高三物理粤教版选修3-4课后集训:第四章第四节光的干涉 Word版含解析
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第四节光的干涉1.(3分)下列说法正确的是()A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小【解析】本题考查对光疏介质和光密介质的理解.因为水的折射率为1.33,酒精的折射率为1.36,所以水对酒精来说是光疏介质;由v=cn可知,光在光密介质中的速度较小.【答案】BD2.(3分)如图4-4-1所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为AB、BC的中点,则()图4-4-1A.该棱镜的折射率为 3B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜,波长变小D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行【解析】在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为3;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;由公式λ介=λ空气n,可知C对;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错.【答案】AC3.(4分)如图4-4-2所示,半圆形玻璃砖放在空气中,三条同一颜色、强度相同的光线,均由空气射入玻璃砖,到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是()图4-4-2A.假若三条光线中有一条在O点发生了全反射,那一定是aO光线B.假若光线bO能发生全反射,那么光线cO一定能发生全反射C.假若光线bO能发生全反射,那么光线aO一定能发生全反射D.假若光线aO恰能发生全反射,则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大【解析】三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖,在圆周界面,它们的入射角为零,均不会偏折.在直径界面,光线aO的入射角最大,光线cO的入射角最小,它们都是从光密介质射向光疏介质,都有发生全反射的可能.如果只有一条光线发生了全反射,那一定是aO光线,因为它的入射角最大,所以选项A对.假若光线bO能发生全反射,说明它的入射角等于或大于临界角,光线aO 的入射角更大,所以,光线aO一定能发生全反射,光线cO的入射角可能大于或等于临界角,也可能小于临界角,因此,cO不一定能发生全反射.所以选项C对,B错.假若光线aO恰能发生全反射,光线bO和cO都不能发生全反射,但bO的入射角更接近于临界角,所以,光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强,即bO的反射光线亮度较大,所以D对,本题答案选A、C、D.【答案】ACD学生P491.双缝干涉现象(1)实验①过程:把一激光笔发出的光照射在双缝上,经过双缝后成为两列频率相同的光,它们在相遇的区域产生干涉现象.②现象:屏上出现明、暗相间的条纹.③结论:光是一种波.(2)解释:频率相同的两列光波在相遇的区域叠加,使得某些区域得到加强,显得更亮了;某些区域得到了削弱,显得更暗了;而且明暗区域也是相间的.2.产生干涉的条件(1)干涉条件:频率相同、相差恒定、振动方向相同,即光波为相干光波.(2)明、暗条纹的条件明条纹:Δr=kλ,k=0,±1,±2,…暗条纹:Δr=(2k+1)λ2,k=0,±1,±2,…其中Δr为两列相干光波到空间某点P的光程差,即路程差.(3)相邻明(暗)条纹间的距离Δx=L dλ3.薄膜干涉(1)形成原因:从薄膜的前、后表面反射出两列相干光波发生干涉.(2)应用:检查光学平面的平整度,增透膜.学生P50一、对双缝干涉实验及现象的理解,实验操作时常在双缝前加一条单缝1.双缝干涉的示意图(如图4-4-3)图4-4-32.单缝屏的作用获得一个线光源,有唯一的频率和振动情况.3.双缝屏的作用平行光照射到单缝S 上后,又照到双缝S 1、S 2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光.4.屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如明条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致,即振动方向总是相同,总是同时过最高点、最低点、平衡位置;暗条纹处振动步调总相反,具体产生亮、暗条纹的条件为:(1)明条纹的条件:屏上某点P 到两缝S 1和S 2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即|PS 1-PS 2|=kλ=2k ·λ2(k =0,..1,2,3…)屏上某点到两条缝S 1和S 2的路程差正好是半波长的奇数倍,即:|PS 1-PS 2|=(2k +1)λ2(k =0,1,2,3…)(3)时间上的关系①明条纹:Δt =nT②暗条纹:Δt =(2k +1)T 2式中Δt ,表示两光波到同一点的时间差;n ,k 为(0,1,2,…);T =1f ,光波的周期.1.若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等,中央为亮条纹.2.若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的.3.两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大.三、用白光做双缝干涉实验时,中央出现白色条纹,两侧出现彩色条纹的形成原因1.从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹,各种色光都在中央条纹处形成明条纹,从而复合成白色条纹.2.两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的明纹间宽度最大,紫光明纹间宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹.四、薄膜干涉1.形成原因如图4-4-4所示,照射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、相差恒定,满足干涉条件.图4-4-4(1)干涉法检查平面平整度a.原理:如图4-4-5所示.在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层.用单色光从上面照射,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉.空气层厚度相同的地方,两列波的路程差相同,两列波叠加时相互加强或减弱的情况相同,因此若被测表面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测表面不平.图4-4-5b.被测平面凹陷或凸起的判断方法由于同一空气层厚度的地方路程差相同,故出现在同一条纹上,若条纹发生了弯曲,我们只要抓住弯曲处的空气层厚度与左侧还是右侧的相同就能判断是凸起还是凹陷.如图4-4-6,条纹向左弯曲,说明弯曲处的空气层厚度与右侧的相同,即该处有凹陷.图4-4-6(2)增透膜a.原理:利用薄膜干涉,在透镜表面涂一层薄膜(常用氟化镁),当薄膜厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4时,在薄膜的两个表面上反射的光,光程差恰等于半个波长,互相抵消,大大减少了光的反射损失,增强透射光的强度.这层薄膜叫增透膜.b.应用:有些光学仪器,比如照相机的镜头呈现淡紫色,这是因为在照相机的镜头上涂了一层增透膜,它可以增加透射光,减少反射光.因为光学仪器如果反射光太厉害,而透射光太弱,影响仪器的成像质量.利用薄膜干涉的原理,如果一束光在前后两个表面的反射光干涉的结果是相互减弱的,则势必会增加透射光.一般人眼对绿光比较敏感,所以我们要减少绿光的反射,而不同颜色光的波长不同,所以红色、紫色部分不能完全减弱,镜头呈淡紫色.增透膜的厚度为光在介质中波长的1/4.一、干涉条件及干涉图样分析关于光的干涉,下列说法中正确的是()A.在双缝干涉现象里,相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个明条纹间距将变宽C.只有频率相同的两列光波才能产生干涉D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定【导析】从光波干涉条件及干涉图样分析判断【解析】在双缝干涉现象里,相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,A错误;入射光的波长越长,相邻两个明条纹间距越大,因此,把入射光由红光换成紫光,相邻两个明条纹间距将变窄,故B错误.两列波产生干涉时,频率必须相同,故C正确,D错误.【答案】 C本题易误选1.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【解析】两束光的频率不同,不满足干涉产生的条件:两束光是非相干光源.