3光的干涉
[学习目标] 1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波.2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件．
一、杨氏干涉实验
[导学探究]如图1为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况．在屏幕上观察到什么现象？两条狭缝起什么作用？
图1
答案屏幕上出现明暗相间的条纹．光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源．
[知识梳理]对双缝干涉的认识
1．1801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．
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2所示，有光源、单缝、双缝和光屏．
图2
(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．杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的．
4．干涉图样：
(1)若用单色光作光源，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹．
(2)若用白光作光源，干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．
5．证明了光是一种波．
[即学即用]判断下列说法的正误．
(1)两只相同的手电筒射出的光在同一区域叠加后，看不到干涉图样的原因是干涉图样太细小看不清楚．(×)
(2)双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光. (√)
(3)只要两列光波的频率相同，在同一区域叠加时就会产生干涉现象．(×)
(4)用单色光做双缝干涉实验时在屏幕上出现明暗相间的条纹．(√)
(5)双缝干涉现象说明光具有波的特性．(√)
(6)用白光做双缝干涉实验时屏幕各处均是彩色条纹．(×)
二、条纹形成条件
[导学探究](1)若屏上某点是两列光波的波峰与波峰相遇，该点的振动是加强还是减弱？若屏上某点是两列光波的波峰与波谷相遇，该点的振动是加强还是减弱？
(2)如图3所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样有什么不同？如果将屏幕远离双缝移动，条纹间距如何变化？改变双缝间的距离条纹如何变化？说明双缝干涉条纹的间距与哪些因素有关．
图3
答案(1)波峰与波峰相遇，振动加强；波峰与波谷相遇，振动减弱．
(2)红光的条纹间距最宽，紫光的条纹间距最窄．屏幕离双缝越远，条纹间距越大．双缝间距越大，条纹间距越小．与光波波长、双缝到屏的距离及两双缝间距离有关．
[知识梳理]产生亮、暗条纹的条件及条纹间距
1.如图4所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差Δr＝r2－r1.
图4
(1)若满足路程差为波长的整数倍，即Δr ＝kλ(其中k ＝0,1,2,3，…)，则出现亮条纹．
(2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即Δr ＝2k ＋12
λ(其中k ＝0,1,2,3，…)，则出现暗条纹． 2．双缝干涉实验时，屏幕上相邻亮条纹和相邻暗条纹是等间距的，这个间距与光的波长、屏幕到双缝的距离和双缝的间距有关．波长越长，屏幕到双缝的距离越大，双缝的间距越小，干涉条纹的间距越宽．
[即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)屏上某处到两缝的间距相等，此处为中央亮条纹．(√)
(2)屏上某处到两缝的间距相差半个波长，此处为暗条纹．(√)
(3)中央亮条纹处到两缝的路程差为零，因此不管光的波长为多大，此处总为亮条纹．(√)
(4)当双缝间距一定时，屏幕上的条纹宽度与光的颜色没有关系．(×)
(5)白光做双缝干涉实验时，因为不同色光在不同位置加强，故出现彩色条纹. (√)
一、杨氏干涉实验
双缝干涉图样的特点
1．单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹．两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．
2．白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹．这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．
例
1一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同
B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同
D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同
答案 A
解析各色光的频率不同、波长不同、在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹．
针对训练1在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹．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失
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
答案 C
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挡住两条缝后，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，故选C.
两束光发生干涉的条件是两束光的频率相同、相位差恒定、振动情况相同.
二、决定条纹间距的条件
分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤
(1)由题设情况依λ真＝nλ介，求得光在真空(或空气)中的波长．
(2)由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹．
(3)根据亮条纹的判断式Δr＝kλ(k＝0,1,2…)或暗条纹的判断式Δr＝(2k＋1)λ
2(k＝0,1,2…)，判断
出k的取值，从而判断条纹明暗情况．
例
2在图5杨氏双缝干涉实验中，已知SS1＝SS2，且S1、S2到光屏上P点的路程差d＝1.5×10－6 m．当S为λ＝0.6 μm的单色光源时，在P点处将形成________条纹；若将整个装置放入某种介质中，光源不变，介质的折射率为1.2，则在P点处将形成______条纹．
图5
答案暗亮
解析若两相干光源的振动同相，则在离两相干光源路程之差为光的波长的整数倍处会出现亮条纹，路程之差为光的半波长的奇数倍处会出现暗条纹，若两相干光源的振动反相，则出现亮、暗条纹的情况刚好相反．由于SS1＝SS2，所以S1、S2处的光振动同相．当λ＝0.6 μm
时，d
λ
＝2.5，则P点处两光振动反相，形成暗条纹；根据折射定律，当光进入介质时波长
λ′＝λ
n ＝0.5 μm，根据d
λ
＝3，则P点处两光振动同相，形成亮条纹．
两束光发生干涉形成的是亮条纹还是暗条纹取决于两束光到屏上某点的路程差.
