人教版選修34 光的干涉 第1課時 學案 (1).docx

光的干涉實驗：用雙縫干涉測量光的波長目標定位1.知道光的干涉現象，知道光是一種波.2.理解相干光源和產生干涉現象的條件.3.理解明暗條紋的成因及出現明暗條紋的條件.4.了解雙縫干涉測量光的波長的實驗原理，能夠利用雙縫干涉實驗測量單色光的波長一、楊氏干涉實驗11801年，英國物理學家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現象2讓一束單色光投射到一個有兩條狹縫s1和s2的擋板上，狹縫s1和s2相距很近，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這兩個波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加，發(fā)生干涉現象，擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋這種現象證明光是一種波二、出現明、暗條紋的條件當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數倍時(即恰好等于波長的整數倍時)，兩列光在這點相互加強，這里出現亮條紋；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數倍時，兩列光在這點相互削弱，這里出現暗條紋三、實驗：用雙縫干涉測量光的波長1實驗原理：相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是x，根據這個公式，可以測出波長2觀察雙縫干涉圖樣時注意使單縫與雙縫相互平行，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上3測定單色光的波長在x中，雙縫間的距離d是已知的，雙縫到屏的距離l可以用米尺測出，相鄰兩條亮條紋間的距離x需用測量頭測出想一想實驗中為什么不直接測出相鄰兩條亮條紋間的距離x，而要測出n個亮條紋間的距離，再求平均值？答案由于光的波長很小，實驗中條紋寬度很小，直接測出一條條紋的寬度不準確或較難實現，只能先測出n個條紋間距，再求相鄰亮條紋間的距離，這樣既便于測量，又可以減小誤差.一、楊氏雙縫干涉實驗1雙縫干涉的裝置示意圖圖1331實驗裝置如圖1331所示，有光源、單縫、雙縫和光屏(1)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況也可用激光直接照射雙縫(2)雙縫的作用：這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光2產生干涉的條件：兩列光的頻率相同、相位相同、振動方向相同本實驗中是靠“一分為二”的方法獲得兩個相干光源的3干涉圖樣(1)若用單色光作光源，則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋(2)若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中間條紋是白色的4實驗結論：證明光是一種波【例1】在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀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失b紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在c任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮d屏上無任何光亮解析兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現干涉條紋，但仍有光亮答案c借題發(fā)揮明確兩列光波發(fā)生干涉的條件，知道不同色光的頻率不同，是對此類問題做出正確判斷的關鍵，該知識點必須記住. 二、屏上某處出現亮、暗條紋的條件1亮條紋的條件：屏上某點p到兩條縫s1和s2的路程差正好是波長的整數倍或半波長的偶數倍即：|ps1ps2|k2k(k0,1,2,3，)k0時，ps1ps2，此時p點位于屏上的o處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋k為亮條紋的級次2暗條紋的條件：屏上某點p到兩條縫s1和s2的路程差正好是半波長的奇數倍即：|ps1ps2|(2k1)(k1,2,3，)k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側展開【例2】如圖圖13321332所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600 nm的橙色光源照射單縫s，在光屏中央p處觀察到亮條紋，在位于p點上方的p1點出現第一條亮條紋中心(即p1到s1、s2的光程差為一個波長)，現換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則()ap和p1仍為亮點 bp為亮點，p1為暗點cp為暗點，p1為亮點 dp、p1均為暗點解析從單縫s射出的光波被s1、s2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央p點到s1、s2距離相等，即分別由s1、s2射出的光到p點的路程差為零，因此是亮條紋中心，因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，p點都是中央亮條紋中心而分別由s1、s2射出的光到p1點的路程差剛好是橙光的一個波長，即|p1s1p1s2|600 nm橙，則兩列光波到達p1點振動情況完全一致，振動得到加強，因此，出現亮條紋當換用波長為400 nm的紫光時，|p1s1p1s2|600 nm紫，則兩列光波到達p1點時振動情況完全相反，即分別由s1、s2射出的光到達p1點時相互削弱，因此，在p1點出現暗條紋綜上所述，選項b正確答案b借題發(fā)揮判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值，要記住光程差等于波長整數倍處出現亮條紋，等于半波長奇數倍處為暗條紋，還要注意這一結論成立的條件是：兩個光源情況完全相同針對訓練如圖1333所示，圖1333用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的p點出現第3條暗條紋，已知光速為c，則p到雙縫s1、s2的距離之差|r1r2|應為()a. b. c. d.