【答案】 D二、明、暗条纹的判断在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1=0.75 μm,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2=1.5 μm,如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝,则()A.P点出现明条纹,Q点出现暗条纹B.Q点出现明条纹,P点出现暗条纹C.两点均出现明条纹D.两点均出现暗条纹【导析】依据光发生干涉在屏上形成明条纹和暗条纹的条件进行分析和判断.【解析】由c=λf知黄光的波长为λ=cf=3×1086×1014m=0.5 μm到P点的光程差与黄光的半波长相比为:ΔS1λ2=0.750.52=3即为半波长的奇数倍,所以P点出现暗条纹.到Q点的光程差与黄光的半波长相比为:ΔS2λ2=1.5 0.52=6即为半波长的偶数倍,所以Q点出现明条纹.【答案】 B判断屏上某点是明条纹还是暗条纹,要看该点到两光源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f 1=5.0×1014 Hz 和f 2=7.5×1014 Hz 的单色光垂直照射双缝,试分析判断P 点应出现明条纹还是暗条纹?分别为第几条明纹或暗纹?【解析】 如图所示,双缝S1、S 2到光屏上任一点P 的路程之差Δr =S 2S 2′,当Δr 等于单色光波长的整数倍时,由S 1和S 2发出的光在P 点互相加强,P 点出现明条纹;当Δr 等于单色光半个波长的奇数倍的,这样由S 1和S 2发生的光在P 点互相抵消,出现暗条纹.单色光f 1的波长λ1=c f 1=3×1085.0×1014 m =0.6×10-6 m =0.6 μm ,单色光f 2的波长λ2=c f 2=3×1087.5×1014 m =0.4×10-6 m =0.4 μm.即Δr =λ1,Δr =32λ2.可见,用单色光f 1照射时,P 处应出现明条纹,且为第一条明纹;用单色光f 2照射时,P 处应出现暗条纹,且为第二条暗纹.【答案】 见解析三、薄膜干涉及其应用劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图4-4-7(a)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,从而在两块玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后,从上向下看的干涉条纹,如图4-4-7(b)所示.有如下特点:①任意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等;②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.图4-4-7现若将图4-4-7(a)所示的装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气膜后,从上向下观察到的干涉条纹( )A .变疏B .变密C .不变D .消失【导析】抓住题中相邻明条纹(暗条纹)所对应的薄膜厚度差恒定分析、推理.【解析】在薄膜干涉中,任意一条明条纹或暗条纹所在位置下的薄膜的厚度相等,并且任意两条相邻的明条纹或暗条纹下薄膜的厚度差Δh恒定,如图所示,图中A1、A2、A3、A4、A5是连续分布的5条明条纹,由此可知,相邻两条明条纹(或暗条纹)间的距离d,跟劈尖的张角α及相邻明条纹对应的薄膜厚度差Δh,满足以下关系:d=Δh sin α当将图(a)中的纸片抽去一张后,空气膜张角α减小其sinα相应减小,而此时Δh仍不变,所以相邻明(或暗)条纹间的距离d增大,即条纹变疏,综合以上分析可知,本题正确选项只有A.【答案】 A1.如图4-4-8所示,在双缝干涉实验中,若把单缝S从双缝S1、S2的中心对称轴位置稍微向上移动一些,则()图4-4-8A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹,其中央明纹的位置不变C.仍可产生干涉条纹,其中央明纹的位置略上移D.仍可产生干涉条纹,其中央明纹的位置下移【解析】S稍向上移动,则S、S1的间距稍减小,S、S2的间距稍增大,从S发出的光到达S2稍滞后一些,则由S发出的光经S1、S2后到达光屏上光程差为零的点必在P点的下方.答案为D.【答案】 D2.两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.两灯光的振动情况不同D.电灯发出的光不稳定【解析】该题考查光发生干涉的条件.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振动情况往往是不同的,由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的,故选C.【答案】 C3.在太阳光照射下,水面油膜上出现彩色花纹,这是两列相干光波发生干涉的结果,这两列相干波是太阳光分别经________而形成的.【解析】薄膜干涉是因为薄膜的两个表面反射的光波在区域重叠产生的.【答案】油膜上、下表面反射4.如图所示,在双缝干涉实验中,若用λ1=5.0×10-7 m的光照射,屏上O 为中央亮条纹,屏上A为第二级亮条纹所在处.若换用λ2=4.0×10-7 m的光照射时,屏上O处是什么情况?屏上A处又是什么情况?图4-4-9【解析】无论用何种光做实验,屏上O点到双缝的距离之差都是0,所以O处仍为亮条纹.设屏上A点到双缝的距离差为Δx,因用λ1=5.0×10-7m的光照射时,A处为第二级亮条纹,有Δx=2λ1,但对λ2的入射光来说:Δx=2λ1=1×10-6 m=kλ2=k×4.0×10-7 m,解得k=2.5,即Δx为λ22的奇数倍,所以A处为暗条纹,则:Δx=(2k+1)λ22(k=0,±1,±2,±3…),解得k=2,而k=0时为第一级暗条纹,所以A为第三级暗条纹.【答案】O处为亮条纹,A处为第三级暗条纹。
课后集训基础过关1.以下光源可作为相干光源的是( )A.两个相同亮度的烛焰B.两个相同规格的灯泡C.双丝灯泡D.出自一个光源的两束光答案:D2.关于光的干涉( )A.在双缝干涉现象里,明条纹和暗条纹的宽度是不等的B.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个明条纹间距将变宽C.只有频率相同的两列光波才能产生干涉D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定答案:C3.以下关于光的干涉的叙述中,错误的是( )A.在光屏上波峰与波峰相遇处出现亮纹,波谷与波谷相遇处出现暗纹B.在光屏上距离两个狭缝的路程差是波长的整数倍处出现亮纹C.在皂液干涉中,在火焰对侧看到亮暗相间的条纹D.在皂液干涉中,若亮暗相间的条纹互相平行,则此皂液的厚度均匀解析:光的波峰与波峰相遇处是亮纹,波谷与波谷相遇处也是亮纹,A错.在皂液干涉中,在反射面一侧看到干涉条纹,C错,皂液膜的厚度若是均匀的,不会产生干涉,D错.答案:ACD4.汽车在行驶时常会滴下一些油滴,滴下的油滴在带水的路面上会形成一层薄油膜,并呈现出彩色,这是由于( )A.光的反射B.空气的折射C.光的干涉D.光的衍射答案:C5.一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,是因为( )A.各色光的波长不同,因而各色光产生的干涉条纹间距不同B.各色光的速度不同,造成条纹间距不同C.各色光的强度不同D.各色光通过双缝的距离不同答案:A综合运用6.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=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是( )A.单色光f1和f2分别照射时,均出现明条纹B.单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹C.单色光f1照射时出现明条纹,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照射时出现明条纹解析:如图4-4-2所示,双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差d=S2S2′,当d等于单色光波长的整数倍时,S2和S1同时达到波峰或波谷,由S1和S2发出的光在P点互相加强,P点出现明条纹;当d等于单色光半个波长的奇数倍,S2达到波峰时,S1达到波谷,这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消,出现暗条纹.图4-4-2单色光f 1的波长λ1=m=0.6×10-6 m=0.6 μm 1481100.5103⨯⨯=f c 单色光f 2的波长λ2=m=0.4×10-6 m=0.4 μm 1482105.7103⨯⨯=f c 可见d 1=λ1,d 2=λ2,故正确的选项应为C.32答案:C7.取两块平玻璃板,合在一起用手捏紧,会从玻璃板上看到彩色条纹,这是光的干涉现象,有关这一现象的叙述正确的是( )A.这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果B.