第十二章第4课时文档格式.docx

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利用薄膜（如肥皂液薄膜）前后两面反射的光相遇而形成的．干涉图样中同一条亮（或暗）条纹上所对应的薄膜厚度相同．

4．光的衍射

光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．

（2）发生明显衍射的条件

只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．

（3）衍射图样

①单缝衍射

a．单色光：

明暗相间的不等距条纹，中央亮条纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性．

b．白光：

中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．

②圆孔衍射：

明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积．

③圆盘衍射：

明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑.

考点一　光的双缝干涉现象的理解

1．光能够发生干涉的条件：

两光的频率相同，振动步调相同．

2．双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝

3．用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：

中央为白色条纹，两侧为彩色条纹．

例1

　如图1所示，在双缝干涉实验中，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实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？

图1

（1）已知A光在折射率为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°

；

（3）若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．

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λ1＝nλ2＝1.5×

4×

10－7m＝6×

10－7m

根据路程差Δr＝2.1×

10－6m，可知N1＝

＝3.5

由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．

（2）根据临界角与折射率的关系

sinC＝

得n＝

由此可知，B光在空气中波长λ3为：

λ3＝nλ介＝

×

3.15×

10－7m＝5.25×

路程差Δr和波长λ3的关系为：

N2＝

＝4

可见，用B光做光源，P点为亮条纹．

（3）若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．

答案　

（1）暗条纹　

（2）亮条纹　（3）见解析

突破训练1

　如图2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．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　　）

图2

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

解析　在双缝干涉实验中，相邻两条亮条纹（或暗条纹）间的距离Δx＝

λ，要想增大条纹间距可以减小两缝间距d，或者增大双缝屏到光屏的距离l，或者换用波长更长的光做实验．由此可知，选项C正确，选项A、B、D错误．

考点二　薄膜干涉现象的理解

1．如图3所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．

图3

2．光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．

3．原理分析

（1）单色光

①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍．

Δr＝nλ（n＝1,2,3…），薄膜上出现亮条纹．

②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍．Δr＝（2n＋1）

（n＝0,1,2,3…），薄膜上出现暗条纹．

（2）白光：

薄膜上出现水平彩色条纹．

4．薄膜干涉的应用

干涉法检查平面的平整程度如图4所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；

若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．

图4

例2

　把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图5所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是（　　）

图5

A．干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果

B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果

C．将上玻璃板平行上移，条纹逆向劈尖移动

D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧

解析　根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对，B项错．因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误．条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项错误．

突破训练2

　用如图6所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图（a）是点燃的酒精灯（在灯芯上撒些食盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（　　）

图6

A．当金属线圈旋转30°

时，干涉条纹同方向旋转30°

B．当金属线圈旋转45°

时，干涉条纹同方向旋转90°

C．当金属线圈旋转60°

D．干涉条纹保持不变

答案　D

解析　竖直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所形成的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，形成的仍然是水平的干涉条纹，D正确．

考点三　光的衍射现象的理解

1．衍射与干涉的比较

两种现象

比较项目

单缝衍射

双缝干涉

不同点

条纹宽度

条纹宽度不等，中央最宽

条纹宽度相等

条纹间距

各相邻条纹间距不等

各相邻条纹等间距

亮度情况

中央条纹最亮，两边变暗

条纹清晰，亮度基本相等

相同点

干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；

干涉、衍射都有明暗相间的条纹

特别提醒　1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．

2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．

2．干涉与衍射的本质：

光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具

有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．

例3

　如图7所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分代表亮纹），那么1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是（　　）

1　　　　　2　　　　　3　　　　　　4

图7

A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄

C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫

解析　由于双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．又双缝干涉条纹的间距Δx＝

λ，在l、d都不变的情况下，干涉条纹间距Δx与波长λ成正比，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距比蓝光干涉条纹间距大，即1、3分别对应红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，则黄光的中央条纹较宽较亮，故2、4分别对应紫光和黄光．综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是红、紫、蓝、黄，选项B正确．

答案　B

突破训练3

　抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图8所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同．观察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，下列叙述中正确的是（　　）

图8

A．这里应用的是光的衍射现象

B．这里应用的是光的干涉现象

C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗

D．如果屏上条纹变窄，表明抽制的丝变细

解析　由于是激光束是越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，A对．

高考题组

1．（2013·

大纲全国·

14）下列现象中，属于光的衍射的是（　　）

A．雨后天空出现彩虹

B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹

C．海市蜃楼现象

D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹

解析　出现彩虹是大气对光的散射造成的；

海市蜃楼是光的折射与全反射现象造成的；

肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉的结果；

通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象，选项B正确．

模拟题组

2．图9是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹．下列说法正确的是（　　）

图9

A．减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小

B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大

C．将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小

D．将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大

解析　由双缝干涉条纹间距公式Δx＝

λ可知，减小双缝间的距离d，干涉条纹间的距离Δx增大，A错误；

增大双缝到屏的距离l，干涉条纹间的距离增大，B正确；

将绿光换为红光，入射光的波长增大，干涉条纹间的距离增大，C错误；

将绿光换为紫光，入射光的波长变短，干涉条纹间的距离减小，D错误．

3．某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图10所示，则他在光屏上看到的条纹是下图中的（　　）

