13.3光的干涉 学案（含答案）

1、3 光的干涉光的干涉 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波.2.理解明暗条纹的 成因及出现明暗条纹的条件 科学探究：做杨氏双缝干涉实验，在屏上得到明暗相间的条纹，说明光是一种波 科学态度与责任：体会物理学的发展改变了人类对自然界的认识 一、杨氏干涉实验 11801 年，英国物理学家托马斯 杨成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有 波动性 2双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝 S1和 S2的挡板上，两狭缝相距很近，两 狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板 后面的空间

2、互相叠加发生干涉现象 (2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹 (3)实验结论：光是一种波 二、决定条纹间距的条件 1干涉条件：两波源的频率、相位和振动方向都相同 2出现明暗条纹的判断 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶(填“奇”或“偶”)数倍时， 出现亮条纹 (2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇(填“奇”或“偶”)数倍时， 出现暗条纹 1判断下列说法的正误 (1)用白光做双缝干涉实验时屏幕各处均是彩色条纹( ) (2)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定( ) (3)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上的路程差是光

3、波长的整 数倍时出现亮条纹( ) (4)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上的路程差是光波长的奇 数倍时出现暗条纹( ) 2.如图 1 所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为 5.3010 7 m，屏上 P 点距双缝 S 1和 S2的路程差为 7.9510 7 m则在这里出现的应是_(填“亮条纹”或“暗条纹”) 图 1 答案 暗条纹 一、杨氏干涉实验 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

4、点？ 答案 (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 1杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的装置示意图 实验装置如图 2 所示，有光源、单缝、双缝和光屏 图 2 (2)单缝的作用： 获得一个线光源， 使光源有唯一的频率和振动情况 也可用激光直接照射双缝 (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光 2光产生干涉的条件 两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方 法获得两个相干光源的 3干涉图样 (1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹 (2)白光的干涉图样：中央

5、条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹 例 1 (2018 北京卷)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色 滤光片后( ) A干涉条纹消失 B彩色条纹中的红色条纹消失 C中央条纹变成暗条纹 D中央条纹变成红色 答案 D 解析 在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条 纹，中央条纹变成红色 例 2 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 一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光 与绿光频率、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

6、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 答案 C 解析 分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后， 红光和绿光频率不等， 不能发生干涉， 因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮 学科素养 例 2 回顾了双缝干涉实验，两束光发生干涉的条件是两束光的频率相同、相位 差恒定、振动情况相同一方面让学生对物理规律的认识更加深刻，另一方面也让学生进一 步熟悉了双缝干涉发生的条件这很好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养 二、决定条纹间距的条件 (1)若屏上某点是两列光波的波峰与波峰相遇，该点的振

7、动是加强还是减弱？若屏上某点是两 列光波的波峰与波谷相遇，该点的振动是加强还是减弱？ (2)如图所示是几种单色光的双缝干涉图样 用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样有什么不同？ 如果将屏幕远离双缝移动，条纹间距如何变化？ 改变双缝间的距离，条纹间距如何变化？ 双缝干涉条纹的间距与哪些因素有关？ 答案 (1)波峰与波峰相遇，振动加强；波峰与波谷相遇，振动减弱 (2)红光的条纹间距最宽，紫光的条纹间距最窄 屏幕离双缝越远，条纹间距越大 双缝间距越大，条纹间距越小 与光波波长、双缝到屏的距离及双缝间距离有关 1两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大 白光的干涉条纹的中央是

8、白色的，两侧是彩色的，这是因为：各种色光都能形成明暗相间的 条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹两侧条纹间距与各色光的波长成 正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹 2亮、暗条纹的判断 如图 3 所示，设屏上的一点 P 到双缝的距离分别为 r1和 r2，路程差 rr2r1. 图 3 (1)若满足路程差为波长的整数倍，即 rk(其中 k0,1,2,3，)，则出现亮条纹k0 时， PS1PS2，此时 P 点位于屏上的 O 处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹k 为亮条纹的级次 (2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即 r2k1 2 (其中 k1,2,3，)，则出现

9、暗条纹k 为暗条纹的级次，从第 1 级暗条纹开始向两侧展开 例 3 在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是( ) A用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光 B用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最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在双缝干涉现象里，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 错误；双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等 宽间距的，故 C 错误；红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，