这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果C.这是上面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果D.这是下面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果解析:形成干涉条纹是有一定条件的,即两列相干光的光程差需要连续变化,Δx=kλ时,形成明条纹,当Δx=(2k+1)时,形成暗条纹,当入射光是白光时,就会形成彩色条纹,2λ对平板玻璃来说,每一块平板玻璃上下表面都是平行的,故不具备产生干涉条纹的条件,而中间的空气膜,则可能具备这一条件,故应选B.答案:B8.如图4-4-3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,观察到的现象如图所示的条纹中的P 和Q 的情况,这说明( )图4-4-3A.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 处向下凹陷解析:利用光的薄膜干涉来检查平面的质量,就是由标准样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层,用单色光从上面照射,入射光在空气层的上、下表面反射形成的两列相干光束.如果被检测的平面是平的,那么空气层的厚度相同的各点的干涉条纹在一条直线上.若是被测平面的某处凹下去了,这时干涉条纹就不是直线,在凹处的干涉条纹将向楔形膜中薄的一侧弯曲.这是因为凹处的两束反射光的光程差变大,它只能与膜厚一些位置的两反射光的光程差相同而形成同一级的条纹(光程差相同的干涉条纹为同一级,一般光程差大的干涉条纹级别高,光程差小级别低),显然凹处的级别增大,将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹.同理,若是被测平面某处凸起,则该处的干涉条纹将向楔形膜中厚的一侧弯曲.答案:BC9.把一杨氏双缝干涉实验装置放在水面之下,实验得到的干涉条纹与在空气中得到的条纹有何不同?解答:光在水中的波长比在空气中的波长短,所以在水中做杨氏双缝干涉实验时,得到的干涉条纹的宽度比在空气中的窄.10.用单色光照射双缝,双缝间距等于0.06 cm ,缝到屏的距离为1.5 m,若测得屏上7条亮条纹之间共相距9.0 mm,则此单色光的波长是多少?解析:本题中,|Δx|≠9.0 mm/7,|Δx|=9.0 mm/(7-1)=9.0 mm/6=1.5×10-3 m.用|Δx|=1.5×10-3 m 及b=0.06 cm=0.06×10-2 m,l=1.5 m,代入λ=b|Δx|/l 可得:λ=6×10-7 m.答案:6×10-7 m11.如图4-4-4所示,在双缝干涉实验中,S 1和S 2为双缝,P 是光屏上的一点,已知P 点到S 1和S 2距离之差为2.1×10-6 m ,分别用A 、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P 点是亮条纹还是暗条纹?图4-4-4(1)已知A 光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m.(2)已知B 光在某种介质中波长为3.15×10-7 m ,当B 光从这种介质射向空气时,临界角为37°.解析:(1)设A 光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n=,得21λλλ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m根据光程差δ=2.1×10-6 m 所以N 1==3.5761106101.2--⨯⨯=λδ由此可知,从S 1和S 2到P 点的光程差δ是波长λ1的3.5倍,所以P 点处为暗条纹.(2)根据临界角与折射率的关系sinC=得n=,n 13537sin 1=︒由此可知,B 光在空气中波长λ2为:λ2=nλ介=×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m 35由光程差δ和波长λ的关系N 2==47621025.5101.2--⨯⨯=λδ可见,用B 光做光源,P 点处为亮条纹.答案:(1)暗条纹 (2)亮条纹。
2019-2020学年度粤教版高中选修3-4物理第四章光第04节光的干涉巩固辅导二十第1题【单选题】当两列水波发生干涉时,如果两列波的波峰在P点相遇,则下列说法中正确的是( )A、质点P的振动有时加强,有时减弱B、质点P的振动始终是加强的C、质点P的位移始终最大D、质点P的位移不可能为零【答案】:【解析】:第2题【单选题】如图给出4个明暗相间的图样,已知它们分别是红光、蓝光(红光波长比蓝光波长大)在相同干涉仪器中的双缝干涉图样以及黄光、紫光(黄光波长比紫光波长大)在相同的衍射仪器中的单缝衍射图样(黑色部分表示亮纹),则在下面的四个图中从左往右排列的亮条纹的颜色依次是( )A、红黄蓝紫B、红紫蓝黄C、蓝紫红黄D、蓝黄红紫【答案】:【解析】:第3题【单选题】下列说法正确的是( )A、用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B、在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C、用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D、电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的【答案】:【解析】:第4题【单选题】抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细,如图所示,观察激光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化( )A、这里应用的是光的干涉现象B、这里应用的是光的直线传播性C、如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗D、如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细【答案】:【解析】:第5题【单选题】蚌壳内表面上有一薄层珍珠质,在白光照射下常会呈现美丽的色彩,这是( )A、光的色散现象B、光的干涉现象C、光的全反射现象D、蚌壳凹面对光的会聚现象【答案】:【解析】:第6题【单选题】明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载:“凡宝石面凸,则光成一条,有数棱则必有一面五色”,表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象.如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b,下列说法正确的是( )A、若增大入射角i,则b光最先消失B、在该三棱镜中a光波速小于b光C、若a、b光通过同一双缝干涉装置,则屏上a光的条纹间距比b光宽D、若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应,则a光的遏止电压高【答案】:【解析】:第7题【单选题】登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力.有人想用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜,他选用的薄膜材料的折射率n=1.5,所要消除的紫外线的频率ν=8.1×10^14 H z,那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是( )A、9.25×10^﹣8 mB、1.85×10^﹣7 mC、1.23×10^﹣7 mD、6.18×10^﹣8 m【答案】:【解析】:第8题【单选题】关于光的干涉现象,下列说法正确的是( )A、波峰与波峰叠加处将出现亮条纹,波谷与波谷叠加处将出现暗条纹B、双缝干涉实验中光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置将出现亮纹C、把双缝干涉实验中入射光由黄光换成紫光,相邻两明条纹间距离变宽D、薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等【答案】:【解析】:第9题【单选题】在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差0.6μm,若分别用频率为f1=5.0×10^14Hz和f2=7.5×10^14Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是( )A、单色光f1和f2分别照射时,均出现明条纹B、单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹C、单色光f1照射时出现明条纹,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照射时出现明条纹【答案】:【解析】:第10题【多选题】下列说法正确的是( )A、光的衍射现象是光波相互叠加的结果,光的衍射现象说明了光具有波动性B、用单色平行光照射单缝,缝宽不变,照射光的波长越长,衍射现象越显著C、光的衍射现象和干涉现象否定了光的直线传播的结论D、在太阳光照射下,肥皂泡呈现彩色,这是光的衍射现象E、在城市交通中,用红灯表示禁止通行,这是因为红光更容易生衍射.【答案】:【解析】:第11题【多选题】下列说法中正确的是( )A、在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光改为红光。
