13.3光的干涉 学案（含答案）

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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