A正确；每种单色光在真空中的传播速率都是相同的，都是3.0×108 m/s，故B错误；由于甲光的波长长，且红光的波长比黄光的波长长，若甲光是黄光，乙光波长比甲光波长短，则不可能是红光，故C错误；根据c＝λf得，甲光的频率比乙光的频率低，则甲光的折射率小，由n＝得，若两种单色光以相同的入射角进入同种介质，甲光的折射角较大，故D正确。]
知识点三
1.反射　2.路程　亮　暗
[思考] 提示　(1)为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射后形成的反射光叠加后加强，从而使透射的紫外线减弱。
(2)1.23×10－7 m。路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝nλ′(n＝1，2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的，紫外线在真空中的波长是λ＝≈3.7×10－7 m，在薄膜中的波长是λ′＝≈2.47×10－7 m，故“增反膜”的厚度至少是1.23×10－7 m。
例5 (1)亮条纹　(2)8.9×10－8 m
解析　(1)图甲所示位置处，两块平板玻璃反射光的光程差为Δr＝2d1＝3.5×10－6 m＝7λ，可知该位置是亮条纹。
(2)单色光在薄膜中的波长为
λ′＝＝ m＝×10－7 m
增透膜的厚度最小时，有＝2d2，增透膜的最小厚度为
d2＝≈8.9×10－8 m。
随堂对点自测
1.B　[根据双缝干涉条纹的间距公式Δy＝λ可知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间的距离增大，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间的距离增大，增大双缝到屏的距离，即l增大，则干涉条纹间的距离增大，将绿光换为紫光，波长变短，则干涉条纹间的距离减小，B正确，A、C、D错误。]
2.BD　[从O到达某点可以经过M也可以经过N，根据已知条件无法比较从O到达某两点的路程差，故A、C错误；b为中央亮纹旁边的第一条亮纹，则M、N到达b的路程差为波长λ，故B正确；e为中央亮纹旁边的第二条亮纹，M、N到达e的路程差为2λ，故D正确。]
3.BC　[当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；将样板平行上移，导致原来满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；从弯曲的条纹可知，此处检查平面凹陷，故C正确；照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种膜称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因该种颜色的光没有增透造成的，故D错误。](共55张PPT)
第1节　光的干涉
第5章　光的干涉、衍射和偏振
1.知道光的干涉现象，知道光是一种波。
2.理解相干光源和产生干涉现象的条件。
3.理解明暗条纹产生的机理。
4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉现象及其应用。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　干涉图样及其分析
知识点一　双缝干涉
知识点三　薄膜干涉及其应用
知识点一　双缝干涉
如图为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况。
(1)两条狭缝起什么作用？
(2)在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？
提示　(1)光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源。
(2)在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹。
一、光的干涉及其产生条件
1.光的干涉现象
两束光相遇时，如果满足一定的条件，会产生干涉现象，在屏上出现__________的干涉条纹。
2.光产生干涉现象的条件
要使两列光波相遇时产生干涉现象，两列光波必须具有相同的______和__________。
3.由干涉现象得出的结论
干涉是波特有的一种现象，光具有____的特性。
明暗相间
频率
振动方向
波
二、光的双缝干涉公式
1.光的相干条件：人们把______相同、振动方向相同和相位差恒定这三个条件称为光的相干条件。
2.相干光源：符合光的______条件的光源。
3.屏上某处出现亮、暗条纹的条件：频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总是相反。
频率
相干
【思考】
1.在双缝干涉实验中，如果入射光用白光，在两条狭缝上，一个用红色滤光片(只允许通过红光)遮挡，一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡。试想屏上还有干涉条纹吗？
提示　屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，分别只能透过红光和绿光，两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会发生干涉。
2.双缝干涉实验中亮条纹和暗条纹的位置随时间变化吗？
提示　实验装置和入射光频率确定时亮、暗条纹的位置是确定的，不随时间变化。
C
例1 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一条缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一条缝前放绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时(　　)
A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮
解析　分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光的频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍有光亮，故选项C正确。
例2 (多选)如图所示为双缝干涉实验装置示意图，当使用波长为λ的可见光做实验时，光屏上P点出现中央0级亮条纹，P1点为P点上方相邻的亮条纹，则(　　)
BC
A.第一条亮条纹 B.第三条亮条纹
C.第二条暗条纹 D.第四条暗条纹
C
知识点二　干涉图样及其分析
如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：
几种单色光的双缝干涉图样
(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？
(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？
提示　(1)由题图可知，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹之间的距离都是相等的。
(2)由题图可知，用不同颜色的光做干涉实验时，干涉图样条纹间距不同。
1.单色光的双缝干涉图样
(1)中央为____条纹，两侧是明暗相间且条纹间距______的条纹。
(2)两相邻亮条纹(或暗条纹)的间距与光的波长有关，波长越大，条纹间距______。
亮
相等
越大
2.白光的双缝干涉图样
(1)中央是白色的条纹，两侧是______条纹。
(2)产生原因
①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。
②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
彩色
例3 (多选)如图所示为探究“双缝干涉”的示意图。现用蓝光照射单缝S时，在光屏P上得到相应的干涉条纹。若要使光屏P上的相邻亮(或暗)条纹间距变大，可采用的方法为(　　 )
ABD
A.减小双缝S1与S2的间距
B.增大双缝到光屏的距离
C.减小单缝S到双缝S1S2的距离
D.将蓝光换为红光
例4 (多选)如图所示为用同一双缝干涉实验装置得到的甲、乙两种单色光的干涉条纹，下列有关两种单色光的说法正确的是(　　)
A.甲光的波长大于乙光的波长
B.甲光在真空中的传播速率大于
乙光在真空中的传播速率
C.若甲光是黄光，乙光可能是红光
D.若两种单色光以相同的入射角进入同种介质，甲光的折射角较大
AD
知识点三　薄膜干涉及其应用
1.薄膜干涉
由薄膜两个面______的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。
2.薄膜干涉的原理
光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的______差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现____条纹；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱，于是出现____条纹。
反射
路程
亮
暗
3.薄膜干涉的应用
(1)用干涉法检查平面：如图甲所示，被检查平面B与标准平面样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射样板，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波发生干涉，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。
【思考】 如图所示，登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014 Hz。
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是_____________________________