针对训练2在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为
f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是()
A．单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹
B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光f1照射时出现亮条纹，单色光f2照射时出现暗条纹
D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现亮条纹
答案 C
解析判定某处是亮条纹还是暗条纹，关键是看该处到两光源的路程差是该光波长的倍数情况，若是整数倍，该处为亮条纹；若为半波长的奇数倍，则为暗条纹．
单色光f1的波长λ1＝c
f1＝3.0×108
5.0×1014
m＝0.6 μm.
单色光f2的波长λ2＝c
f2＝3.0×108
7.5×1014
m＝0.4 μm.
可知Δr＝λ1，Δr＝3
2
λ2，故用单色光f1照射时，P点出现亮条纹，用单色光f2照射时，P点出现暗条纹.
1．两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为()
A．两个灯亮度不同
B．灯光的波长太短
C．两个光源的频率不稳定，是非相干光源
D．周围环境的漫反射光太强
答案 C
解析一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光的频率不稳定，振动情况也往往不同，是非相干光源，故正确选项为C.
2．(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)() A．在距双缝的路程相等的点形成暗条纹
B．在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹
C．在距双缝的路程差为n λ
2的点形成亮条纹
D．在距双缝的路程差为(n＋1
2)λ的点形成暗条纹
答案BD
解析当屏上的点距双缝的路程差为nλ时，将出现某时刻波峰与波峰相遇或波谷与波谷相
遇，该点振动加强，形成亮条纹．当屏上的点距双缝的路程差为(n＋1
2)λ时，该点振动减弱，形成暗条纹，故B、D正确．
3.如图6所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二暗条纹的位置()
图6
A．仍在P处
B．在P点上方
C．在P点下方
D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到
答案 B
解析 由λ＝c f 知f 变小，λ变大．若出现第二暗条纹，则P 到双缝的路程差Δr ＝32
λ，当λ变大时，Δr 也要变大，故第二暗条纹的位置向上移，在P 点上方，B 正确．
一、选择题
1．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 ．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大
D ．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
答案 B
解析 用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A 错．用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B 对．入射光由红光改为紫光，λ变小，Δx 变小，C 错．红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D 错．
2．(多选)用红光做光的双缝干涉实验，如果将其中一条缝改用蓝光，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 ．频率不同的两束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 答案 BD
解析 频率相同、相位差恒定、振动方向相同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．
3．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是()
A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C．用红光和绿光分别做双缝干涉实验，绿光干涉图样的条纹间距比红光大
D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生
答案 B
解析在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确．绿光波长较红光短，所以条纹间距较小，选项C错误．两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了方便肉眼观察，故选项D错误．
4.某同学自己动手利用如图1所示器材观察光的干涉现象，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上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能性是()
图1
A．单缝S太窄
B．单缝S太宽
C．S到S1与到S2的距离不等
D．阳光不能作为光源
答案 B
解析本实验中，单缝S应非常窄，才可看做“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽．故B正确，A错误；S到S1和
S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮条纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误．
5.如图2所示是双缝干涉实验，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹，若用波长为400 nm的紫光重复上述实验，则P0点和P1点形成的亮、暗条纹情况是()
图2
A．P0点和P1点都是亮条纹
B．P0点是亮条纹，P1点是暗条纹
C．P0点是暗条纹，P1点是亮条纹
D．P0点和P1点都是暗条纹
答案 B
解析P0点到双缝的路程差为0，出现亮条纹，用600 nm的橙色光照射时，在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹，则Δx
＝2(Δx为P1到双缝的路程差)，解
λ1
2
＝3，可知用紫光照射时P1点是暗条纹．故本题答案选B.