10、相邻两亮条纹间距将 变窄，故 D 错误 例 4 如图 4 所示是双缝干涉实验装置，使用波长为 600 nm 的橙色光源照射单缝 S，在光 屏中央 P 处观察到亮条纹，在位于 P 点上方的 P1点出现第一条亮条纹(即 P1到 S1、S2的路程 差为一个波长)，现换用波长为 400 nm 的紫光源照射单缝，则( ) 图 4 AP 和 P1仍为亮条纹 BP 为亮条纹，P1为暗条纹 CP 为暗条纹，P1为亮条纹 DP、P1均为暗条纹 答案 B 解析 从单缝 S 射出的光波被 S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央 P 点到 S1、S2 距离相等，即分别由 S1、S2射出的光到 P 点的路程差为零

11、，因此中央是亮条纹，无论入射光 是什么颜色的光、波长多大，P 点都是中央亮条纹而分别由 S1、S2射出的光到 P1点的路程 差刚好是橙光的一个波长， 即|P1S1P1S2|600 nm橙当换用波长为 400 nm 的紫光时， |P1S1 P1S2|600 nm3 2 紫，则两列光波到达 P1点时振动情况完全相反，即分别由 S1、S2射出的 光到达 P1点时相互削弱，因此，在 P1点出现暗条纹综上所述，选项 B 正确 针对训练 如图 5 所示，用频率为 f 的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的 P 点出现第 3 条暗条纹，已知光速为 c，则 P 到双缝 S1、S2的路程差|r1r2|应为( )

12、 图 5 A. c 2f B. 3c 2f C. 3c f D.5c 2f 答案 D 解析 出现第 3 条暗条纹， 说明 S1、 S2到 P 点距离之差为5 2， 而 c f， 所以|r1r2| 5 2 5c 2f， D 项正确. 1(杨氏双缝干涉实验)在杨氏双缝干涉实验中，如果( ) A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大 D用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹 答案 B 解析 用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A 错；用红光作为光源，屏上将 呈现红色亮条

13、纹与暗条纹(即黑条纹)相间的条纹，B 对；若仅将入射光由红光改为紫光，波 长变小，条纹间距变小，C 错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D 错 2.(决定条纹间距的条件)(2018 北京101中学高二下学期期中)如图6所示为双缝干涉实验中产 生的条纹图样，甲图为绿光进行实验的图样，乙为换用另一种单色光进行实验的图样，则以 下说法中正确的是( ) 图 6 A乙图可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较长 B乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较长 C乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较短 D乙图可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较短 答案 A 解析

14、 题图乙中条纹的间距比题图甲大，故题图乙中光的波长较长，即比绿光的波长长红 光的波长比绿光长，紫光的波长比绿光短，A 正确 3(亮、暗条纹的判断)如图 7 所示，用单色光做双缝干涉实验，P 处为第二条暗条纹，改用 频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变，屏足够大)，则同侧第二条暗条纹的位置 ( ) 图 7 A仍在 P 处 B在 P 点上方 C在 P 点下方 D要将屏向双缝方向移近一些才能看到 答案 B 解析 由 c f知，f 变小， 变大若出现第二条暗条纹，则 P 到双缝的路程差 r 3 2，当 变大时，r 也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在 P 点上方，B 正确 4(亮、暗条纹的判

15、断)在双缝干涉实验中，双缝到光屏上 P 点的距离之差为 0.6 m，若分别 用频率为 f15.01014 Hz 和 f27.51014 Hz 的单色光垂直照射双缝，则 P 点出现亮、暗条 纹的情况是( ) A用单色光 f1和 f2分别照射时，均出现亮条纹 B用单色光 f1和 f2分别照射时，均出现暗条纹 C用单色光 f1照射时出现亮条纹，用单色光 f2照射时出现暗条纹 D用单色光 f1照射时出现暗条纹，用单色光 f2照射时出现亮条纹 答案 C 解析 单色光 f1的波长： 1c f1 3108 5.01014 m0.610 6 m0.6 m. 单色光 f2的波长： 2c f2 3108 7.51014 m0.410 6 m0.4 m. 因 P 点到双缝的距离之差 x0.6 m1， 所以用单色光 f1照射时 P 点出现亮条纹 又 x0.6 m3 22，所以用单色光 f2照射时 P 点出现暗条纹，故选项 C 正确