浙江新高考專用版2024-2025學年高中物理第十三章光3光的干涉教案新人教版選修3-4

PAGEPAGE103光的干涉學問內容選考要求課時要求光的干涉c1.知道楊氏雙縫干涉試驗，以及該試驗對相識光的本性的意義．2．知道光的干涉條件，知道楊氏雙縫干涉試驗設計的奇妙之處．3．了解干涉條紋的特點，理解亮、暗條紋產生的條件.一、楊氏干涉試驗1．1801年，英國物理學家托馬斯·楊勝利地視察到了光的干涉現象，人們起先相識到光具有波動性．2．雙縫干涉試驗(1)試驗過程：讓一束單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，兩個光源發出的光在擋板后面的空間相互疊加發生干涉現象．(2)試驗現象：在屏上得到明暗相間的條紋．(3)試驗結論：光是一種波．二、確定條紋間距的條件1．干涉條件：兩波源的頻率、相位和振動方向都相同．2．出現明暗條紋的推斷(1)亮條紋：當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶(填“奇”或“偶”)數倍時，出現亮條紋．(2)暗條紋：當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇(填“奇”或“偶”)數倍時，出現暗條紋．1．推斷下列說法的正誤．(1)用白光做雙縫干涉試驗時屏幕各處均是彩色條紋．(×)(2)頻率不同的兩列光波也能產生干涉現象，只是不穩定．(×)(3)用兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉試驗時，從兩個狹縫到屏上的路程差是光波長的整數倍時出現亮條紋．(√)(4)用兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉試驗時，從兩個狹縫到屏上的路程差是光波長的奇數倍時出現暗條紋．(×)2．如圖1所示，在楊氏雙縫干涉試驗中，激光的波長為5.30×10－7m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10－7m．則在這里出現的應是________(填“亮條紋”或“暗條紋”)．圖1答案暗條紋一、楊氏干涉試驗如圖為雙縫干涉的示意圖，單縫發出的單色光投射到相距很近的兩條狹縫S1和S2上，狹縫就成了兩個波源，發出的光向右傳播，在后面的屏上視察光的干涉狀況．(1)兩條狹縫起什么作用？(2)在屏上形成的光的干涉圖樣有什么特點？答案(1)光線照到兩狹縫上，兩狹縫成為振動狀況完全相同的光源．(2)在屏上形成明暗相間、等間距的干涉條紋．1．楊氏雙縫干涉試驗(1)雙縫干涉的裝置示意圖試驗裝置如圖2所示，有光源、單縫、雙縫和光屏．圖2(2)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動狀況．也可用激光干脆照耀雙縫．(3)雙縫的作用：將一束光分成兩束頻率相同且振動狀況完全一樣的相干光．2．光產生干涉的條件兩束光的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同．楊氏雙縫干涉試驗是靠“一分為二”的方法獲得兩個相干光源的．3．干涉圖樣(1)單色光的干涉圖樣：干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋．(2)白光的干涉圖樣：中心條紋是白色的，兩側干涉條紋是彩色條紋．例1一束白光通過雙縫后在屏上視察到干涉條紋，除中心白色條紋外，兩側還有彩色條紋，其緣由是()A．各色光的波長不同，因而各色光分別產生的干涉條紋間距不同B．各色光的速度不同，造成條紋的間距不同C．各色光的強度不同，造成條紋的間距不同D．各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同答案A解析各色光的頻率不同、波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，疊加后得到彩色條紋．例2在雙縫干涉試驗中，以白光為光源，在屏幕上視察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光的頻率、波長均不相等，這時()A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消逝B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消逝，其他顏色的干涉條紋依舊存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上無任何光亮答案C解析分別用綠色濾光片和紅色濾光片攔住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發生干涉，因此屏上不會出現干涉條紋，但仍有光亮．[學科素養]例2回顧了雙縫干涉試驗，兩束光發生干涉的條件是兩束光的頻率相同、相位差恒定、振動狀況相同．一方面讓學生對物理規律的相識更加深刻，另一方面也讓學生進一步熟識了雙縫干涉發生的條件．這很好地體現了“物理觀念”和“科學思維”的學科素養．二、確定條紋間距的條件(1)若屏上某點是兩列光波的波峰與波峰相遇，該點的振動是加強還是減弱？