第3课 光的干涉 -2023-2024学年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第3课光的干涉学习目标学习目标课程标准学习目标观看光的干涉现象，了解现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。1．通过观看现象和演示试验，了解光的干涉现象，知道光是一种波，进一步生疏光的本性。2．知道双缝干涉的原理，相邻纹间距表达式。3．知道薄膜干涉的原理，相邻纹间距的打算因素。002预习导学（一）课前阅读：干涉条件、推断某点振动加强或者减弱的方法（动态图解、公式法）、增透膜、増反膜。（二）基础梳理一、双缝干涉1、光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，消灭条纹，某些区域相互减弱，消灭条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.(2)条件：两束光的频率、振动方向，相位差恒定.(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中心为条纹，其余为条纹.2.双缝干涉(1)条纹间距：Δx＝，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距.(2)明暗条纹的推断方法：相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处消灭条纹.当Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处消灭条纹.【概念连接】频率、相位差、叠加【拓展补充】若用一般光做试验，需要取出一列光波分成两列。【即学即练】1．如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点消灭第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为()A.eq\f(c,2f) B.eq\f(3c,2f)C.eq\f(3c,f) D.eq\f(5c,2f)2.如图所示的双缝干涉试验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观看到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A．增大S1与S2的间距B．减小双缝屏到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光【微点拨】看波程差与波长的关系二、薄膜干涉形成缘由：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.【概念连接】干涉、薄膜、叠加【拓展补充】薄膜干涉又叫等厚干涉【即学即练】1、（多选）如图所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理的是()A.远离中心点处亮环的分布较密B.用白光照射时，不会消灭干涉形成的圆环C.这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的D.与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的2.如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是()A．条纹方向与AB边平行B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大C．减小薄片的厚度，条纹间距变小D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小【微点拨】纹的外形看等厚点的分布，纹的疏密看波长与尖角（三）预习作业1．推断题：(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。()(2)在双缝干涉试验中，双缝的作用是使白光变成单色光。()2．用如图所示的试验装置观看光的薄膜干涉现象．图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些食盐)，图(b)是直立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观看到的现象是()A．当金属丝圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°B．当金属丝圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°C．当金属丝圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°D．干涉条纹保持原来状态不变003探究提升环节一思考：1．（多选）.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。则下列说法正确的是(设空气的折射率为1)()A．x2<x1 B．x2>x1C．该矿泉水的折射率为eq\f(x1,x2) D．该矿泉水的折射率为eq\f(x2,x1)2．如图所示，在双缝干涉试验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉试验，问P点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观看到的现象。环节二薄膜干涉问题探究1：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．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观看到的干涉条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消逝问题探究2：（多选）利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度，如图(a)所示，现使透亮     标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观看到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列推断中正确的是()A．N的上表面A处向上凸起B．N的上表面B处向上凸起C．条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同D．条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同004体系构建激光、一般光---干涉---双缝干涉、薄膜干涉005记忆清单一、双缝干涉★学习聚焦：条纹间距：Δx＝eq\f(l,d)λ二、薄膜干涉★学习聚焦：纹的外形看等厚点的分布，纹的疏密看波长与尖角060601强化训练1、光热转换是将太阳能转换为其他物质内能的过程，太阳能热水器如图所示，就是一种光热转换装置，它的主要转化器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转化成水的内能．真空玻璃管上接受镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是()A．光的直线传播B．光的粒子性C．光的干涉D．光的衍射2、（多选）在双缝干涉试验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A．改用红色激光B．改用蓝色激光C．减小双缝间距D．将屏幕向远离双缝的位置移动E．将光源向远离双缝的位置移动3．（多选）把一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，如图所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是()A．干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D．观看薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧4、在双缝干涉试验中，双缝到光屏上点P的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，试分析推断点P应消灭亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？5、双缝干涉试验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下推断正确的是()A．Δt＝eq\f(5λ,c)B．Δt＝eq\f(15λ,2c)C．Δt＝eq\f(10λ,c) D．Δt＝eq\f(15λ,c)6、用平行单色光垂直照射一层透亮     薄膜，观看到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是()7、2009年11月21日凌晨2时30分，黑龙江新兴煤矿发生瓦斯爆炸事故，造成10名矿工遇难．煤矿中的瓦斯危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于洁净空气的折射率，于是他依据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透亮     容器A、B，容器A与洁净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观看屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．假如屏的正中心O点变为暗纹，说明B中气体(

)A.

肯定含瓦斯

B.

肯定不含瓦斯

C.

不肯定含瓦斯

D.

无法推断8、洛埃德在1834年提出了一种更简洁的观看干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将消灭干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。(1)通过如图所示的装置在屏上可以观看到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉试验得到的干涉条纹全都。假如S被视为其中的一个缝，____________相当于另一个“缝”；(2)试验表明，光从光疏介质射向光密介质在界面发生反射时，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。假如把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是__________(填写“亮条纹”或“暗条纹”)；(3)试验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15mm，单缝到光屏的距离D＝1.2m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78mm，则该单色光的波长λ＝________m(结果保留3位有效数字)。9、(1)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观看到外，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲)，让单色光从上方射入(示意图如图乙，其中R为凸透镜的半径)，从上往下看凸透镜，也可以观看到由干涉造成图丙所示的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环。假如改用波长更长的单色光照射，观看到的圆环半径将________(选填“变大”“变小”或“不变”)；假如换一个半径更大的凸透镜，观看到的圆环半径将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。(2)接受波长为690nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为________。A．345nm B．690nmC．几微米 D．几毫