图10

解析　因为衍射条纹与单缝平行，条纹中间宽，两边窄，故D正确．

4．下列说法正确的是（　　）

A．无影灯利用的是光的衍射原理

B．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性

C．频率不同的两列光波也能产生干涉

D．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

解析　无影灯是利用光的直线传播原理，选项A错误．两列光波产生干涉时，频率必须相同，选项C错误．在光的双缝干涉实验中，将入射光由红光改为紫光，波长变短，则条纹间距变窄，选项D错误．B项的叙述是正确的．

（限时：

30分钟）

►题组1　双缝干涉与薄膜干涉问题的理解

1．关于光的干涉，下列说法中正确的是（　　）

A．在双缝干涉现象里，相邻两亮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，相邻两个亮条纹间距将变宽

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

解析　在双缝干涉现象里，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；

由条纹间距Δx＝

λ，入射光的波长越长，相邻两个亮条纹间距越大，因此，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变窄，B错误；

两列光波产生干涉时，频率必须相同，C正确，D错误．

2.双缝干涉实验装置如图1所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹．屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹．如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是（　　）

A．O点是红光的亮条纹B．O点不是蓝光的亮条纹

C．红光的第一条亮条纹在P点的下方D．蓝光的第一条亮条纹在P点的上方

解析　O点处光程差为零，对于任何光都是振动加强点，均为亮条纹，故A对，B错；

红光的波长比绿光长，蓝光的波长比绿光短，根据Δx＝

λ可知，C错误．

3．如图2甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，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同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（　　）

①干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

②干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

③干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的

④干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的

A．①③B．①④C．②③D．②④

解析　由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故①正确，②错误．由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故③正确，④错误．正确选项为A.

4.光热转换是将太阳能转换为其他物质内能的过程，太阳能热水器如图3所示，就是一种光热转换装置，它的主要转化器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转化成水的内能．真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是（　　）

A．光的直线传播B．光的粒子性

C．光的干涉D．光的衍射

解析　真空玻璃管上的镀膜是一层增透膜，利用了光的干涉的原理，故选项C正确．

5．如图4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×

10－7m，则在这里出现的应是__________（选填“亮条纹”或“暗条纹”）．现改用波长为6.30×

10－7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________（选填“变宽”、“变窄”或“不变”）．

答案　暗条纹　变宽

解析　由于路程差Δr＝7.95×

10－7m＝1.5λ，所以P点将出现暗条纹；

由Δx＝

λ可知，由于波长变大，故条纹间距变宽．

6．在观察光的干涉现象的实验中，将两刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；

按图5所示的方法，让激光束通过自制的双缝．

（1）保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距________（选填“越大”或“越小”）；

（2）保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距________（选填“越大”或“越小”）；

（3）在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验时屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时____（选填“大”或“小”）．

（4）实验观察到光屏上呈现明暗相间的条纹，试运用波动理论对明条纹的形成加以解释．

答案　

（1）越大　

（2）越大　（3）小　（4）见解析

解析　

（1）由Δx＝

λ可知d越小，Δx越大．

（2）由Δx＝

λ可知，l越大，Δx越大．

（3）由Δx＝

λ可知，因蓝色光的波长比红色光的波长小，故用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小．

（4）同一色光透过双缝形成相干光，在光屏处相遇，有的区域光振动加强，有的区域光振动减弱，光振动加强区呈现明条纹．

►题组2　光的衍射现象

7．用单色光通过小圆盘和小圆孔分别做衍射实验，在光屏上得到衍射图形，则（　　）

A．用小圆盘时，图形中央是暗的，用小圆孔时，图形中央是亮的

B．用小圆盘时，图形中央是亮的，用小圆孔时，图形中央是暗的

C．两个图形均为中央为亮点的同心圆形条纹

D．两个图形均为中央为暗点的同心圆形条纹

8．下列说法正确的是（　　）

A．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果

B．用光导纤维传送图象信息，这是光的全反射的应用

C．无影灯利用的是光的衍射原理

D．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的高能性

9．对光现象的认识，下列说法中正确的是（　　）

A．眼睛直接观察，全息照片不能看到立体图象

B．光导纤维导光主要应用了光的干涉原理

C．光的衍射现象表明光不沿直线传播

D．绿光比红光更容易发生衍射现象

解析　光的色散现象是由光的折射引起的，光导纤维导光主要应用了光的全反射原理，光的衍射现象表明光不沿直线传播，光的偏振现象说明了光是一种横波，选项C正确．

10．

（1）肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是______现象；

露珠在太阳光照射下呈现的彩色是________现象；

通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是________现象．

（2）凡是波都具有衍射现象，而把光看作直线传播的条件是

________________________________________________________________________.

要使光产生明显的衍射，条件是________________________________________．

（3）当狭缝的宽度很小并保持一定时，分别用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别是___________________________________________________________．

答案　见解析

解析　

（1）肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象．

（2）障碍物或孔的尺寸比波长大得多时，可把光看作沿直线传播；

障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，可产生明显的衍射现象．

（3）红光的中央亮纹宽，红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹远．