___________________________________________________________________。
(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？
提示　(1)为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射后形成的反射光叠加后加强，从而使透射的紫外线减弱。
例5 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之上，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。当单色光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹图样如图乙所示，已知单色光在真空中的波长为5×10－7 m。求：
(1)图甲所示位置的空气膜厚度d1＝1.75×10－6 m，通过计算判断该位置是亮条纹还是暗条纹；
(2)在玻璃表面涂上一层薄膜作为题干中单色光的增透膜，薄膜材料的折射率为1.4，求增透膜的最小厚度d2。
答案　(1)亮条纹　(2)8.9×10－8 m
解析　(1)图甲所示位置处，两块平板玻璃反射光的光程差为Δr＝2d1＝3.5×10－6 m＝7λ，可知该位置是亮条纹。
随堂对点自测
2
B
1.(双缝干涉)如图是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏。用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　)
A.减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小
B.将绿光换为红光，干涉条纹间的距离增大
C.增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离减小
D.将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大
BD
2.(亮暗条纹的判断)(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为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹所在位置，则(　　)
A.由O到达a、b的路程差为零
B.由M、N到达b的路程差为λ
C.由O到达a、c的路程差为4λ
D.由M、N到达e的路程差为2λ
解析　从O到达某点可以经过M也可以经过N，根据已知条件无法比较从O到达某两点的路程差，故A、C错误；b为中央亮纹旁边的第一条亮纹，则M、N到达b的路程差为波长λ，故B正确；e为中央亮纹旁边的第二条亮纹，M、N到达e的路程差为2λ，故D正确。
BC
3.(薄膜干涉)(多选)(2024·福建福州高二期末)利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜。图1中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是(　　)
A.图1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏
B.图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变
C.在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凹陷
D.图3中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故
解析　当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；将样板平行上移，导致原来满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；从弯曲的条纹可知，此处检查平面凹陷，故C正确；照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种膜称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因该种颜色的光没有增透造成的，故D错误。
课后巩固训练
3
C
题组一　双缝干涉
1.以下现象不属于干涉的是(　　)
A.白光经过杨氏双缝得到彩色图样 B.白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C.白光经过三棱镜得到彩色图样 D.白光照射水面油膜呈现彩色图样
解析　白光经过杨氏双缝得到彩色图样是光的干涉现象，故A错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，故B错误；白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，故D错误。
基础对点练
B
2.某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(　　)
A.单缝S太窄
B.单缝S太宽
C.S到S1和S2距离不相等
D.阳光不能作为光源
解析　双缝干涉实验中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的，单缝的宽度应比较小，由题意知，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源。故选项B正确。
BD
D
4.(2024·山东威海市高二期末)如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，屏上的O点到两缝的距离相等。用频率为f的单色光垂直照射双缝，在屏上会产生干涉条纹。由O向上数，在光屏的P点出现第4条暗条纹。已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差r2－r1为(　　)
C
5.在双缝干涉实验中，一钠灯发出波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两亮条纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为(　　)
A.2.06×10－7 m B.2.06×10－4 m C.1.68×10－4 m D.1.68×10－3 m
D
6.(2024·广西河池市高二统考期末)某同学用单色光做双缝干涉实验时，观察到条纹如甲图所示，改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是(　　)
A.增大了单色光的波长
B.减小了双缝之间的距离
C.减小了光源到单缝的距离
D.减小了双缝到光屏之间的距离
C
题组三　薄膜干涉及其应用
7.如图所示，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波)(　　)
解析　竖直放置的肥皂液薄膜受到重力的作用，下面厚、上面薄。波峰和波峰、波谷与波谷叠加后相互加强，出现亮条纹；波峰与波谷叠加后相互抵消，出现暗条纹，故C正确。
D
8.光的干涉现象在技术中有许多应用。如图所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，若在被检平面上有一处凸起，则观察者从上往下看到的干涉条纹可能为(　　)
解析　干涉条纹为竖直方向，如果被检测的平面某处凹下，则对应明条纹(或暗条纹)提前出现，如果某处凸起，则对应的条纹延后出现，因此被检平面上有一处凸起，则对应的条纹延后出现，故D正确。
AC
9.(多选)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内疏外密的同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　　)
综合提升练
A.干涉现象是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
解析　凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，故A正确，B错误；干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不均匀变化，导致间距不均匀增大，从而观察到题图乙所示的内疏外密的同心圆环状条纹，故C正确，D错误。
C
11.在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014 Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10－6 m，如图所示，则
(1)P点是亮条纹还是暗条纹？
(2)设O为到S1、S2路程相等的点，则P、O间还有几条亮条纹，几条暗条纹？(不包括O、P两处的条纹)
培优加强练
12.手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光。某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害，制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长，光源架在铁架台的上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器，接收到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示，根据x轴上的光强分布可以算出光的波长。已知双缝间距d，双缝到光传感器的距离L，选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n。求：
(1)被测蓝光的波长λ；
(2)镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度。

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