高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册光的干涉导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册光的干涉导学案，共8页。
逐点清(一) 光的双缝干涉
[多维度理解]
1.杨氏双缝干涉实验
1801年,英国物理学家 成功地观察到了光的干涉现象,即 实验,实验证明光是一种 。
2.双缝干涉
(1)实验装置
(说明:屏在照片中没有显示出来)
(2)实验过程:让一束 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 的,这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,发生 现象。
(3)实验现象:在屏上得到 的条纹。
(4)产生明暗条纹的条件
①当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的 倍时,两列光波在这点相互加强,出现 。
②当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长λ2的 倍时,两列光波在这点相互削弱,出现 。
[全方位练明]
1.判断下列说法是否正确。
(1)直接用强光照射双缝一定发生干涉。( )
(2)两只手电筒射出的光束在空间相遇,能观察到光的干涉现象。( )
(3)用单色光作光源时,干涉条纹是明暗相间的条纹。( )
(4)频率不同的两列光波相遇时也能产生干涉现象,只是干涉图样不稳定。( )
2.在图示的双缝干涉实验中,光源S到缝S1、S2距离相等,P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400 nm的光实验时,光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹),P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600 nm的光实验时,P处将呈现( )
A.第2条亮条纹 B.第3条亮条纹
C.第2条暗条纹D.第3条暗条纹
逐点清(二) 干涉条纹和光的波长之间的关系
[多维度理解]
1.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关,波长越长,条纹间距越大。
(1)对于同一单色光,条纹之间的距离 ,由该单色光的亮条纹和暗条纹组成。
(2)用不同颜色的光进行干涉实验,条纹间距 ,红光条纹间距比黄光条纹间距 ,蓝光条纹间距比黄光条纹间距 。
(3)白光的干涉条纹的中央是 色的,两侧是 色的,这是因为:
①白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光,且从红光到紫光波长逐渐变短。
②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。
③两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。
2.相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距:Δx=ldλ。
[典例] 图甲是双缝干涉示意图,两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示。下列说法正确的是( )
A.形成乙图样的光的波长比形成丙图样的光的波长长
B.形成丙图样的光的频率比形成乙图样的光的频率大
C.若只增大挡板与屏间的距离l,两种单色光相邻亮条纹间的距离Δx都将增大
D.若只减小挡板上两个狭缝间的距离d,两种单色光相邻亮条纹间的距离Δx都将减小
听课记录:
[全方位练明]
1.(2025·江苏南通期末)如图所示,挡板上有两条方向竖直、距离很近的狭缝,当用单色光垂直照射双缝时,与挡板平行的光屏上出现的条纹形状是( )
2.(2025·四川眉山期中)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。要得到相邻两条亮(暗)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
3.(2024·广西高考)(多选)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a≪l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是( )
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为l2aλ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为laλ
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλ
D.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为l2aΔxλ
逐点清(三) 薄膜干涉及其应用
[多维度理解]
1.薄膜干涉:如图,不同位置的液膜,厚度 ,来自液膜前后两个面的 相互叠加发生干涉。
2.薄膜干涉的原理
(1)光照射到薄膜上,在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的,它们具有相同的频率、恒定的相位差,是相干光。
(2)光照在厚度不同的薄膜上时,在前、后两个面的反射光产生路程差,在某些位置,两列波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,于是出现暗条纹。
3.应用举例
(1)用干涉法检查平面的平整程度
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射,如果被检测平面是光滑的,得到的干涉图样必是等间距的。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;如果某处凸起来,则对应条纹延后出现,如图乙中Q所示。
(2)增透膜
①为了减少光学元件中的反射光的能量损失,可在元件表面涂一层透明薄膜,即增透膜,一般是氟化镁。
②在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,在两个表面反射的光产生相消干涉,反射光的能量几乎等于零。增透膜厚度d=(2k+1)λ4(k=0,1,2,3,…),最小厚度为λ4。(λ为光在介质中传播时的波长)
③由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相消。