得Δx＝λ1＝600 nm，则Δx
λ2
2
6. (多选)用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图3所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则()
图3
A ．O 到达a 、b 的路程差为零
B ．M 、N 到达b 的路程差为λ
C ．O 到达a 、c 的路程差为4λ
D ．M 、N 到达e 的路程差为2λ
答案 BD
解析 振动一致的两相干光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足Δr ＝kλ(k ＝0,1,2,3…)．
7．在双缝干涉实验中，光源发射波长为6.0×10－7 m 的橙光时，在光屏上获得明暗相间的橙色干涉条纹，光屏上A 点恰好是距中心条纹的第二条亮纹．其他条件不变，现改用其他颜色的可见光做实验，光屏上A 点是暗条纹位置，可见光的频率范围是3.9×1014～7.5×1014 Hz ，则入射光的波长可能是( )
A ．8.0×10－7 m
B ．4.8×10－
7 m C ．4.0×10－7 m
D ．3.4×10－7 m 答案 B
解析 可见光的频率范围是 3.9×1014～7.5×1014 Hz 依据公式c ＝λf ，可知其波长范围是
4.0×10－7～7.69×10－7 m ．A 、D 选项在此范围之外，应首先排除掉．根据公式Δr ＝nλ2
(n 为整数)可知，n 为偶数的地方出现亮条纹，n 为奇数的地方出现暗条纹．因此n ＝4时，出现距
中心条纹的第二条亮纹，所以A 点到两条缝的路程差Δr ＝4×6×10－72
m ＝1.2×10－6 m ，要想出现暗条纹，n 需取奇数才行．当入射光波长为4.8×10－7 m 时，1.2×10－6 m ＝n 4.8×10－72
m，n＝5为奇数，所以A点出现暗条纹，B选项正确．当入射光波长为4.0×10－7 m时，1.2×10
－6 m＝n 4×10－7
2m，n＝6为偶数，所以A点出现亮条纹，C选项错误．
二、非选择题
8．(1)(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
E．光的强度相同不一定会发生干涉现象
(2)在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014 Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10－6 m，如图4所示，则：
图4
①P点是亮条纹还是暗条纹？
②设O为到S1、S2路程相等的点，则PO间还有几条亮纹，几条暗纹？(不包括O、P两处的条纹)
答案(1)BCE(2)①暗条纹②5条暗条纹，6条亮条纹．
解析(1)选B、C、E.两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满足频率相同、相位差恒定的条件，不同颜色的光频率不同，所以不可能发生干涉现象，故选项B正确，A错误；光的强度不同，但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象，故选项C正确，D错误；光的强度相同时频率不一定相同，相位差也不一定恒定，故
选项E 正确．(2)①由波长计算公式得λ＝c f
＝5×10－7 m n ＝Δs λ＝3×10－
65×10－7
＝6 由于两光源的振动情况恰好相反，所以P 点为暗条纹．
②O 点路程差为0，也是暗条纹，OP 间还有5条暗纹，6条亮条纹．
9．用单色光做双缝干涉实验时，已知屏上一点P 到双缝的路程差δ＝1.5×10－6 m ，当单色光波长λ1＝0.5 μm 时，P 点将形成亮纹还是暗纹？若单色光波长λ2＝0.6 μm 呢，此时在中央亮纹和P 点之间有几条暗纹？
答案 出现亮条纹，有两条暗纹．
解析 由题意知，P 到双缝的路程差δ＝1.5×10－6
0.5×10－6
λ＝3 λ，满足波长的整数倍，在P 点形成亮条纹，当单色光波长λ2＝0.6 μm ，δ＝1.5×10－60.6×10－6λ＝52
λ，满足半波长的奇数倍，在P 点形成暗条纹，在0～52λ范围内12λ和32
λ满足半波长的奇数倍，出现暗条纹，此时在中央亮纹和P 点之间有两条暗纹．
第二章 光的干涉 知识点总结 2、1、1光的干涉现象 两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的光强之与,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。 2、1、2干涉原理 注:波的叠加原理与独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就就是线性介质中的情况、 (1)光波的独立传播原理 当两列波或多列波在同一波场中传播时,每一列波的传播方式都不因其她波的存在而受到影响,每列波仍然保持原有的特性(频率、波长、振动方向、传播方向等) (2)光波的叠加原理 在两列或多列波的交叠区域,波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之与。 波叠加例子用到的数学技巧: （1） (2) 注: 叠加结果为光波复振幅的矢量与,而非强度与。 分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度与)与非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度与)、 2、1、3波叠加的相干条件 干涉项: 相干条件: (干涉项不为零) (为了获得稳定的叠加分布) (为了使干涉场强不随时间变化) 2、1、4 干涉场的衬比度 1、两束平行光的干涉场(学会推导) (1)两束平行光的干涉场 干涉场强分布: 2ω=10?E E 20?-()() 212121212()()()2=+?+=++?I r E E E E I r I r E E 12102012201021212010212 {cos()()()cos()()()} ?=?+?++-++-?+---E E E E k k r t k k r t ??ωω??ωω()()() *12121212,(,)(,)(,)(,)2cos =++=++?I x y U x y U x y U x y U x y I I I I ?