若屏上某點是兩列光波的波峰與波谷相遇，該點的振動是加強還是減弱？(2)如圖所示是幾種單色光的雙縫干涉圖樣．①用不同顏色的光做干涉試驗時干涉圖樣有什么不同？②假如將屏幕遠離雙縫移動，條紋間距如何變更？③變更雙縫間的距離，條紋間距如何變更？④雙縫干涉條紋的間距與哪些因素有關？答案(1)波峰與波峰相遇，振動加強；波峰與波谷相遇，振動減弱.0(2)①紅光的條紋間距最寬，紫光的條紋間距最窄．②屏幕離雙縫越遠，條紋間距越大．③雙縫間距越大，條紋間距越小．④與光波波長、雙縫到屏的距離及雙縫間距離有關．1．兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長有關，波長越大，條紋間距越大．白光的干涉條紋的中心是白色的，兩側是彩色的，這是因為：各種色光都能形成明暗相間的條紋，都在中心條紋處形成亮條紋，從而復合成白色條紋．兩側條紋間距與各色光的波長成正比，條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋．2．亮、暗條紋的推斷如圖3所示，設屏上的一點P到雙縫的距離分別為r1和r2，路程差Δr＝r2－r1.圖3(1)若滿意路程差為波長的整數倍，即Δr＝kλ(其中k＝0,1,2,3…)，則出現亮條紋．k＝0時，PS1＝PS2，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中心亮條紋或零級亮條紋．k為亮條紋的級次．(2)若滿意路程差為半波長的奇數倍，即Δr＝eq\f(2k－1,2)λ(其中k＝1,2,3…)，則出現暗條紋．k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋起先向兩側綻開．例3在光的雙縫干涉現象里，下列描述正確的是()A．用白光做光的干涉試驗時，偏離中心亮條紋最遠的是波長較長的紅光B．用白光做光的干涉試驗時，偏離中心亮條紋最遠的是波長較短的紫光C．相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的D．在雙縫干涉現象里，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個亮條紋間距將變寬答案A解析條紋間距與光的波長成正比，在可見光中，紅光波長最長，紫光波長最短，故偏離中心亮條紋最遠的是紅光，A正確，B錯誤；雙縫干涉現象中，相鄰兩亮條紋或兩暗條紋是等間距的，故C錯誤；紅光的波長比紫光的波長大，所以換成紫光后，相鄰兩亮條紋間距將變窄，故D錯誤．例4(2024·嵊州高二檢測)如圖4所示，在雙縫干涉試驗中，若單縫S從雙縫S1、S2的中心對稱軸位置處略微向上移動，則()圖4A．不再產生干涉條紋B．仍可產生干涉條紋，其中心亮條紋P的位置不變C．仍可產生干涉條紋，其中心亮條紋P的位置略向上移D．仍可產生干涉條紋，其中心亮條紋P的位置略向下移答案D解析本試驗中單縫S的作用是形成頻率肯定的線光源，雙縫S1、S2的作用是形成相干光源，略微移動S后，沒有變更傳到雙縫的光的頻率，S1、S2射出的仍是相干光，由單縫S發出的光到達屏上P點下方某點的路程差為零，故中心亮條紋略向下移，D正確．1．(楊氏雙縫干涉試驗)在楊氏雙縫干涉試驗中，假如()A．用白光作為光源，屏上將呈現黑白相間的條紋B．用紅光作為光源，屏上將呈現紅黑相間的條紋C．若僅將入射光由紅光改為紫光，則條紋間距肯定變大D．用紅光照耀一條狹縫，用紫光照耀另一條狹縫，屏上將呈現彩色干涉條紋答案B解析用白光做楊氏雙縫干涉試驗，屏上將呈現彩色條紋，A錯；用紅光作為光源，屏上將呈現紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間的條紋，B對；若僅將入射光由紅光改為紫光，波長變小，條紋間距變小，C錯；紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，D錯．2.(確定條紋間距的條件)如圖5所示為雙縫干涉試驗中產生的條紋圖樣，甲圖為綠光進行試驗的圖樣，乙圖為換用另一種單色光進行試驗的圖樣，則以下說法中正確的是()圖5A．乙圖可能是用紅光進行試驗產生的條紋，表明紅光波長較長B．乙圖可能是用紫光進行試驗產生的條紋，表明紫光波長較長C．乙圖可能是用紫光進行試驗產生的條紋，表明紫光波長較短D．乙圖可能是用紅光進行試驗產生的條紋，表明紅光波長較短答案A解析題圖乙中條紋的間距比題圖甲大，故題圖乙中光的波長較長，即比綠光的波長長．紅光的波長比綠光長，紫光的波長比綠光短，A正確．3.(亮、暗條紋的推斷)如圖6所示，用單色光做雙縫干涉試驗，P處為其次條暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述試驗(其他條件不變，屏足夠大)，則同側其次條暗條紋的位置()圖6A．仍在P處B．在P點上方C．在P點下方D．要將屏向雙縫方向移近一些才能看到答案B解析由λ＝eq\f(c,f)知，f變小，λ變大．若出現其次條暗條紋，則P到雙縫的路程差Δr＝eq\f(3,2)λ，當λ變大時，Δr也要變大，故其次條暗條紋的位置向上移，在P點上方，B正確．4．(亮、暗條紋的推斷)(多選)雙縫干涉試驗裝置如圖7所示，雙縫間的距離為d，雙縫到像屏的距離為l，調整試驗裝置使得像屏上可以看到清楚的干涉條紋．