第四节光的干涉1.(3分)下列说法正确的是()A.由于水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B.由于水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小【解析】本题考查对光疏介质和光密介质的理解.由于水的折射率为1.33,酒精的折射率为1.36,所以水对酒精来说是光疏介质;由v =cn可知,光在光密介质中的速度较小.【答案】BD2.(3分)如图4-4-1所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为AB、BC的中点,则()图4-4-1A.该棱镜的折射率为 3B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜,波长变小D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行【解析】在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为3;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;由公式λ介=λ空气n,可知C 对;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错.【答案】AC3.(4分)如图4-4-2所示,半圆形玻璃砖放在空气中,三条同一颜色、强度相同的光线,均由空气射入玻璃砖,到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是()图4-4-2A.假如三条光线中有一条在O点发生了全反射,那肯定是aO光线B.假如光线bO能发生全反射,那么光线cO肯定能发生全反射C.假如光线bO能发生全反射,那么光线aO肯定能发生全反射D.假如光线aO恰能发生全反射,则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大【解析】三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖,在圆周界面,它们的入射角为零,均不会偏折.在直径界面,光线aO的入射角最大,光线cO的入射角最小,它们都是从光密介质射向光疏介质,都有发生全反射的可能.假如只有一条光线发生了全反射,那肯定是aO光线,由于它的入射角最大,所以选项A对.假如光线bO能发生全反射,说明它的入射角等于或大于临界角,光线aO的入射角更大,所以,光线aO肯定能发生全反射,光线cO的入射角可能大于或等于临界角,也可能小于临界角,因此,cO不肯定能发生全反射.所以选项C对,B错.假如光线aO恰能发生全反射,光线bO和cO都不能发生全反射,但bO的入射角更接近于临界角,所以,光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强,即bO的反射光线亮度较大,所以D对,本题答案选A、C、D.【答案】ACD课标导思1.观看光的干涉现象,生疏干涉条纹的特点.2.能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点.3.知道相干光源的概念和产生干涉现象的条件.同学P491.双缝干涉现象(1)试验①过程:把一激光笔发出的光照射在双缝上,经过双缝后成为两列频率相同的光,它们在相遇的区域产生干涉现象.②现象:屏上消灭明、暗相间的条纹.③结论:光是一种波.(2)解释:频率相同的两列光波在相遇的区域叠加,使得某些区域得到加强,显得更亮了;某些区域得到了减弱,显得更暗了;而且明暗区域也是相间的.2.产生干涉的条件(1)干涉条件:频率相同、相差恒定、振动方向相同,即光波为相干光波.(2)明、暗条纹的条件明条纹:Δr=kλ,k=0,±1,±2,…暗条纹:Δr=(2k+1)λ2,k=0,±1,±2,…其中Δr为两列相干光波到空间某点P的光程差,即路程差.(3)相邻明(暗)条纹间的距离Δx=Ldλ3.薄膜干涉(1)形成缘由:从薄膜的前、后表面反射出两列相干光波发生干涉.(2)应用:检查光学平面的平整度,增透膜.同学P50一、对双缝干涉试验及现象的理解,试验操作时常在双缝前加一条单缝1.双缝干涉的示意图(如图4-4-3)图4-4-32.单缝屏的作用获得一个线光源,有唯一的频率和振动状况.3.双缝屏的作用平行光照射到单缝S上后,又照到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动状况完全全都的相干光.4.屏上某处消灭亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如明条纹处某点同时参与的两个振动步调总是全都,即振动方向总是相同,总是同时过最高点、最低点、平衡位置;暗条纹处振动步调总相反,具体产生亮、暗条纹的条件为:(1)明条纹的条件:屏上某点P 到两缝S 1和S 2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍. 即|PS 1-PS 2|=kλ=2k ·λ2(k =0,..1,2,3…) 【特殊提示】 k =0时,PS 1=PS 2,此时P 点位于屏上的O 处,为明条纹,此处的条纹叫中心明纹.(2)暗条纹的条件屏上某点到两条缝S 1和S 2的路程差正好是半波长的奇数倍,即:|PS 1-PS 2|=(2k +1)λ2(k =0,1,2,3…)(3)时间上的关系 ①明条纹:Δt =nT ②暗条纹:Δt =(2k +1)T2式中Δt ,表示两光波到同一点的时间差;n ,k 为(0,1,2,…);T =1f ,光波的周期. 【特殊提示】 (1)双缝干涉的条件是必需有相干光源,且双缝间间距必需很小; (2)由于不同光源发出的光频率一般不同,即使是同一光源,它的不同部位发出的光也不肯定有相同的频率和恒定的相位差,故一般状况下不易观看到光的干涉现象,所以杨氏双缝干涉试验接受将一束光“一分为二”的方法获得相干光源.二、双缝干涉图样的特点1.若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等,中心为亮条纹. 2.若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中心条纹是白色的. 3.两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大. 三、用白光做双缝干涉试验时,中心消灭白色条纹,两侧消灭彩色条纹的形成缘由 1.从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹,各种色光都在中心条纹处形成明条纹,从而复合成白色条纹.2.两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的明纹间宽度最大,紫光明纹间宽度最小,即除中心条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹.四、薄膜干涉 1.形成缘由如图4-4-4所示,照射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、相差恒定,满足干涉条件.图4-4-4【特殊提示】 由于薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在光源这一侧发生干涉形成的,所以应在与光源同一侧才能观看到干涉条纹.2.薄膜干涉在技术上的应用 (1)干涉法检查平面平整度a .原理:如图4-4-5所示.在被测平面上放一个透亮 的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层.用单色光从上面照射,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉.空气层厚度相同的地方,两列波的路程差相同,两列波叠加时相互加强或减弱的状况相同,因此若被测表面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,假如干涉条纹是弯曲的,就表明被测表面不平.图4-4-5b .被测平面凹陷或凸起的推断方法由于同一空气层厚度的地方路程差相同,故消灭在同一条纹上,若条纹发生了弯曲,我们只要抓住弯曲处的空气层厚度与左侧还是右侧的相同就能推断是凸起还是凹陷.如图4-4-6,条纹向左弯曲,说明弯曲处的空气层厚度与右侧的相同,即该处有凹陷.图4-4-6(2)增透膜a.原理:利用薄膜干涉,在透镜表面涂一层薄膜(常用氟化镁),当薄膜厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4时,在薄膜的两个表面上反射的光,光程差恰等于半个波长,相互抵消,大大削减了光的反射损失,增加透射光的强度.这层薄膜叫增透膜.b.