13.3光的干涉同步测试 1.关于用单色光做双缝干涉实验，以下说法正确的是（） A.入射光波长越长，干涉条纹间距越大 B.入射光频率越高，干涉条纹间距越大 C.把入射光由绿光变成紫光，干涉条纹间距变小 D.把入射光由绿光变成红光，干涉条纹间距变小 答案：AC 2.从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某.一区域叠加后看不到干涉图样，这是因为（） A.手电筒射出的光不是单色光 B.干涉图样太细小，看不清楚 C.周围环境的光太强 D..这两束光为非相干光源 答案：D 3.光通过双缝后在屏上产生彩色条纹，若用红色和绿色玻璃板分别挡住双狭缝，则屏上将出现（） A.黄色的干涉条纹 B.红绿相间的条纹 C.黑白相间的条纹 D.无干涉条纹 答案：D 4.用单色光做双缝干涉实验时（） A.屏上到双缝的路（光）程差等于波长整数倍处出现明条纹 B.屏上到双缝的路（光）程差等于半波长整数倍处，可能是明条纹，也可能是暗条纹 C.屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方 D.屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方 答案：AB 5.如图所示，在双缝干涉实验中，若单缝S从双缝SI、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则（）
I S. T………-1 & \
S 到S1和 S2距离不等 阳光不能作为光源 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 6. 某同学利用如图所示器材观察光的干涉现象，其中A 为单缝屏，B 为双缝屏，C 为光屏，当他 让一束阳光照射A 时，屏C 上并没有出现干涉条纹，他移走B 后，C 上出现一窄亮斑，分析实验失 败 的原因，最大的可能是（） B. 单缝S 太宽 答案：B 7. 杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是（n 为自然数，入为光波波长）（ ） A. 在距双缝的光程差相等的点形成暗条纹 B. 在距双缝的光程差为n 入的点形成明条纹 C. 在距双缝的光程差为nf 的点形成明条纹 乙 D. 在距双缝的光程差为（n+分X 的点形成暗条纹 答案：BD 8. 如图所示为双缝干涉实验装置示意图，其中甲图是用绿光进行实验时，光屏上观察到的条纹情 况，a 为中央明条纹；乙图为换用另一颜色的单色光实验时观察到的条纹情况，b 为此时中央明条 纹.下列说法正确的是（） A. 乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长 B. 乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长 A.单缝S 太窄 单缝 双缝 光屏
《光的干涉》计算题 1.在双缝干涉实验中，用波长λ＝546.1nm (1 nm=10-9m)的单色光照射，双缝与屏的距离D ＝300 mm．测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹的间距为1 2.2 mm，求双缝间的距离． 解：由题给数据可得相邻明条纹之间的距离为 ?x＝12.2 / (2×5)mm＝1.22 mm 2分由公式?x＝Dλ / d，得d＝Dλ / ?x＝0.134 mm 3分 2. 在图示的双缝干涉实验中，若用薄玻璃片(折射率n1＝1.4)覆 盖缝S1，用同样厚度的玻璃片(但折射率n2＝1.7)覆盖缝S2，将 使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O变为第五级明纹．设 单色光波长λ＝480 nm(1nm=10-9m)，求玻璃片的厚度d(可认为光 线垂直穿过玻璃片)． 解：原来，δ = r2－r1= 0 2分覆盖玻璃后，δ＝( r2 + n2d–d)－(r1 + n1d－d)＝5λ3分∴(n2－n1)d＝5λ 1 2 5 n n d - = λ 2分 = 8.0×10-6 m 1分 3. 薄钢片上有两条紧靠的平行细缝，用波长λ＝546.1 nm (1 nm=10-9 m)的平面光波正入射到钢片上．屏幕距双缝的距离为D＝2.00 m，测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为?x＝12.0 mm． (1) 求两缝间的距离． (2) 从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹，共经过多大距离？ (3) 如果使光波斜入射到钢片上，条纹间距将如何改变？ 解：(1) x＝2kDλ / d d = 2kDλ /?x2分此处k＝５ ∴d＝10 Dλ / ?x＝0.910 mm 2分 (2) 共经过20个条纹间距，即经过的距离 l＝20 Dλ / d＝24 mm 2分 (3) 不变2分 4. 在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝S1和S2的距离分 别为l1和l2，并且l1－l2＝3λ，λ为入射光的波长，双缝之间 的距离为d，双缝到屏幕的距离为D(D>>d)，如图．求： (1) 零级明纹到屏幕中央O点的距离． (2) 相邻明条纹间的距离． 屏
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的干涉）作业3 一 选择题 1．如图示，折射率为n 2厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e － 2 λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e －2 2n λ [ A ] [参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存 在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋ 2λ）－ 2 λ = 2n 2e 。 2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1 ，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一（A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1） （B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1 [ B ] 3．如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直向上缓缓平移而离开平面玻璃板时，可以观察到环状干涉条纹 （A ）向右移动 （B ）向中心收缩 （C ）向外扩张 （D ）静止不动 [ B ] [参考解]：由牛顿环的干涉条件（k 级明纹） λλ k ne k =+ 22 ? n k e k 2)21(λ -= 可知。 4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、 B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （ C ）3λ （ D ）1.5λ/n [ A ] [参考解]：由相位差和光程差的关系λ δ π ?2=?可得。 3S 1P S 空 气
第十三章 2 光的干涉 杨氏干涉实验 如果光真的是一种波，两束光在一定的条件下应该发生干涉。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。 演示 光的双缝干涉实验 在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝（图13.2-1甲），在后面的屏上观察光的干涉情况（图13.2-1乙）。 如图13.2-2，让一束单色光投射到一个有两条狭缝S 1和S 2的挡板上，狭缝S 1和S 2相距很近。如果光是一种波，狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是相同的。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象：光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。 图13.2-2 杨氏双缝干涉的示意图 图13.2-1 用氦氖激光器做双缝干涉实验