④因为人对绿光最敏感,一般选择对绿光起增透作用的膜,所以在反射光中绿光强度几乎为零,而其他波长的光并没有完全抵消,所以增透膜呈现淡紫色。
[典例] (2025·山西太原期末)用图甲所示空气薄膜干涉装置来检查玻璃平面的平整程度。A为标准平板玻璃,B为被检查平板玻璃,在A、B右端夹入薄纸片,C为入射的红光,图乙是俯视图甲观察到的干涉条纹。下列选项正确的是( )
A.当把C换为蓝光时,条纹间距变大
B.图乙中条纹弯曲处对应着被检查平面处凸起
C.将薄纸片向右移动少许,从上往下可以观察到干涉条纹变稀疏
D.图乙所示条纹是由A的下表面反射光和A的上表面反射光发生干涉形成的
听课记录:
[全方位练明]
1.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( )
2.(2024·山东高考)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示,将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间,用单色平行光垂直照射平板玻璃,形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格,下列说法正确的是( )
A.滚珠b、c均合格
B.滚珠b、c均不合格
C.滚珠b合格,滚珠c不合格
D.滚珠b不合格,滚珠c合格
3.(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内疏外密的同心圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是( )
A.干涉现象是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的
D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
课下请完成课时跟踪检测(二十三)
第3节 光的干涉
逐点清(一)
[多维度理解]
1．托马斯·杨 杨氏双缝干涉 波 2.(2)单色 相同 干涉
(3)明暗相间 (4)①整数 亮条纹 ②奇数 暗条纹
[全方位练明]
1．(1)× (2)× (3)√ (4)×
2．选A 由题意可得，P处到S1、S2的距离之差Δl＝3λ1＝1 200 nm＝2λ2，P处将呈现第2条亮条纹，选项A正确。
逐点清(二)
[多维度理解]
1．(1)相等 (2)不同 大 小 (3)白 彩
[典例] 选C 乙图样相邻两条亮(暗)条纹间距比丙图样相邻两条亮(暗)条纹间距窄，根据Δx＝eq \f(lλ,d)可知，形成乙图样的光的波长比形成丙图样的光的波长短，形成丙图样的光的频率比形成乙图样的光的频率小，故A、B错误；若只增大挡板与屏间的距离l，根据Δx＝eq \f(lλ,d)可知，两种单色光相邻亮条纹间的距离Δx都将增大，故C正确；若只减小挡板上两个狭缝间的距离d，根据Δx＝eq \f(lλ,d)可知，两种单色光相邻亮条纹间的距离Δx都将增大，故D错误。
[全方位练明]
1．选C 单色光经过双缝后发生干涉现象，会得到如选项图C所示的明暗相间的干涉条纹。
2．选C 双缝干涉产生的相邻两条亮(暗)条纹间距满足的关系为Δx＝eq \f(l,d)λ，增大S1与S2的间距，相邻两条亮(暗)条纹间距减小，故A错误；减小双缝到光屏的距离，相邻两条亮(暗)条纹间距减小，故B错误；将绿光换成红光，波长增大，相邻两条亮(暗)条纹间距增大，故C正确；将绿光换成紫光，波长减小，相邻两条亮(暗)条纹间距减小，故D错误。
3．选AD 根据光的反射的对称性可知，光源S与平面镜中的虚像距离为2a，根据双缝干涉相邻亮(暗)条纹中心间距公式可知Δx′＝eq \f(l,d)λ＝eq \f(l,2a)λ，故A正确，B错误；若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中，光的频率不变，根据λf＝c，v＝λ1f＝eq \f(c,n)，其中c为在真空中的光速，则λ1＝eq \f(λ,n)，故C错误；若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx，根据双缝干涉相邻亮(暗)条纹中心间距公式有Δx＝eq \f(l,2a)λ2，可得λ2＝eq \f(2aΔx,l)，结合C选项的分析可知λ2＝eq \f(2aΔx,l)＝eq \f(λ,n′)，所以n′＝eq \f(l,2aΔx)λ，故D正确。
逐点清(三)
[多维度理解]
1．不同 反射光
[典例] 选C 当把C换为蓝光时，蓝光的波长小于红光的波长，可知条纹间距变小，A错误；薄膜干涉中同一条纹对应位置空气膜厚度相同，可知题图乙中条纹弯曲处对应位置空气膜厚度增加，被检查平面处凹陷，故B错误；相邻亮条纹之间空气膜的厚度差等于半个波长，将薄纸片向右移动少许，空气膜的劈角变小，空气膜厚度差等于半个波长的位置距离变大，所以相邻亮条纹间距变大，观察到干涉条纹变稀疏，C正确；题图乙所示条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的，D错误。
[全方位练明]
1．选B 由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度。因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一水平线上，且越往下厚度变化越快，故同一干涉条纹必然是水平的，越往下条纹间距越小，由此可知只有选项B正确。
2．选C 单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃上表面间距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的光程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格；不同的干涉条纹位置处光的光程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。
3．选AC 凸透镜下表面与玻璃上表面间形成空气薄膜，干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，故A正确，B错误；干涉条纹不等间距是由于凸透镜下表面是曲面，使得空气膜的厚度不是均匀变化的，从而观察到题图乙所示的内疏外密的同心圆环状条纹，故C正确，D错误。
课标要求
学习目标
观察光的干涉现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用。
1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件。
2.理解产生明暗条纹的条件,知道条纹间距与波长的关系。
3.知道薄膜干涉条纹的特点,并能用它解释生活中的相关现象。