2025版新教材高中物理第4章光3光的干涉课内探究新人教版选择性必修第一册

3.光的干涉探究对光的双缝干涉试验的理解要点提炼1.双缝干涉的装置示意图试验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。2．单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动状况。3．双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动状况完全一样的相干光。4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两束光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样，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：①亮条纹的条件：屏上某点P到两缝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|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3…)k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的中心O处，为亮条纹，此处的条纹叫中心亮纹。②暗条纹的条件：屏上某点到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1－PS2|＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3…)典例剖析1.某同学用如图所示的器材视察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后，C上出现一亮斑。分析试验失败的缘由，最大的可能是(B)A．单缝S太窄B．单缝S太宽C．S到S1和S2距离不等D．太阳光不能作光源解析：试验中，单缝S应特殊窄，才可看作“志向线光源”，也才能成功地视察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一亮斑，说明单缝S太宽，B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中心不愿定是亮条纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误。对点训练❶如图所示，用频率为f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(D)A.eq\f(c,2f) B．eq\f(3c,2f)C．eq\f(3c,f) D．eq\f(5c,2f)解析：由于出现暗条纹，由Δr＝eq\f(2n－1,2)λ，可知n＝3，所以Δr＝eq\f(5,2)λ，c＝λf，故D正确。探究双缝干涉图样的特点要点提炼1.干涉条纹间距Δx与波长λ的关系(1)关系式：Δx＝eq\f(l,d)λ式中l是指屏和双缝之间的距离，d是指两缝之间的距离。(2)同一干涉装置中，条纹间距Δx与λ成正比。(3)c＝λf，频率越高的光波长越短。白光的各种色光波长从长到短依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。2．单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中心为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。3．白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中心条纹是白色的。这是因为(1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都形成明暗相间的条纹，各种色光都在中心条纹处形成亮条纹，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，即红光的亮纹间宽度最大。紫光亮纹间宽度最小，即除中心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，而且同一级条纹内紫外红。典例剖析2.双缝干涉试验装置如图所示，用绿光照射单缝S时，在光屏P上视察到干涉条纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(C)A．增大S1与S2的间距B．减小双缝到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光解析：光的双缝干涉的条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，增大S1与S2的间距就是增大d，条纹间距将变小，A错误；减小双缝到光屏的距离就是减小l，条纹间距将变小，B错误；红光波长比绿光波长长，紫光波长比绿光波长短，所以将绿光换为红光，条纹间距增大，C正确，D错误。对点训练❷(2024·河北省石家庄二中高二下学期期中)某同学用单色光进行双缝干涉试验，在屏上视察到如图甲所示的条纹，仅变更一个试验条件后，视察到的条纹如图乙所示。他变更的试验条件可能是(B)A．减小光源到单缝的距离B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏之间的距离D．换用频率更高的单色光源解析：通过视察发觉，图乙中干涉条纹的间距比甲图中的大，依据干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，知可以使缝屏距l变大，双缝间距d减小，或换用波长较长即频率较低的光，以达到要求，故选项C、D错误；选项B正确；条纹间距与光源到单缝的距离无关，故选项A错误。探究薄膜干涉及其应用要点提炼1.薄膜干涉的成因如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后相互加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后相互减弱，则出现暗纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。2．薄膜干涉及其应用(1)薄膜干涉的形成：入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得其次束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。(2)用干涉法检查平面平整度：如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，假如被检测平面是光滑平直的，得到的干涉图样必是等间距的。假如被检测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；假如某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置依次上)典例剖析3.(多选)如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是(BC)A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹B．人从左侧向右看，可以看到彩色条纹C．彩色条纹水平排列D．彩色条纹竖直排列解析：一束白光射到肥皂薄膜上，经前、后两个面反射回来的光相互叠加，产生干涉现象，所以从左侧向右看可看到彩色条纹；因为薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的，故选BC。对点训练❸(多选)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(如图)，这时可以看到亮暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是(AC)A．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏B．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动解析：从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现干涉条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的。当将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；若将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏，A正确，B错误；将上玻璃板平行上移，导致满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此条纹向着劈尖移动，C正确，D错误。增透膜1．为了削减光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透亮薄膜，一般是氟化镁。2．如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零。增透膜的最小厚度：增透膜厚度d＝eq\f(2k＋1λ,4)(k＝0,1,2,3…)，最小厚度为eq\f(λ,4)。(λ为光在介质中传播时的波长)3．由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中确定波长的光相消。4．因为人眼对绿光最敏感，一般选择对绿光起增透作用的膜，所以在反射光中绿光强度几乎为零，而其他波长的光并没有完全抵消，所以增透膜呈现淡紫色。案例(多选)在照相机镜头上涂有增透膜，下列关于增透膜的说法正确的是(BC)A．增透膜的厚度为绿光在真空中波长的eq\f(1,4)B．增透膜的厚度为绿光在增透膜中波长的eq\f(1,4)C．绿光在增透膜前、后表面的反射光相互抵消D．绿光在增透膜前、后表面的反射光相互叠加使绿光振动加强解析：在选择增透膜时，一般是使人眼敏感的绿光在垂直入射时增透膜前、后表面反射的光相互抵消，因此增透膜的厚度应等于绿光在增透膜中波长