应用:有些光学仪器,比如照相机的镜头呈现淡紫色,这是由于在照相机的镜头上涂了一层增透膜,它可以增加透射光,削减反射光.由于光学仪器假如反射光太厉害,而透射光太弱,影响仪器的成像质量.利用薄膜干涉的原理,假如一束光在前后两个表面的反射光干涉的结果是相互减弱的,则势必会增加透射光.一般人眼对绿光比较敏感,所以我们要削减绿光的反射,而不同颜色光的波长不同,所以红色、紫色部分不能完全减弱,镜头呈淡紫色.增透膜的厚度为光在介质中波长的1/4.一、干涉条件及干涉图样分析关于光的干涉,下列说法中正确的是()A.在双缝干涉现象里,相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个明条纹间距将变宽C.只有频率相同的两列光波才能产生干涉D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定【导析】从光波干涉条件及干涉图样分析推断【解析】在双缝干涉现象里,相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,A错误;入射光的波长越长,相邻两个明条纹间距越大,因此,把入射光由红光换成紫光,相邻两个明条纹间距将变窄,故B错误.两列波产生干涉时,频率必需相同,故C正确,D错误.【答案】 C本题易误选A.认为相邻两明条纹和相邻两暗条纹间距是不等的,这主要是没弄清条纹宽度与条纹间距的区分.条纹间距是相邻两明条纹或相邻两暗条纹的中心间距,而条纹宽度在离中心明纹较远处,是有所不同的.1.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,这是由于()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.四周环境的光太强D.这两束光为非相干光源【解析】两束光的频率不同,不满足干涉产生的条件:两束光是非相干光源.【答案】 D二、明、暗条纹的推断在双缝干涉试验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1=0.75 μm,光屏上Q 点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2=1.5 μm,假如用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝,则() A.P点消灭明条纹,Q点消灭暗条纹B.Q点消灭明条纹,P点消灭暗条纹C.两点均消灭明条纹D.两点均消灭暗条纹【导析】依据光发生干涉在屏上形成明条纹和暗条纹的条件进行分析和推断.【解析】由c=λf知黄光的波长为λ=cf=3×1086×1014m=0.5 μm到P点的光程差与黄光的半波长相比为:ΔS1λ2=0.750.52=3即为半波长的奇数倍,所以P点消灭暗条纹.到Q点的光程差与黄光的半波长相比为:ΔS2λ2=1.50.52=6即为半波长的偶数倍,所以Q点消灭明条纹.【答案】 B推断屏上某点是明条纹还是暗条纹,要看该点到两光源(双缝)的路程差与波长的关系.同时,还要记住这一结论成立的条件是:两个光源为相干光源.2.在双缝干涉试验中,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=5.0×1014 Hz 和f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝,试分析推断P点应消灭明条纹还是暗条纹?分别为第几条明纹或暗纹?【解析】如图所示,双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差Δr=S 2S2′,当Δr等于单色光波长的整数倍时,由S1和S2发出的光在P点相互加强,P点消灭明条纹;当Δr等于单色光半个波长的奇数倍的,这样由S1和S2发生的光在P点相互抵消,消灭暗条纹.单色光f1的波长λ1=cf1=3×1085.0×1014m=0.6×10-6 m=0.6 μm,单色光f2的波长λ2=cf2=3×108 7.5×1014m=0.4×10-6 m=0.4 μm.即Δr=λ1,Δr=32λ2.可见,用单色光f1照射时,P处应消灭明条纹,且为第一条明纹;用单色光f2照射时,P处应消灭暗条纹,且为其次条暗纹.【答案】见解析三、薄膜干涉及其应用劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图4-4-7(a)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,从而在两块玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后,从上向下看的干涉条纹,如图4-4-7(b)所示.有如下特点:①任意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等;②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.图4-4-7现若将图4-4-7(a)所示的装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气膜后,从上向下观看到的干涉条纹()A.变疏B.变密C.不变D.消逝【导析】抓住题中相邻明条纹(暗条纹)所对应的薄膜厚度差恒定分析、推理.【解析】在薄膜干涉中,任意一条明条纹或暗条纹所在位置下的薄膜的厚度相等,并且任意两条相邻的明条纹或暗条纹下薄膜的厚度差Δh恒定,如图所示,图中A1、A2、A3、A4、A5是连续分布的5条明条纹,由此可知,相邻两条明条纹(或暗条纹)间的距离d,跟劈尖的张角α及相邻明条纹对应的薄膜厚度差Δh,满足以下关系:d=Δhsin α当将图(a)中的纸片抽去一张后,空气膜张角α减小其sinα相应减小,而此时Δh仍不变,所以相邻明(或暗)条纹间的距离d增大,即条纹变疏,综合以上分析可知,本题正确选项只有A.【答案】 A1.如图4-4-8所示,在双缝干涉试验中,若把单缝S从双缝S1、S2的中心对称轴位置略微向上移动一些,则()图4-4-8A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹,其中心明纹的位置不变C.仍可产生干涉条纹,其中心明纹的位置略上移D.仍可产生干涉条纹,其中心明纹的位置下移【解析】S稍向上移动,则S、S1的间距稍减小,S、S2的间距稍增大,从S发出的光到达S2稍滞后一些,则由S发出的光经S1、S2后到达光屏上光程差为零的点必在P点的下方.答案为D.【答案】 D2.两个一般白炽灯发出的光相遇时,我们观看不到干涉条纹,这是由于()A.两个灯亮度不同B.灯光的波长太短C.两灯光的振动状况不同D.电灯发出的光不稳定【解析】该题考查光发生干涉的条件.一般状况下,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振动状况往往是不同的,由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动状况是相同的,故选C.【答案】 C3.在太阳光照射下,水面油膜上消灭彩色花纹,这是两列相干光波发生干涉的结果,这两列相干波是太阳光分别经________而形成的.【解析】薄膜干涉是由于薄膜的两个表面反射的光波在区域重叠产生的.【答案】油膜上、下表面反射4.如图所示,在双缝干涉试验中,若用λ1=5.0×10-7 m的光照射,屏上O为中心亮条纹,屏上A为其次级亮条纹所在处.若换用λ2=4.0×10-7 m的光照射时,屏上O处是什么状况?屏上A处又是什么状况?图4-4-9【解析】无论用何种光做试验,屏上O点到双缝的距离之差都是0,所以O处仍为亮条纹.设屏上A点到双缝的距离差为Δx,因用λ1=5.0×10-7m的光照射时,A处为其次级亮条纹,有Δx=2λ1,但对λ2的入射光来说:Δx=2λ1=1×10-6 m=kλ2=k×4.0×10-7 m,解得k=2.5,即Δx为λ22的奇数倍,所以A处为暗条纹,则:Δx=(2k+1)λ22(k=0,±1,±2,±3…),解得k=2,而k=0时为第一级暗条纹,所以A为第三级暗条纹.【答案】O处为亮条纹,A处为第三级暗条纹。