杨氏实验证明，光的确是一种波。 杨氏那时没有激光。他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。如今用激光直接照射双缝，亮度大，便于观察。 决定条纹间距的条件 如图13.2-3所示，S 1和S 2相当于两个频率相同的波源，它们到屏上P 0点的距离相同。由于S 1和S 2发出的两列波到达P 0点的路程一样，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P 0点。在这点，两列波的波峰与波峰叠加、波谷与波谷叠加，它们在P 0点相互加强，因此这里出现亮条纹。 再考察P 0点上方的另外一点，例如P 1。它距S 1比距S 2远一些，两列波到达P 1点的路程不相同，两列波的波峰或波谷不一定同时到达P 1。如果路程差正好是半个波长，那么当一列波的波峰到达P 1时，另一列波正好在这里出现波谷。这时两列波叠加的结果是互相抵消，于是这里出现暗条纹。 对于更远一些的点，例如P 2，来自两个狭缝的光波的单色光路程差更大。如果路程差正好等于波长λ，那么，两列光波的波峰或波谷会同时到达这点，它们相互加强，这里也出现亮条纹。距离屏的中心越远，路程差越大。每当路程差等于λ，2λ，3λ，…时，也就是每 当路程差等于2λ2，4λ2，6λ2，…时两列光波得到加强，屏上出现亮条纹；每当路程差等于1λ2 ，3λ2，5λ2 ，…时，两列光波相互削弱，屏上出现暗条纹。 综合以上分析，可以说，当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时）两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹。 “两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍”，包括了“距离之差为零”这种情况。这时在P 0点出现亮条纹。 做一做 可以用自制的器材来观察双缝干涉现象。取经过曝光的黑色摄影胶片，放在玻璃板上。 图13.2-3 距离中心P0点越远的点，两条狭缝射来的光的路程差越大。
第二章 光的干涉 知识点总结 2.1.1光的干涉现象 两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。 2.1.2干涉原理 注：波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就是线性介质中的情况. (1)光波的独立传播原理 当两列波或多列波在同一波场中传播时，每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影响，每列波仍然保持原有的特性（频率、波长、振动方向、传播方向等） (2)光波的叠加原理 在两列或多列波的交叠区域，波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之和。 波叠加例子用到的数学技巧： （1） （2） 注: 叠加结果为光波复振幅的矢量和，而非强度和。 分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和)和非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度和). 2.1.3波叠加的相干条件 干涉项： 相干条件： （干涉项不为零） （为了获得稳定的叠加分布） （为了使干涉场强不随时间变化） 2.1.4 干涉场的衬比度 1.两束平行光的干涉场（学会推导 ） （1）两束平行光的干涉场 干涉场强分布： 21ωω=10 200 ?≠E E 2010??-=常数()() 21212 1212()()()2=+?+=++?r E E E E I r I r E E 12102012201021212010212{cos()()()cos()()()} ?=?+?++-++-?+---E E E E k k r t k k r t ??ωω??ωω
亮度最大值处： 亮度最小值处： 条纹间距公式 空间频率： ? （2 衬比度 以参与相干叠加的两个光场参数表示： 衬比度的物理意义 1.光强起伏 2.相干度 2.2分波前干涉 2.2.1普通光源实现相干叠加的方法 (1)普通光源特性 ? 发光断续性 ? 相位无序性 ? 各点源发光的独立性 根源：微观上持续发光时间τ0有限。 如果τ0无限，则波列无限长，初相位单一，振幅单一，偏振方向单一。这就是理想单色光。 (2)两种方法 ◆ 分波前干涉（将波前先分割再叠加，叠加广场来自同波源具有相同初始位相） ◆ 分振幅干涉（将光的能量分为几部分，参与叠加的光波来自同一波列，保证相位差 稳定） 2.2.2杨氏双孔干涉实验：两个球面波的干涉 (1) 杨氏双孔干涉实验装置及其历史意义 2 12 12I I I I += γ2 212 1 12? ? ? ??+= A A A A γ() )(cos 1)(0r I r I ?γ?+=1γ=0γ=01γ<< 完全相干 完全非相干 部分相干 ( ) ()110sin 11 ,i k x U x y Ae θ?+=() ()220sin 22,i k x U x y A e θ?-+=()(1220(,)sin sin x y k x ?θθφφ ?=-++-( )() 122010(,)sin sin x y k x ? θθ φφ ?=-++-
第五章 光的干涉 5－1 波长为589.3nm 的钠光照射在一双缝上，在距双缝200cm 的观察屏上测量20个条纹共宽3cm ，试计算双缝之间的距离。 解：由题意，条纹间距为：cm e 15.020 3 == ∴双缝间距为：m e D d 39 1079.015 .0103.589200--?≈??==λ 5－2 在杨氏干涉实验中，两小孔的距离为1.5mm ，观察屏离小孔的垂直距离为1m ，若所用光源发出波长 1λ＝650nm 和2λ＝532nm 的两种光波，试求两光波分别形成的条纹间距以及两组条纹的第8级亮纹之间 的距离。 解：对于1λ＝650nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9111043.010 5.1106501---?≈???==λ 对于2λ＝532nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9221035.0105.1105321---?≈???==λ ∴两组条纹的第8级条纹之间的距离为： m e e x 3211064.0)(8-?=-=? 5－3 一个长40mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系，继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹。已知照射光波波长为656.28nm ，空气折射率为1.000276，试求注入气体的折射率n g 。 解：气室充入空气和充气体前后，光程的变化为： D n g )000276.1(-=?δ 而这一光程变化对应于30个波长： λδ30=? ∴λ30)1(=-D n g 000768.1000276.110 401028.656303 9 =+???=--g n 5－4 在菲涅耳双面镜干涉实验中，光波长为600nm ，光源和观察屏到双面镜交线的距离分别为0.6m 和1.8m ，双面镜夹角为10－ 3rad ，求：（1）观察屏上的条纹间距；（2）屏上最多能看到多少亮条纹？
第二章光的干涉作业 1、在杨氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm，
平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的张角约为0.0093rad ，太阳光的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为 1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P ’
λd r y 0 = ?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为 cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹 为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 式: 解：（1）由公 得 λd r y 0= ? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?
