新教材2025版高中物理第四章光及其应用4.光的干涉学案教科版选择性必修第一册

4．光的干涉课标要求1.知道光的双缝干涉现象和产生干涉现象的条件．2．理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件．3．驾驭干涉条纹间距和光的波长之间的关系．4．知道薄膜干涉的现象和应用．思维导图必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、双缝干涉1．双缝干涉试验(1)试验：如图，让一束平行的____________投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的振动状况总是________的，两个波源发出的光在挡板后面的空间相互叠加．(2)现象：屏上得到了____________的条纹．(3)结论：证明光是一种____．2．出现明、暗条纹的条件(1)当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长λ2的________(即波长λ的整数倍)时，这些点出现明条纹；当路程差为半波长12(2)和一般波的干涉一样，光干涉的条件是两列光的________相同．能发生干涉的两束光称为相干光．3．计算波长的公式设两缝间距为d，两缝到屏的距离为l，当d和l肯定时，计算表明：当l≫d时，相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距为Δx＝ldλ利用此式，测出条纹间距离Δx，即可求出光的波长．二、薄膜干涉1．定义由薄膜两个面________的光波相遇而产生的干涉现象．2．应用(1)检查平面的____________．(2)光学镜头上的________．(3)太阳镜片上的________．[导学1](1)用滤光片和单缝屏也可以获得单一频率的光源．(2)单色光的波长越大，光屏上的条纹间距越大；双缝屏到光屏的距离越大，条纹间距越大；双缝间距离越小，条纹间距越大．[举例]热菜汤表面的油花、公路上积水表面的油膜都会呈现彩色的条纹，这些彩色花纹是由于白光中各色光波长不同，发生干涉后条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色花纹．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一对双缝干涉试验原理的理解归纳总结1.光的干涉现象两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，且加强区和减弱区相互间隔，从而出现明暗相间条纹的现象叫光的干涉现象．2．干涉条件两列光的频率相同，振动方向相同且相位差恒定．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源通常可用同一束光分成两列而获得，称为分光法．3．杨氏干涉试验法利用如图所示装置，让一束平行的单色光(例如激光)射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近(约0.1mm)．假如光是一种波，这样的两条狭缝即成为振动状况总相同的两个波源．两个波源发出来的光在挡板后面的空间相互叠加，视察到的现象：光在一些位置相互加强，在另一些位置相互减弱，在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹．4．杨氏试验的意义：证明白光的确是一种波．典例示范例1在双缝干涉试验中，以白光为光源，在屏上视察到彩色干涉条纹．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，其他颜色的双缝干涉条纹消逝B．有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上无任何光亮归纳总结双缝干涉问题的三点留意(1)双缝干涉的条件是必需有相干光源，且双缝间的间距必需很小．(2)光源不同部位发出的光不肯定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般状况很难视察到光的干涉现象，用单一频率较好的激光做试验比较简单获得胜利，用一般光源做试验时可先用单缝获得相同频率的光，再用双缝将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．(3)在单色光的干涉条纹中，两相邻明条纹或暗条纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．素养训练1由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象．这是因为()A.两个光源发出光的频率不同B．两个光源发出光的强度不同C．两个光源的光速不同D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源素养训练2(多选)用红光做光的双缝干涉试验，假如将其中一缝改用蓝光，下列说法正确的是()A．在光屏上出现红蓝相间的干涉条纹B．只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象，此时不产生干涉现象C．频率不同的两列光也能发生干涉现象，此时出现彩色条纹D．尽管亮暗条纹都是光波相互叠加的结果，但此时红光与蓝光只叠加不产生干涉现象探究点二双缝干涉中明暗条纹的推断归纳总结1.亮条纹的条件屏上某点P到两狭缝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·λ2(kk＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中心亮条纹或零级亮条纹．k为亮条纹的级次．2．暗条纹的条件屏上某点P到两狭缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·λ2(kk为暗条纹的级次，从第1级暗条纹起先向两侧绽开．3．相邻亮条纹(暗条纹)间的距离Δx与波长λ的关系Δx＝ldλ，其中l为双缝到屏的距离，d典例示范例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、S2距离之差为2.1×10－6m，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°(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；(3)若让A光照耀S1，B光照耀S2，试分析光屏上能视察到的现象．素养训练3图示是探讨光的双缝干涉用的示意图，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，假如把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则P1处的亮纹恰好是10号亮纹．设直线S1P1的长度为δ1，S2P1的长度为δ2，则|δ1－δ2|等于()A．9λB．10λC．11λD．20λ素养训练4如图所示是双缝干涉试验装置，运用波长为600nm的橙色光源照耀单缝S，在光屏中心P处视察到亮条纹，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400nm的紫光源照耀单缝，则()A．P和P1仍为亮条纹B．P为亮条纹，P1为暗条纹C．P为暗条纹，P1为亮条纹D．P、P1均为暗条纹探究点三对薄膜干涉的理解及应用导学探究在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出光明的黄光．把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，把这层液膜当作一个平面镜，用它视察灯焰的像如图所示．这个像与干脆看到的灯焰有什么不同？假如用白光做试验状况又会如何？归纳总结1.形成缘由如图所示，照耀到液膜上的光线从前、后两个表面反射回来，形成两列光波．