光的干涉一、教学目标1.认识光的干涉现象及产生光干涉的条件.2.理解光的干涉条纹形成原理,认识干涉条纹的特征.3.通过观察实验,培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力.4.通过“扬氏双缝干涉”实验的学习,渗透科学家认识事物科学的物理思维方法.二、重点、难点分析1.波的干涉条件,相干光源.2.如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹,怎么会出现时间上是稳定的,空间上存在着加强区和减弱区并且互相间隔,如何理解“加强”和“减弱”.3.培养学生观察、表述、分析能力.三、教具1.演示水波干涉现象:频率可调的两个波源,发波水槽,投影幻灯,屏幕.2.演示光的干涉现象:直丝白炽灯泡;单缝;双缝;红、绿、蓝、紫滤色片;光的干涉演示仪;激光干涉演示仪.3.干涉图样示意挂图,为分析干涉所做的幻灯片;或电脑及干涉现象示意的动画软件.四、主要教学过程(一)引入由机械波的干涉现象引入:首先演示“水波干涉现象”,并向学生提出问题.(1)这是什么现象?(2)是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象?让学生回答,让学生描述稳定干涉现象的特征,指出干涉现象是两列波在空间相遇叠加的一种情景;一切波都能发生干涉现象,干涉现象是波特有的现象.要得到稳定干涉现象需是相干波源.(二)教学过程设计1.光的干涉现象——扬氏干涉实验.(1)提出问题:光是否具有波动性?如果有则会有光的干涉现象,观察光的干涉现象可以用屏幕,在屏幕上会得到什么现象呢?演示两个通有同频率交流电单丝灯泡(或蜡烛)作为两个光源,移动屏与它们之间的距离,屏幕上看不到明暗相间的现象.实验结果表明:两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象.说明光的复杂性.认识事物不是一帆风顺的.实验的不成功是光无波动性?还是实验设计有错误,没有满足相干条件?(2)杨氏实验.①介绍英国物理学家托马斯·杨.如何认识光,如何获得相干光源——展示杨氏实验挂图鼓励学生在认识事物或遇到问题时,学习杨氏的科学态度,巧妙的思维方法.②介绍实验装置——双缝干涉仪.说明双缝很近0.1mm,强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等,所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同,而且总是同相.③演示:先用加滤色片后单色光红光进行演示,然后改用激光源做双缝干涉实验,并使双缝与屏幕的距离加大,这样在屏幕上得到条纹间距离大,更为清晰的明暗相同的图样.展示双缝干涉图样,让学生注意观察图样,回答图样的特点:(1)明暗相间.(2)亮纹间等距,暗纹间等距.(3)两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹——中央亮纹.提出问题:为什么会出现这样的图样?怎样用波动理论进行解释.2.运用波动理论进行分析.(1)演示两列频率相同、振动方向相同两列波在一直线上叠加的情景.用做好的幻灯片用投影幻灯进行演示;或用编制好的软件在电脑上进行演示.注意分析两列波传播经同一位置时此点的振动情况.①仍在某一平衡位置附近往复振动,位移随时间而改变.②两列波同相振幅变大,说明此点振动加强了;两列波反相振幅减小,说明此点振动减弱了.强调波形图是各个质点在同一时刻位移的包络线,演示波在传播时,波峰波谷的移动情况.(2)演示一列波由近及远波峰、波谷示意图,演示两列频率相同,同相波由近及远波峰、波谷的示意图.操作:①先演示一列波传播时,每隔2T 传播距离为 21波峰 波谷行进的位置;然后再演示两列波S 1、S 2独立传播每隔2T ,传播距离为21波峰,波谷行进位置。
教学资料范本【2020】最新精选高中选修3-4物理第04节光的干涉粤教版课后辅导练习第四十三篇编辑:__________________时间:__________________最新精选高中选修3-4物理第04节光的干涉粤教版课后辅导练习第四十三篇第1题【单选题】在下面几种有关光的现象中,不属于光的干涉的是( )A、在水面的油膜上看到彩色花纹B、通过游标卡尺两测脚间的狭缝,观看与狭缝平行的线光源时,看到彩色条纹C、光通过照相机镜头上的增透膜D、白光通过双缝后,在光屏上出现彩色条纹【答案】:【解析】:第2题【单选题】已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大,则这两种光( )A、在该玻璃中传播时,蓝光的速度较大B、以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光的折射角较大C、从该玻璃中射入空气发生全反射时,红光临界角较小D、用同一装置进行双缝干涉实验,蓝光的相邻条纹间距较小【答案】:【解析】:第3题【单选题】一纳光灯放在一空箱子左侧的双缝前如图,在右壁上产生干涉图样,如图所示.现给箱子灌满油(不考虑溢油),浸入油中的条纹怎样变化( )A、条纹间距变宽B、条纹间距变密C、条纹间距不变D、条纹消失.【答案】:【解析】:第4题【单选题】下列现象中不属于干涉现象的是( )A、涂有增透膜的照相机镜头是淡紫色B、白光通过三棱镜后出现色散C、肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹D、下雨后加油站旁边的积水上面的油污是彩色的【答案】:【解析】:第5题【单选题】先后用两种不同的单色光,在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验,在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同,其中间距较大的那种单色光,比另一种单色光( )A、在真空中的波长较短B、在玻璃中传播的速度较大C、在玻璃中传播时,玻璃对其折射率较大D、在真空中传播速度大【答案】:【解析】:第6题【多选题】如图所示,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线,下列说法正确的是( )A、在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B、在真空中,a光的波长大于b光的波长C、玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率D、若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线b首先消失E、分别用a、b光在同一双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距【答案】:【解析】:第7题【多选题】关于光现象及其应用,下列说法正确的有( )A、全息照片用激光来拍摄,主要是利用了激光与物光的相干性高的特点B、通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的偏振现象C、拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度D、当观察者向静止的声源运动时,观察者接收到的声波频率低于声源的频率E、一束单色光由空气射入玻璃,这束光的速度变慢,波长变短【答案】:【解析】:第8题【多选题】下列说法正确的是( )A、彩超是利用超声波反射波相对发射波的频率变化测量血液流速,利用了波的干涉B、海市蜃楼是一种因为光的折射和全反射而形成的自然现象C、牛顿环是两个玻璃表面间的空气膜引起薄膜干涉形成的,亮暗相间的环状条纹距离相等D、狭缝越窄,屏上中央亮条就越宽,表明更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置,但粒子的动量的不确定却更大了【答案】:【解析】:第9题【多选题】下列说法中正确的是( )A、泊松亮斑证实了光的粒子性B、干涉法检查被检测平面的平整度应用了光的双缝干涉原理C、光的偏振现象说明光是横波D、康普顿效应表明光子具有动量,进一步证实了光的粒子性【答案】:【解析】:第10题【多选题】以下说法中正确的有( )A、把调准的摆钟由泸州移至赤道,这个钟将变慢,若要重新调整,应缩短摆长B、在干涉现象中,振动加强点的位移总比减弱点的位移要大C、只有发生共振时,受迫振动的频率才等于驱动力的频率D、振动的频率越高,则波传播一个波长的距离所用的时间越短E、向人体发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化就能知道血流的速度,这种方法熟称“彩超”【答案】:【解析】:第11题【多选题】下列说法正确的是( )A、从玻璃到空气的界面上,红光的临界角较紫光的大B、由空气中看到水中鱼的像是虚像,且像的位置比鱼的实际位置高,由水中看到空气中物体的像也是虚像,像位置仍比物体的实际位置高C、在杨氏双缝干涉实验中,将入射光由绿光换成紫光,条纹间距变窄D、在光的薄膜干涉实验中,当薄膜干涉条纹是等距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等E、只要发射电磁波电路的电磁振荡一停止,产生的电磁波立即消失【答案】:【解析】:第12题【多选题】下列说法中正确的是( )A、全息照片用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性B、在光的双缝干涉实验中,将入射光由红光改为紫光,则条纹间距变宽C、如果测量到来自遥远星系上的元素发出的光波长变长,这说明星系正在远离我们而去D、拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以增加透射光的强度【答案】:【解析】:第13题【多选题】下列说法正确的是( )A、雨后天空出现的彩虹是光的薄膜干涉现象B、和机械波一样,光也是既有横波又有纵波C、光的传播不需要介质,但传播速度和介质有关D、红光由空气进入水中,波长变短E、由水射入空气中,紫光比红光更容易发生全反射【答案】:【解析】:第14题【实验探究题】如图所示表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇.图中实线表示波峰,虚线表示波谷,c和f分别为ae和bd的中点,则:在a、b、c、d、e、f六点中,振动加强的点是______振动减弱的点是______若两振源S1和S2振幅相同,此时刻位移为零的点是______【答案】:【解析】:第15题【综合题】登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力.有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜.他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消除的紫外线的频率为f=8.1×10^14Hz.他设计的这种“增反膜”所依据的原理是______这种“增反膜”的厚度是______请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是A、薄膜干涉说明光具有波动性B、如果薄膜的厚度不同,产生的干涉条纹一定不平行C、干涉条纹一定是彩色的D、利用薄膜干涉也可以“增透”【答案】:【解析】:。