5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??= ??==π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所 在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7 m . 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式 2r ?πλ??=可知为 Δr = 215252r r λ πλπ-=??= 现在 1 S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 6050050010 1.250.2r y d λ-?= =??=mm 122I I = 22 122A A = 1 2A A =
一、选择题 1、严格地讲，空气折射率大于1，因此在牛顿环实验中，若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去而成为真空时，干涉环将：（ ） A.变大； B.缩小； C.不变； D.消失。 【答案】：A 2、在迈克耳逊干涉仪的一条光路中，放入一折射率n ，厚度为h 的透明介质板，放入后，两光束的光程差改变量为：（ ） A.h n )1(2-； B.nh 2； C.nh ； D.h n )1(-。 【答案】：A 3、用劈尖干涉检测工件（下板）的表面，当波长为λ的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹如图。图中每一条纹弯曲部分的顶点恰与左边相邻的直线部分的连线相切。由图可见工件 表面： （ ） A.一凹陷的槽，深为λ/4； B.有一凹陷的槽，深为λ/2； C.有一凸起的埂，深为λ/4； D.有一凸起的埂，深为λ。 【答案】：B 4、牛顿环实验装置是用一平凸透镜放在一平板玻璃上，接触点为C ，中间夹层是空气，用平行单色光从上向下照射，并从下向上观察，看到许多明暗相间的同心圆环，这些圆环的特 点是：（ ） A.C 是明的，圆环是等距离的； B.C 是明的，圆环是不等距离的； C.C 是暗的，圆环是等距离的； D.C 是暗的，圆环是不等距离的。 【答案】：B 5、若将牛顿环玻璃夹层中的空气换成水时，干涉环将： （ ） A .变大； B .缩小； C .不变； D .消失。 【答案】：B 6、若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹 （ ） A .中心暗斑变成亮斑； B .变疏； C .变密； D .间距不变。 【答案】：C 7、两个不同的光源发出的两个白光光束，在空间相遇是不会产生干涉图样的，这是由于（ ） A.白光是由许多不同波长的光组成； B.两个光束的光强不一样； C.两个光源是独立的不相干光源； D.两个不同光源所发出的光，频率不会恰好相等。 【答案】：C 8、在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝S 1、S 2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于O 处。现将光源S 向下移动到S '位置，则（ ） A .中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变； B .中央明条纹向上移动，且条纹间距不变； C .中央明条纹向下移动，且条纹间距增大； D .中央明条纹向上移动，且条纹间距增大。
3光的干涉 [学习目标] 1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波.2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件． 一、杨氏干涉实验 1．1801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． 2．双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉现象． (2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹． (3)实验结论：光是一种波． 二、决定条纹间距的条件 1．干涉条件：两波源的频率、相位和振动方向都相同． 2．出现明暗条纹的判断 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时，出现亮条纹． (2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，出现暗条纹． 1．判断下列说法的正误． (1)双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光．(√) (2)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定．(×) (3)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上某点的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹．(√) (4)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上某点的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹．(×) 2．如图1所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m．则在这里出现的应是________(填“亮条纹”或“暗条纹”)．
图1 答案暗条纹 一、杨氏干涉实验 如图2为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况． 图2 (1)两条狭缝起什么作用？ (2)在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？ 答案(1)光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源． (2)在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹． 1．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3所示，有光源、单缝、双缝和光屏． 图3 (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．
第3节光的干涉 核心 素养 物理观念科学思维 1.通过实验观察认识光的干涉现象，知 道从光的干涉现象说明光是一种波。 2.掌握光的双缝干涉现象的产生，出现 亮条纹的位置，出现暗条纹的位置。 3.知道产生干涉条纹的条件。 掌握杨氏双缝干涉实验及明暗 条纹的条件。 知识点一光的双缝干涉 [观图助学] 为什么会出现双缝干涉现象？ 1.实验原理 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。 让一束单色光投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，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。这种现象证明光是一种波。 2.干涉图样 (1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。 (2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的。 3.证明了光是一种波。 [思考判断] (1)两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样的原因是干涉图样太细小看不清楚。(×)