由于这两列光波是由同一入射光波产生的，因此频率相同、相位差恒定，满意干涉条件．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耀，假如被检测平面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的．假如条纹发生弯曲，就表明被测表面不够平整．3．增透膜(1)增透膜的原理如图所示，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，两个表面反射的光互为反向，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零．一般取最小厚度d满意2d＝λ2(此波长为光在该种介质中的波长)，由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使(2)增透膜的应用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．典例示范例3用如图所示的试验装置视察光的薄膜干涉现象．图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，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，视察到的现象是()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素养训练5有一个半径较大的透亮玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，再让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是()A．平行的、明暗相间的干涉条纹B．环形的、明暗相间的干涉条纹C．只能看到同颜色的平行反射光D．一片黑暗随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标1．(多选)两列光波在空中叠加，以下说法正确的是()A．不同的色光有可能产生干涉现象B．不同的色光不行能产生干涉现象C．光的强度不同有可能产生干涉现象D．光的强度不同不行能产生干涉现象2．(多选)用a、b两种单色光分别照耀同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，其中图甲是a光照耀形成的，图乙是b光照耀形成的，则关于a、b两束单色光，下述说法正确的是()A．a光的频率比b光的大B．在水中a光传播的速度比b光的大C．水对a光的折射率比b光的大D．b光的波长比a光的短3．(多选)用单色光做双缝干涉试验时()A．屏上到双缝的路程差等于波长整数倍处出现亮条纹B．屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍处，可能是亮条纹，也可能是暗条纹C．屏上的亮条纹肯定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方D．屏上的亮条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方4．如图所示为一显示薄膜干涉现象的试验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯．往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上视察到的干涉图样应是图中的()5．在双缝干涉试验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，若分别用频率f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照耀双缝，则P点出现亮、暗条纹的状况是：用频率为f1的单色光照耀时出现________条纹，用频率为f2的单色光照耀时出现________条纹．4．光的干涉必备学问·自主学习一、1．(1)红色激光相同(2)明暗相间且间距相等(3)波2．(1)偶数倍奇数倍(2)频率二、1．反射2．(1)平整程度(2)增透膜(3)反射膜关键实力·合作探究【典例示范】例1解析：两束光能发生干涉的条件之一是频率相等．利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片拦住两条缝后，红光和绿光频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍会有光亮，C正确．答案：C素养训练1解析：题中两光源发出的光都是白光，频率不确定，A错误；光的强度对光是否产生干涉没有影响，B错误；光速在真空中是确定的，对光的干涉无影响，C错误；题中的是两个独立光源，二者产生的不是相干光，D正确．答案：D素养训练2解析：频率相同、相位差恒定是产生干涉现象的条件，红光和蓝光频率不同，不能产生干涉现象，不会产生干涉条纹，A、C错误，B、D正确．答案：BD探究点二【典例示范】例2解析：(1)设A光在空气中的波长为λ1，在介质中的波长为λ2，由n＝cv＝λ1fλ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m因为光程差Δr＝2.1×10－6m，所以N1＝Δrλ1由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，即半波长的奇数倍，所以P点为暗条纹．(2)依据临界角与折射率的关系sinC＝1nn′＝1sin37°由此可知，B光在空气中波长为λ′1＝n′λ′2＝53×3.15×10－7m＝5.25×10－7由路程差Δr和波长λ的关系得N2＝Δrλ'可见，用B光做光源，P点为亮条纹．(3)A、B两种光频率不同，不能发生干涉，此时在光屏上只能视察到亮光．答案：(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析素养训练3解析：出现明条纹的条件是光程差|δ1－δ2|＝nλ，n＝0时，出现0号亮纹；n＝1时，出现1号亮纹……n＝10时，出现10号亮纹，故B正确．答案：B素养训练4解析：从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中心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，因此中心是亮条纹，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中心亮条纹．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|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙，当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600nm＝32λ紫，则两列光波到达P1点时振动状况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互减弱，因此，在P1答案：B探究点三【导学探究】提示：灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成．假如用白光做试验，肥皂膜上会出现彩色水平条纹．【典例示范】例3解析：金属丝圈的转动，变更不了肥皂液膜的上薄下厚的形态，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍旧是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确．答案：D素养训练5解析：薄膜干涉条纹可看作等厚线，题图中，厚度相同的空气薄膜应是以切点为圆心的一个个圆，故干涉条纹应是环形的条纹，又因是单色光照耀，所以是明暗相间的条纹，故B正确，A、C、D错误．答案：B随堂演练·自主检测1．解析：两列光波叠加是否发生干涉现象的关键是看两列光是不是相干光，不同的色光频率肯定不相同，所