第36讲　光的波动性

第36讲光的波动性光的干涉现象1.小陆同学带领某研究小组观察杨氏双缝实验,如图所示是研究光的双缝干涉的示意图,挡板上有两条狭缝S1、S2,由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹.已知入射激光的波长为λ,屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等,如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹,由P向上数,与0号亮条纹相邻的暗条纹为1号暗条纹,与1号暗条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹,1号亮条纹上侧相邻的暗条纹为2号暗条纹,则P1处的暗条纹恰好是10号暗条纹.设直线S1P1的长度为r1,S2P1的长度为r2,则r2-r1等于 (B)A.9λ B.9.5λ C.10λ D.10.5λ[解析]由题设可知,从第0号亮条纹P算起,P1点处是第10号暗条纹的位置,表明狭缝S1、S2与P1处的距离差r2-r1=(2n-1)λ2=9.5λ,所以B正确,A、C、D错误2.(多选)如图所示,在利用双缝干涉实验测量光的波长的实验中,单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上,屏上P点处在P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心.已知入射光在真空中的波长为λ,真空中的光速为c,双缝S1与S2之间距离为d,双缝到屏的距离为l,若整个装置处于真空中,则下列说法正确的是 (AD)A.来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为3B.屏上P点和P0点之间仅能观察到两条暗条纹C.仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中,P点处能观察到暗条纹D.仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中,P点处能观察到暗条纹[解析]来自双缝S1和S2的光传播到P点处的路程差为3λ,则时间差为3λc,选项A正确;由题意可知,屏上P点和P0点之间能观察到三条暗条纹,选项B错误;根据Δx=ldλ可知,仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中,条纹间距不变,则P点处仍是亮条纹,选项C错误;根据Δx=ldλ可知,仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中,l变大,则条纹间距变大,则P点处能观察到暗条纹,3.如图所示,在光源L的右侧,有两个平行挡板A1、A2相距为d,A1上开有单缝S,A2上开有相距为b的平行双缝S1、S2,挡板A2右侧有一相距为D的光屏A3,L、S、S1与S2的中点、O在一条直线上,且d≫b,D≫d,光源L发出单色光的波长为λ,若在图中阴影区域加上折射率为n的介质,则中央亮纹移动的方向和距离为(提示:在波的传播方向上的相位落后,由波长的个数决定,单色光在介质中的波长是真空中波长的1n) (AA.上移(n-1)Dbd B.上移(n-1)DC.下移(n-1)Dbd D.下移(n-1)D[解析]因光在介质中传播时速度减小,则同时由S发出的光线同时到达光屏时通过介质的光传播的路程较短,则中央亮纹上移;光在介质中的波长为λ'=λn,则光从S到S1和S2满足(其中N'和N是波长数)N'λ'=Nλ,则从S到S1和S2的波长数差ΔN=N'-N=(n-1)N,因为d≫b,则可认为N=dλ,从S1和S2发出的光线在屏上的条纹间距Δx=Dbλ,则中央亮纹上移的距离为x=ΔN·Δx=(n-1)Dbd,4.[2021·山东卷]用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察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 (D)[解析]从薄膜的上、下表面分别反射的两列光是相干光,其路程差为Δx=2d,即路程差为此处薄膜厚度的2倍,当路程差Δx=nλ时表现为亮条纹,故相邻亮条纹处的薄膜的厚度差为12λ,在图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大,则薄膜的厚度逐渐变小,因条纹宽度不是均匀变大,则厚度不是均匀变小,故D正确5.G1、G2为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体,为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行,检测员用一块标准的平行透明平板T压在G1、G2的上方,T与G1、G2支架分别形成尖劈形空气层,如图所示.G1、G2的上表面与平板的夹角分别为α和β,P为平板T上表面上的一点.用单色光从上方照射平板T,G1、G2的上方都能观察到明显的干涉条纹,可以推知 (C)A.若α=β,则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距B.若α>β,则G1上方的干涉条纹间距大于G2上方的干涉条纹间距C.若将G1、G2的间距缩短些,则G1上方的干涉条纹分布变得更密D.若在P处用较小的力下压平板T,则G1上方的干涉条纹分布变密[解析]设有一物体上表面与平板的夹角为θ,相邻亮条纹的间距为ΔL,由空气薄膜干涉条件,则有2ΔLtanθ=λ,ΔL=λ2tanθ,若α=β,则G1上方的干涉条纹间距等于G2上方的干涉条纹间距,若α>β,则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距,故A、B错误;若将G1、G2的间距缩短些,则α增大,G1上方的干涉条纹分布变得更密,故C正确;若P在两长方体间,在P处用较小的力下压平板T,α减小,则G1上方的干涉条纹分布变疏,故D6.(多选)如图所示,竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用而形成上薄下厚的薄膜,从膜左侧面水平射入的红光,在左侧面观察到干涉条纹,则下列说法正确的是 (AB)A.干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的B.干涉条纹是红黑相间的水平条纹C.入射光如果换成紫光,相邻亮条纹间距变大D.如果薄膜的下端再厚一些,干涉条纹变疏[解析]干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的,故A正确;一个红条纹是同一厚度的薄膜左右面的反射光叠加形成的,同一水平面上的薄膜厚度相同,则条纹水平,故B正确;把楔形膜两边延长至相交,夹角设为θ,如图所示,设第n、n+1条亮纹处的薄膜厚度分别为dn和dn+1,到交点的距离分别设为xn和xn+1,因为夹角很小,应用边角关系有dn=xnsinθ、dn+1=xn+1sinθ,相邻亮纹间距Δx=xn+1-xn=dn+1-dnsinθ,又根据干涉条件有2dn=nλ、2dn+1=(n+1)λ,联立解得Δx=λ2sinθ,相邻亮纹间距随入射光波长增大而增大、随θ增大而减小,入射光换成紫光,即波长变小,所以相邻亮条纹间距变小,故C错误;而薄膜的下端再厚一些使得θ增大,光的衍射及偏振现象7.(多选)(2022·山东高考)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(ACD)A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹[解析]双缝干涉条纹是均匀的，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。8.(多选)利用旋光仪这种仪器可以测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关，将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是(ACD)A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处