(2)双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光。(√) (3)只要两列光波的频率相同，在同一区域叠加时就会产生干涉现象。(×) (4)用单色光做双缝干涉实验时在屏幕上出现明暗相间的条纹。(√) 为什么一般情况下很难观察到光的干涉现象？ 提示由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象。 杨氏双缝干涉实验 杨氏双缝干涉实验的示意图如图所示。 双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上后，又照到间距很小的双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同、振动情况完全一致的相干光。即杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源。 知识点二干涉条纹和光的波长之间的关系 1.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。 2.相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。 3.条纹间距公式 相邻亮纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系：
光的干涉参考解答 一 选择题 1．如图示，折射率为n 2厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e －2 λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e － 2 2n λ [ A ] [参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存 在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋ 2λ）－2 λ = 2n 2e 。 2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径光的光程差等于 （A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1） （B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1 [ B ] 3．如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直向上缓缓平移而离开平面玻璃板时，可以观察到环状干涉条纹 （A ）向右移动 （B ）向中心收缩 （C ）向外扩张 （D ）静止不动 [ B ] [参考解]：由牛顿环的干涉条件（k 级明纹） λλ k ne k =+ 22 ? n k e k 2)21(λ -= 可知。 4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、 B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （ C ）3λ （ D ）1.5λ/n [ A ] [参考解]：由相位差和光程差的关系λ δ π?2=?可得。 3S 1P S 空 气
第五章 光的干涉 5－1 波长为的钠光照射在一双缝上，在距双缝200cm 的观察屏上测量20个条纹共宽3cm ，试计算双缝之间的距离。 解：由题意，条纹间距为：cm e 15.020 3 == ∴双缝间距为：m e D d 39 1079.015 .0103.589200--?≈??==λ 1.5mm ，观察屏离小孔的垂直距离为1m ，若所用光源发出波长1λ＝650nm 和2λ＝532nm 的两种光波，试求两光波分别形成的条纹间距以及两组条纹的第8级亮纹之间的距离。 解：对于1λ＝650nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9111043.010 5.1106501---?≈???==λ 对于2λ＝532nm 的光波，条纹间距为： m d D e 339 221035.010 5.1105321---?≈???==λ ∴两组条纹的第8级条纹之间的距离为： m e e x 3 211064.0)(8-?=-=? 5－3 一个长40mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到 稳定的干涉条纹系，继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹。已知照射光波波长为，空气折射率为，试求注入气体的折射率n g 。 解：气室充入空气和充气体前后，光程的变化为： D n g )000276.1(-=?δ 而这一光程变化对应于30个波长： λδ30=? ∴λ30)1(=-D n g 000768.1000276.110 401028.656303 9 =+???=--g n 5－4 在菲涅耳双面镜干涉实验中，光波长为600nm ，光源和观察屏到双面镜交线的距 离分别为0.6m 和1.8m ，双面镜夹角为10－3 rad ，求：（1）观察屏上的条纹间距；（2）屏上最多能看到多少亮条纹
第3节光的干涉 1．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是( ) A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹 D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生 解析：在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确。光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误。两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误。 答案：B 2．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( ) A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同 B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同 D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同 解析：各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹，故A正确。 答案：A 3.煤矿中的瓦斯危害极大，容易发生瓦斯爆炸事故，造成矿工伤亡。 某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于 是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图1所示：在双缝 前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，图1 在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体( ) A．一定含瓦斯B．一定不含瓦斯 C．不一定含瓦斯D．无法判断 解析：如果屏的正中央O变为暗纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以B 中气体一定含瓦斯，A正确。 答案：A