第四课时 光的干涉课前预习情景素材在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,这对研究光的本性提供了什么样的帮助作用?简答:光的干涉现象的发现证实光是一种波,为光的本性的进一步认识奠定了基础. 知识预览1.频率相同的两列波叠加时,空间某些区域的振动加强,另一些区域的振动减弱,这两列波称为相干波源这种现象叫做波的干涉.2.在双缝干涉实验中得到的干涉图样有如下特点:(a )单色光产生的干涉条纹都是等间距的明暗相间的条纹,且中央为亮条纹.当两缝到屏上某点的路程差为半波长偶数倍时,该处出现亮条纹;当路程差为半波长奇数倍时,该处出现暗条纹.(b )利用同一装置观察双缝干涉现象时,屏到挡板的距离l 越大,条纹间的距离越大,实验所用光波波长λ越大,条纹的间距越大,若双缝间距为d 且l≥d ,则相邻两条纹间的距离Δx=dl λ. (c )用白光做双缝干涉实验产生彩色条纹且中央为白色.3.薄膜干涉的干涉光束是从薄膜的前表面和后表面反射的两束光.第一课时 狭义相对论的基本原理课前预习情景素材19世纪末,经典物理学形成了完整的科学体系,自然界的各种物理现象几乎无一不能用它们来解释.1900年著名物理学家汤姆孙充满自信地宣称:科学的大厦已经基本完成,未来的物理学只要做一些修修补补的工作就可以了.不过他也承认,“明朗的天空中还有两朵小小的,令人不安的乌云”.那么这两朵乌云分别是什么?它们又引发了什么新的理论? 简答:分别是黑体辐射和光的速度问题.对它们的研究分别催生了量子理论和相对论. 知识预览1.伽利略的相对性原理是:力学规律在任何惯性系中都是相同的.2.狭义相对论的两个基本假设分别是狭义相对性原理;光速不变原理.3.狭义相对性原理是指:在不同惯性参考系中,一切物理定律都是相同的.4.光速不变原理是指:真空中的光速在不同惯性系考系中都是相同的.5.如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系叫做惯性系.。
课后集训基础过关1.在相同条件下,红光的干涉条纹的间距大于绿光干涉条纹的间距,这表明红光的波长比绿光的波长长.2.观察红光的干涉条纹,第一次用缝距为0.25 cm 的双缝,第二次用缝距为0.20 cm 的双缝,屏到双缝的距离不变,那么第二次看到的干涉条纹间距必定大于第一次的.3.如图4-5-4所示,A 、B 、C 、D 代表双缝产生的四种干涉图样,回答下面问题:图4-5-4(1)如果A 图样是红光通过双缝产生的,那么换用紫光得到的图样用C 图样表示最合适.(2)如果将B 图样的双缝距离变小,那么得到的图样用D 图样表示最合适.(3)如果将A 图样的双缝到屏的距离变小,那么得到的图样用C 图样表示最合适.(4)如果将A 图样的装置从空气中放入水中,产生的干涉图样用C 图样表示最合适. 综合运用4.分别以红光和紫光先后用同一装置进行双缝干涉实验.在屏上得到相邻的条纹间的距离分别为Δx 1和Δx 2,则( )A.Δx 1<Δx 2B.Δx 1>Δx 2C.若双缝间距离d 减小,而其他条件保持不变,则Δx 1增大D.若双缝间距离d 减小,而其他条件保持不变,则Δx 1不变解析:由波长计算公式λ=lx d ∆得Δx=d L λ,因为λ红>λ紫,故红光的条纹间距大于紫光的,B 正确;当双缝间距d 减小,其他条件不变时,条纹间距应增大,故C 正确.答案:BC5.图4-5-5为双缝干涉实验中产生的条纹图样.甲图为绿光进行实验的图样,a 为中央亮条纹.乙为换用另一种单色光进行实验的图样,a 为中央亮条纹,则以下说法正确的是( )图4-5-5A.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C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短D.乙图可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短解析:因为条纹间距与波长成正比,乙图中条纹间距大于甲图,故乙图中照射光的波长长,可能为红光,故A 正确.答案:A6.从点光源L 发出的白光,经过透镜后成一平行光束,垂直照射到挡光板P 上,板上开有两条靠得很近的平行狭缝S 1、S 2如图4-5-6所示,在屏Q 上可看到干涉条纹,图中O 点是屏上与两狭缝等距离的一点,则( )图4-5-6A.干涉条纹是黑白的,O 点是亮点B.干涉条纹是黑白的,O 点是暗点C.干涉条纹是彩色的,O 点是亮点D.干涉条纹是彩色的,O 占是暗点 解析:白光是复色光,通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹,由题意知21OS OS =,即光程差等于零,在O 点振动加强,形成亮点,所以A 、B 、D 错误,C 正确.答案:C7.双缝干涉实验中观察到的红光的干涉图样是…( )A.一系列明暗相同的同心圆B.一些杂乱无章的点C.平行、等间距的明暗相间条纹D.条纹中间宽、两边窄答案:C8.在双缝干涉实验中,屏上一点到双缝的距离之差为900 nm,若用频率为5.0×1014 Hz 的单色光照射双缝,且在两缝处光的振动情况完全相同,则该点将出现____________条纹.解析:知道屏上一点到双缝的光程差.要求这一点的条纹情况就必须通过光程差和波长的比值来判断.该单色光的波长:λ=148100.5100.3⨯⨯=v c m=6.0×10-7 m. 再计算路程差是半波长的多少倍.n=79100.62109002/--⨯⨯⨯=∆λs =3是半波长的奇数倍,所以这是一个暗条纹.答案:暗课后集训基础过关1.两列电磁波在真空中传播,可能不相等的物理量是( )A.频率B.波长C.波速D.能量答案:ABD2.毫米波的波长范围为1—10 mm,若波速为3×108 m/s,则它的最高频率是____________,最长周期是____________.答案:3×1011 Hz, 3×10-11 S3.一位观众在某剧场观看演出,他的座位离扬声器有20 m 远;另一位观众在家里的电视机旁收看实况转播,他的家离剧场20 km 远,那么,他们两人谁先听到演员的歌声?(声速约为340 m/s)解析:剧场观众用时间t 1=s v s 3402011=≈6×10-2s在家的观众用时间t 2=8321031020⨯⨯=C s ≈7×10-5s 答案:在家的观众先听到歌声.综合运用4.各地接收卫星电视讯号的抛物面天线如图3-5-3所示,天线顶点和焦点连线(OO′)与水平面间的夹角为仰角α,OO′在水平面上的射影与当地正南方向的夹角为偏角β,接收定位于东经105.5°的卫星电视讯号(如CCTV —5)时,OO′连接应指向卫星,我国各地接收天线的取向情况是( )图3-5-3A.有β=0,α=90°的B.与卫星经度相同的各地,α随纬度的增高而减小C.经度大于105.5°的各地,天线是朝南偏东的D.在几十甚至几百平方千米的范围内,天线取向几乎是相同的(我国自西向东的经度约为73°—135°)答案:BD5.雷达发射出电磁波后,若经过1.8×10-4 s 收到敌机反射后的回波,则敌机距雷达站的距离约为_______________________.解析:设距离为s,则2s=ct,所以,s=m ct 2108.1100.3248-⨯⨯⨯==2.7×104 m. 答案:2.7×104 m.6.关于电磁波的传播,下列叙述正确的是( )A.电磁波频率越高,越易沿地面传播B.电磁波频率越高,越易直线传播C.电磁波在各种介质中传播波长恒定D.只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波,就可把信号传遍全世界解析:由c=λf 可判定:电磁波频率越高,波长越短,衍射性越差,不宜沿地面传播,而跟光的传播相似,沿直线传播.故B 对A 错;电磁波在介质中传播时,频率不变,而传播速度改变,由v=λf,可判断波长改变,C 错;由于同步卫星相对地面静止在赤道上空3 600 km 高的地方,用它作微波中继站,只要有三颗,就能覆盖全球,D 正确.答案:BD7.下列说法正确的是( )A.发射出去的无线电波,可以传播到无限远处B.无线电波遇到导体,就可在导体中激起同频率的振荡电流C.波长越短的无线电波,越接近直线传播D.移动电话是利用无线电波进行通讯的解析:无线电波在传播过程中,遇到障碍物就被吸收一部分,遇到导体,会在导体内产生涡流(同频率的振荡电流),故B 对A 错;波长越短,传播方式越接近光的直线传播,移动电话发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段,C 、D 正确.答案:BCD8.在LC 振荡电路中,如果C=100 pF,要发出波长为30 m 的无线电波,应用多大电感的电感线圈?