第4.3节 光的干涉-2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第一册 ）

第四章·光第03讲光的干涉目标目标导航知识要点难易度1．光的干涉条件：频率相等，相位差稳定2．光的双缝干涉条纹特征：等间距，条纹宽度：Δx＝eq\f(l,d)λ★★

★★★知识知识精讲知识点01杨氏双缝干涉实验1．光的干涉现象：1801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．两束光在屏幕上形成稳定的明暗条纹的现象称光的干涉。2．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所示，有光源、单缝、双缝和光屏．(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．3．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．4．干涉图样（1）原理图如上图所示．（2）亮、暗条纹的条件．①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…），光屏上出现亮条纹．b．光的路程差Δr＝r2－r1＝（2k＋1）eq\f(λ,2)（k＝0，1，2…），光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色（填写颜色）．③条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.即增大挡板和屏的距离，减小双缝间距，增加波长都会导致条纹变宽【例1】(多选)如图甲为双缝干涉实验的装置示意图．图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a处为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′处为中央亮条纹．若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短．则以下说法正确的是()A．丙图比乙图条纹间的间距大B．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长D．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短【答案】A、B【解析】由图可知丙图比乙图的条纹间距变大，丙图波长比乙图的波长长，所以AB正确，CD错误。知识点02薄膜（等厚）干涉应用：检查平面平整度1．薄膜干涉现象如下图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．牛顿环的干涉如下图：2．薄膜干涉原理分析（1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．（2）图样特点：同双缝干涉，同一条亮（或暗）条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．3．薄膜干涉的应用如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，M的下表面和N的上表面反射的光产生干涉，形成条纹图案。（1）如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是平行且等间距的．（2）如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；（3）如果某处凸起来，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顺序上)【归纳总结】对干涉条纹间距的判断矮人行走法：即把干涉条纹看成“矮人”的直立行走轨迹．始终保持脚踏被测板，头顶样板行走过程中，(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为凹下．(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去绕，即条纹某处弯向薄膜底部，该处为凸起．因此，条纹向薄膜尖端弯曲时，说明下凹，反之，上凸．【例2】(多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，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同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是()A．干涉条纹是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B．干涉现象是由于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造成的D．若平薄凸透镜的圆弧面半径增大，圆环状干涉条纹的间距将变小【答案】AC【解析】空气膜两侧分别是透镜下表面和玻璃上表面，是这两个表面反射光的干涉，所以A正确；两条条纹间距的空气厚度相等，空气膜下表面是平面，上表面是球面，所以厚度变化不均匀，C正确；圆弧半径增大，空气厚度变化减缓，条纹间距变大，D错误。巩固巩固练习1．(多选)白光中含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光，波长依次减小。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．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D．用白光作为光源，屏上将呈现彩色的条纹【答案】BD【解析】白光做为光源进行干涉实验，观察到的是彩色条纹，A错误，D正确；红光是单色光，干涉条纹为红黑相间，B正确；用红光和紫光分别照射一条狭缝，产生的是红和紫的衍射条纹的叠加，不是彩色条纹，C错误。2．用单色光完成“杨氏双缝干涉实验”，光屏上形成的图样是（A ）（A）（B）（C（B）（D）【答案】A【解析】条纹间距相等，A正确。3．如图所示，在双缝干涉实验中，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则()A．不再产生干涉条纹B．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置不变C．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向上移D．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向下移【答案】D【解析】干涉条纹是两束光的相对光程差导致，单缝向上移动，中央条纹向下移动，仍然可以产生干涉条纹，D正确。4．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，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【答案】C【解析】干涉条纹间距Δx＝eq\f(l,d)λ.红光波长比绿光长，C正确。5．(多选)对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是()A．不同颜色的光有可能发生干涉现象B．不同颜色的光不可能发生干涉现象C．光的强度不同有可能发生干涉现象D．光的强度不同不可能发生干涉现象【答案】BC【解析】干涉条件是频率相同，对光强没有特别要求，所以BC正确。6．如图甲为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短。则以下说法正确的是()A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短【答案】A【解析】红光波长大于绿光，绿光波长大于紫光，波长越长条纹间距越大，A正确。7．(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的图象如图乙所示的条纹中的P和Q的情况，这说明()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．N的上表面A处向下凹陷 D．N的上表面B处向下凹陷【答案】BC【解析】突起条纹向右移动，凹陷条纹向左移动，所以A处凹陷，B处凸起，BC正确。8．用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为（）【答案】B【解析】由于重力作用，薄膜沿竖直方向厚度逐渐增大，等厚干涉图样如B，所以B正确。9．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图(甲)所示的条纹，仅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．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【答案】B【解析】对于A，光源到单缝距离不影响条纹间距，A错误。按干涉条纹间距Δx＝eq\f(l,d)λ.B正确。10．(多选)如图甲、乙所示分别是a、b两束单色光用同一双缝干涉装置进行实验得到的干涉图样，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是()A．a、b两束单色光在真空中的波长满足λa<λbB．a、b两束单色光在玻璃中的折射率满足na<nbC．若该两束光分别为红光和紫光，则a光为红光D．若拉大a光双缝与屏之间距离，则a光干涉图样有可能与b光当前形成的干涉图样中条纹间距相同【答案】AD【解析】波长越长，间距越大，A正确；波长大，折射率小，B错误；b的波长大于a的波长，a为紫光，C错误；增大a光的双缝到屏的距离，条纹间距增大，D正确。11．用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，其中光源为白炽灯泡，调整实验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹。关于该实验，下列说法正确的是（）A．取下滤光片，光屏上将出现彩色的干涉条纹B．若单缝向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮纹中心的距离增大C．若将双缝间的距离d增大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小D．若将滤光片由红色换成绿色，光