光的干涉 衍射试题(含答案) 一、光的干涉 衍射 选择题 1．一束复色光沿半径方向射向一半球形玻璃砖，发生折射而分为a 、b 两束单色光，其传播方向如图所示。下列说法中正确的是（ ） A ．a 、b 光在玻璃中的折射率关系为a b n n > B ．a 、b 光在玻璃中的传播速度关系为a b v v > C ．增大复色光的入射角，b 光先发生全反射 D ．用同一单缝装置进行衍射实验，a 光中央亮纹间距比b 光的宽 2．下列说法中正确的是 A ．白光通过三棱镜后呈现彩色光带是光的全反射现象 B ．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象 C ．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象 D ．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉 3．如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源S ，它发出的是两种不同颜色的a 光和b 光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由a 、b 两种单色光所构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a 光的颜色（见图乙）。则以下说法中正确的是（ ） A ．a 光的频率比b 光小 B ．水对a 光的折射率比b 光大 C ．a 光在水中的传播速度比b 光大 D ．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a 光的干涉条纹间距比b 光小 4．下列关于振动和波的说法，正确的是 。 A ．声波在空气中传播时，空气中各点有相同的振动频率 B ．水波在水面上传播时，水面上各点沿波传播方向移动 C ．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射 D ．当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某质点相遇，则该质点位移始终最大 E.为了增大干涉条纹间距，可将蓝光换成红光
。一、选择题 1-5 DC(AB)CC 6-10 ADA(AA)B 11-15 CCBDC 16-20 BAAAD 21-25 CDDCB 二、填空题 1.1.5 2.4 109-? 3. D ld 3 4. 600nm, 0.244mm 5. 1.4 6.1mm 7. 相等 减小 增加 8.油膜前后两个表面反射的光 10.变小 11. n n 2, 4λ λ 12：（1）4000条；（2）0.5mm ；（3）5510m -?。 13.上凸 14. nd D λ 三、计算题 1、杨氏双缝的间距为mm 2.0，距离屏幕为m 1，求：（1）若第一级明纹距离为2.5mm ，求入射光波长。（2）若入射光的波长为6000A o ，求相邻两明纹的间距。 解：（1）由L x k d λ=，有： xd k L λ=，将0.2mm d =，1m L =，1 2.5mm x =，1k =代入，有：3372.5100.210 5.0101m λ---???==?；即波长为：500nm λ=； （2）若入射光的波长为οA 6000，相邻两明纹的间距：7 3 161030.210D x mm d λ--???===?。 2、 用白光照射杨氏双缝，已知d ＝1.0mm ，D=1.0 m ，设屏无限大。求： (1)λ=500 nm 的光的第四级明纹位置及明纹间距；(2) λ=600 nm 的光理论上在屏上可呈现的最大级数；(3) λ1=500 nm 和λ2=600nm 的光在屏上什么位置开始发生重叠? 解:(1) 明条纹中心位置 D x k d λ=± (0,1,2,k =L )，相邻明条纹的间距为λ?d D x =， 将k =4，λ=500 nm ，d ＝1.0mm ，D=1.0 m 代入，得mm x 2±=，mm x 5.0=?. （2）从两缝发出的光到达屏幕上某点的形成干涉明纹的光程差应满足λθk d =sin ，
预习导航 1．知道光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中了解光是一种波。 2．理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因。 3．了解相干光源，掌握产生干涉的条件。 干涉是波特有的现象，光既然是波，也有波动，也应该能够产生干涉现象，为什么光的干涉实验直到1801年才做成功？ 提示：机械波的干涉实验很容易做成，但光的干涉实验直到1801年才由托马斯·杨做成功，这是因为光波的波长很短，要得到满足相干条件的两个独立的光源是非常困难的。 1．杨氏双峰干涉实验 (1)史实：1801年，英国物理学家________成功地观察到了光的干涉现象。 (2)实验过程：让一束____的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两条狭缝相距很____。如果光是一种波，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的。两波源发出的光在挡板后面的空间互相____，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互____，在另一些位置相互____。 (3)实验现象：在屏上得到________的条纹。 (4)实验结论：证明光是一种____。 (5)现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的________时(即恰好等于波长的______时)，两列光在这点相互加强，这里出现______；当两个光源与屏上某点的距离之差等于________时，两列光在这一点________，这里出现暗条纹。 2．决定条纹间距的条件 (1)相干光源：如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源叫做________。激光器发出的光就是相干光源。 (2)干涉条件：两列光的________相同，振动方向相同，________恒定。 思考：两盏普通白炽灯发出的光相遇时，我们为什么观察不到干涉条纹？ 答案：1．(1)托马斯·杨(2)平行近叠加加强削弱 (3)明暗相间(4)波(5)偶数倍整数倍亮条纹半波长的奇数倍相互削弱 2．(1)相干光源(2)频率相位差
物理光学第二章答案
第二章光的干涉作业 1、在杨氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm，
平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的张角约为0.0093rad ，太阳光的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P r 2 r 1 50cm S 2 S 1 d h
第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为的单色光，在折射率为n 的均匀 透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位 差为3，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5 B. 1.5n C. 3 D. 1.5/n 解： πλπ?32==?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大， 其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条 纹将变密。
本题答案为A。 3．在空气中做双缝干涉实验， 屏幕E上的P处是明条纹。若将缝 S2盖住，并在S1、S2连线的垂直平分 选择题3图 面上放一平面反射镜M，其它条件不变(如图)，则此时( B ) A. P处仍为明条纹 B. P处为暗条纹 C. P处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E上无干涉条纹 解对于屏幕E上方的P点，从S1直接入射到屏幕E 上和从出发S1经平面反射镜M反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增，因此原来是明条纹的将变为暗条纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是
暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为的单色光由空气垂直入射到折射率 为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. /4 B. / (4n ) C. /2 D. / (2n ) 6．在折射率为n =1.60的玻璃表面上涂以折射率 n =1.38的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为500.0nm 的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. 30.0nm C. 90.6nm D. 250.0nm 解：增透膜 6.904/min ==n e λnm 本题答案为C 。 7．用波长为的单色光垂直照射到空气劈尖上，观察 等厚干涉条纹。当劈尖角增大时，观察到的干涉条纹的间