關于干涉條紋的狀況，下列敘述正確的是()圖7A．若僅將像屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將變得不清楚B．若僅將像屏向右平移一小段距離，屏上仍有清楚的干涉條紋C．若僅將雙縫間距離減小，像屏上的兩個相鄰亮條紋間的距離變小D．若僅將雙縫間距離減小，像屏上的兩個相鄰暗條紋間的距離變大答案BD解析雙縫到像屏的距離不影響干涉條紋的清楚程度，A錯，B對；僅將雙縫間距減小，像屏上的兩個相鄰亮條紋或暗條紋間的距離變大，C錯，D對.一、選擇題考點一雙縫干涉試驗1．用兩個紅燈泡照耀白墻，在墻上看到的是()A．明暗相間的條紋 B．彩色條紋C．一片紅光 D．晃動的條紋答案C解析兩燈泡不是相干光源，故選C.2．(多選)用紅光做光的雙縫干涉試驗，假如將其中一條縫改用藍光，下列說法正確的是()A．在光屏上出現紅藍相間的干涉條紋B．只有相干光源發出的光才能在疊加時產生干涉現象，此時不產生干涉現象C．頻率不同的兩束光也能發生干涉現象，此時出現彩色條紋D．盡管亮、暗條紋都是光波相互疊加的結果，但此時紅光與藍光只疊加不產生干涉現象答案BD解析頻率相同、相位差恒定、振動方向相同是產生干涉現象的條件，紅光和藍光頻率不同，不能產生干涉現象，不會產生干涉條紋，A、C錯誤，B、D正確．3．某同學自己動手利用如圖1所示器材視察光的干涉現象，其中，A為單縫屏，B為雙縫屏，C為像屏．當他用一束陽光照耀到A上時，屏C上并沒有出現干涉條紋，他移走B后，C上出現一窄亮斑．分析試驗失敗的緣由，最大的可能性是()圖1A．單縫S太窄B．單縫S太寬C．S到S1與到S2的距離不等D．陽光不能作為光源答案B解析本試驗中，單縫S應特別窄，才可看成“志向線光源”，才能勝利地視察到干涉現象，移走B屏后，在C上出現一窄亮斑，說明單縫S太寬，故A錯誤，B正確；S到S1與到S2距離不等時，也能出現干涉條紋，但中心不肯定是亮條紋，C錯誤；太陽光可以作為光源，D錯誤．考點二確定條紋間距的條件4．(多選)用a、b兩種單色光分別照耀同一雙縫干涉裝置，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖2所示的干涉圖樣，其中圖甲是a光照耀形成的，圖乙是b光照耀形成的，則關于a、b兩束單色光，下述說法中正確的是()圖2A．a光的頻率比b光的大B．在水中a光傳播的速度比b光的大C．水對a光的折射率比b光的大D．b光的波長比a光的短答案AC解析從題圖可以看出，a光的條紋間距小，說明a光的波長小，頻率大，選項A正確，D錯誤；水對頻率低的單色光的折射率小，即水對b光的折射率小，選項C正確；折射率小的光在水中的傳播速度大，即b光在水中的傳播速度大，選項B錯誤．5．白光通過雙縫后產生的干涉條紋是彩色的，其緣由是不同色光的()A．傳播速度不同 B．強度不同C．振動方向不同 D．頻率不同答案D解析兩側條紋間距與各色光的波長成正比，不同色光的頻率不同、波長不同．這樣除中心條紋以外的其他條紋不能完全重合，便形成了彩色條紋．6．下列關于雙縫干涉試驗的說法中正確的是()A．單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源B．雙縫的作用是獲得兩個振動狀況完全相同的相干光源C．用紅光和綠光分別做雙縫干涉試驗(λ紅>λ綠)，綠光干涉圖樣的條紋間距比紅光大D．在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有發生干涉答案B解析在雙縫干涉試驗中，單縫的作用是獲得一個線光源，雙縫的作用是獲得兩個振動狀況完全相同的相干光源，故選項A錯誤，B正確．綠光波長比紅光短，所以條紋間距較小，選項C錯誤．兩列光波只要相遇就會疊加，滿意相干條件就能發生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會發生光的干涉，用光屏接收只是為了便利肉眼視察，故選項D錯誤．考點三亮、暗條紋的推斷7.瓦斯在隧道施工、煤礦采掘等方面危害極大，某同學查資料得知含有瓦斯的氣體折射率大于干凈空氣的折射率，于是他依據雙縫干涉現象設計了一個監測儀，其原理如圖3所示：在雙縫前面放置兩個完全相同的透亮容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，視察屏上的干涉條紋，就能夠監測瓦斯濃度．假如屏的正中心O點變為暗條紋，說明B中氣體()圖3A．肯定含瓦斯 B．肯定不含瓦斯C．不肯定含瓦斯 D．無法推斷答案A8．(多選)用單色光做雙縫干涉試驗時()A．屏上到雙縫的路程差等于波長整數倍處出現亮條紋B．屏上到雙縫的路程差等于半波長整數倍處，可能是亮條紋，也可能是暗條紋C．屏上的亮條紋肯定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方D．屏上的亮條紋是兩列光波的波峰與波谷相遇的地方答案AB解析在雙縫干涉試驗中，屏上到雙縫的路程差等于波長整數倍處出現亮條紋，是振動加強處，不肯定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方，也可能是波谷與波谷相遇的地方，A選項正確，C選項錯誤；屏上到雙縫的路程差等于半波長整數倍處，可能是半波長的奇數倍(暗條紋)，也可能是半波長的偶數倍(