解析:本题考查应用LC 振荡电路的周期公式以及电磁波的速度、周期、波长关系进行分析、计算的能力.由公式T=LC π2和v=λ/T得L=λ2/4π2v 2C式中v=3.0×108 m/s,C=100×10-12 F, L=H 12282210100)103(14.3430-⨯⨯⨯⨯⨯=2.5 μH. 答案:2.5 μH9.下列说法正确的是( )A.摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置B.电视机实际上是一种电信号转变为光信号的装置C.摄像机在1秒内要送出25张画面D.电视机接收的画面是连续的答案:ABC10.一个雷达向远处发射无线电波,每次发射的时间为1 μs,两次发射的时间间隔为100 μs,在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图3-5-4所示,已知图中刻度ab=bc,则障碍物与雷达之间的距离是多大?图3-5-4解析:图中a 和c 处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的,b 处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的,由ab=bc,可知无线电波发射到返回所用时间为50 μs. 设雷达离障碍物的距离为s,无线电波来回时间为t,波速为c,由2s=ct 得s=21050100.3268-⨯⨯⨯=ct m=7.5×103 m. 答案:7.5×103 m。
课后集训
基础过关
1.以下光源可作为相干光源的是( )
A.两个相同亮度的烛焰
B.两个相同规格的灯泡
C.双丝灯泡
D.出自一个光源的两束光
答案:D
2.关于光的干涉( )
A.在双缝干涉现象里,明条纹和暗条纹的宽度是不等的
B.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个明条纹间距将变宽
C.只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定
答案:C
3.以下关于光的干涉的叙述中,错误的是( )
A.在光屏上波峰与波峰相遇处出现亮纹,波谷与波谷相遇处出现暗纹
B.在光屏上距离两个狭缝的路程差是波长的整数倍处出现亮纹
C.在皂液干涉中,在火焰对侧看到亮暗相间的条纹
D.在皂液干涉中,若亮暗相间的条纹互相平行,则此皂液的厚度均匀
解析:光的波峰与波峰相遇处是亮纹,波谷与波谷相遇处也是亮纹,A错.在皂液干涉中,在反射面一侧看到干涉条纹,C错,皂液膜的厚度若是均匀的,不会产生干涉,D错.
答案:ACD
4.汽车在行驶时常会滴下一些油滴,滴下的油滴在带水的路面上会形成一层薄油膜,并呈现出彩色,这是由于( )
A.光的反射
B.空气的折射
C.光的干涉
D.光的衍射
答案:C
5.一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,是因为( )
A.各色光的波长不同,因而各色光产生的干涉条纹间距不同
B.各色光的速度不同,造成条纹间距不同
C.各色光的强度不同
D.各色光通过双缝的距离不同
答案:A
综合运用
6.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=
7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是( )
A.单色光f1和f2分别照射时,均出现明条纹
B.单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹
C.单色光f1照射时出现明条纹,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照射时出现明条纹
解析:如图4-4-2所示,双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差d=S2S2′,当d等于单色光波长的整数倍时,S2和S1同时达到波峰或波谷,由S1和S2发出的光在P点互相加强,P 点出现明条纹;当d等于单色光半个波长的奇数倍,S2达到波峰时,S1达到波谷,这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消,出现暗条纹.
图4-4-2
单色光f 1的波长λ1=148
110
0.5103⨯⨯=f c m=0.6×10-6 m=0.6 μm 单色光f 2的波长λ2=148
210
5.7103⨯⨯=f c m=0.4×10-6 m=0.4 μm 可见d 1=λ1,d 2=3
2λ2,故正确的选项应为C. 答案:C
7.取两块平玻璃板,合在一起用手捏紧,会从玻璃板上看到彩色条纹,这是光的干涉现象,有关这一现象的叙述正确的是( )
A.这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果
B.这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果
C.这是上面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果
D.这是下面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果
解析:形成干涉条纹是有一定条件的,即两列相干光的光程差需要连续变化,Δx=kλ时,形成明条纹,当Δx=(2k+1)2
λ时,形成暗条纹,当入射光是白光时,就会形成彩色条纹,对平板玻璃来说,每一块平板玻璃上下表面都是平行的,故不具备产生干涉条纹的条件,而中间的空气膜,则可能具备这一条件,故应选B.
答案:B
8.如图4-4-3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,观察到的现象如图所示的条纹中的P 和Q 的情况,这说明( )
图4-4-3
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
解析:利用光的薄膜干涉来检查平面的质量,就是由标准样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层,用单色光从上面照射,入射光在空气层的上、下表面反射形成的两列相干光束.如果被检测的平面是平的,那么空气层的厚度相同的各点的干涉条纹在一条直线上.若是被测平面的某处凹下去了,这时干涉条纹就不是直线,在凹处的干涉条纹将向楔形膜中薄的一侧弯曲.这是因为凹处的两束反射光的光程差变大,它只能与膜厚一些位置的两反射光的光程差相同而形成同一级的条纹(光程差相同的干涉条纹为同一级,一般光程差大的干涉条纹级别高,光程差小级别低),显然凹处的级别增大,将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹.
同理,若是被测平面某处凸起,则该处的干涉条纹将向楔形膜中厚的一侧弯曲.
答案:BC
9.把一杨氏双缝干涉实验装置放在水面之下,实验得到的干涉条纹与在空气中得到的条纹有何不同?
解答:光在水中的波长比在空气中的波长短,所以在水中做杨氏双缝干涉实验时,得到的干涉条纹的宽度比在空气中的窄.
10.用单色光照射双缝,双缝间距等于0.06 cm ,缝到屏的距离为1.5 m,若测得屏上7条亮条纹之间共相距9.0 mm,则此单色光的波长是多少?
解析:本题中,|Δx|≠9.0 mm/7,|Δx|=9.0 mm/(7-1)=9.0 mm/6=1.5×10-3 m.
用|Δx|=1.5×10-3 m 及b=0.06 cm=0.06×10-2 m,l=1.5 m,
代入λ=b|Δx|/l 可得:λ=6×10-7 m.
答案:6×10-7 m
11.如图4-4-4所示,在双缝干涉实验中,S 1和S 2为双缝,P 是光屏上的一点,已知P 点到S 1和S 2距离之差为2.1×10-6 m ,分别用A 、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P 点是亮条纹还是暗条纹?
图4-4-4
(1)已知A 光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m.
(2)已知B 光在某种介质中波长为3.15×10-7 m ,当B 光从这种介质射向空气时,临界角为37°.
解析:(1)设A 光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n=
2
1λλ,得 λ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m
根据光程差δ=2.1×10-6 m 所以N 1=7
6
1106101.2--⨯⨯=λδ=3.5 由此可知,从S 1和S 2到P 点的光程差δ是波长λ1的3.5倍,所以P 点处为暗条纹.
(2)根据临界角与折射率的关系sinC=
n 1得n=3
537sin 1=︒, 由此可知,B 光在空气中波长λ2为:λ2=nλ介=35×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m 由光程差δ和波长λ的关系N 2=76
210
25.5101.2--⨯⨯=λδ=4 可见,用B 光做光源,P 点处为亮条纹.
答案:(1)暗条纹 (2)亮条纹。