解析出現暗條紋，說明s1、s2到p點距離之差為(2n1)而，所以|r1r2|，因而d是正確的答案d三、用雙縫干涉測光的波長1實驗原理：(1)光源發(fā)出的光經濾光片成為單色光，單色光通過單縫后相當于線光源，經雙縫產生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋(2)若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮紋間的距離用x表示，則入射光的波長為.實驗中d是已知的，測出l、x即可測出光的波長.2實驗步驟(1)按如圖1334所示安裝儀器圖1334(2)將光源中心、單縫中心、雙縫中心調節(jié)在遮光筒的中心軸線上(3)使光源發(fā)光，在光源和單縫之間加紅(綠)色濾光片，讓通過后的條形光斑恰好落在雙縫上，通過遮光筒上的測量頭，仔細調節(jié)目鏡，觀察單色光的干涉條紋；撤去濾光片，觀察白光的干涉條紋(彩色條紋)(4)加裝濾光片，通過目鏡觀察單色光的干涉條紋，同時調節(jié)手輪，分劃板的中心刻線對齊某一條紋的中心，記下手輪的讀數，然后繼續(xù)轉動使分劃板移動，直到分劃板的中心刻線對齊另一條紋中心，記下此時手輪讀數和移過分劃板中心刻度線的條紋數n.(5)將兩次手輪的讀數相減，求出n個亮條紋間的距離a，利用公式xa/(n1)，算出條紋間距，然后利用公式x，求出此單色光的波長(d、l儀器中都已給出)(6)換用另一濾光片，重復步驟(3)、(4)，并求出相應的波長3注意事項(1)單縫、雙縫應相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心軸線上，雙縫到單縫的距離應相等(2)測雙縫到屏的距離l用毫米刻度尺測多次取平均值(3)測條紋間距x時，采用累積法，即用測量頭測出n條亮條紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮條紋間的距離x.【例3】現有毛玻璃屏a、雙縫b、白光光源c、單縫d和透紅光的濾光片e等光學元件，要把它們放在圖1335所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長(1)將白光光源c放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為c、_、a.圖1335(2)本實驗的步驟有：取下遮光筒左側的元件，調節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；用米尺測量雙縫到屏的距離；用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮紋間的距離在操作步驟時還應注意_(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數如圖1336甲所示然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖1336乙中手輪上的示數_ mm，求得相鄰亮紋的間距x為_ mm.圖1336(4)已知雙縫間距d為2.0104 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計算式_，求得所測紅光波長為_ nm.解析(1)濾光片e是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏所以排列順序為：c、e、d、b、a.(2)在操作步驟時應注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上(3)螺旋測微器的讀數應該：先讀整數刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度，圖乙讀數為13.870 mm，圖甲讀數為2.320 mm，所以相鄰條紋間距x mm2.310 mm.(4)由條紋間距離公式x得：，代入數值得：6.6107 m6.6102 nm.答案(1)e、d、b(2)放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上(3)13.8702.310(4)6.6102楊氏雙縫干涉實驗1用兩個紅燈泡照射白墻，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晃動的條紋解析兩燈泡不是相干光源故現象為c.答案c明、暗條紋的判斷2在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上p點的距離之差為0.6 m，若分別用頻率為f15.01014 hz和f27.51014 hz的單色光垂直照射雙縫，則p點出現明、暗條紋的情況是()a用單色光f1和f2分別照射時，均出現明條紋b用單色光f1和f2分別照射時，均出現暗條紋c用單色光f1照射時出現明條紋，單色光f2照射時出現暗條紋d用單色光f1照射時出現暗條紋，單色光f2照射時出現明條紋解析單色光f1的波長：1 m0.6106 m0.6 m.單色光f2的波長：2 m0.4106 m0.4 m.因p點到雙縫的距離之差x0.6 m1，所以用單色光f1照射時p處出現亮紋x0.6 m2，所以用單色光f2照射時p處出現暗紋，故選項c正確答案c3.圖1337如圖1337所示，用單色光做雙縫干涉實驗，p處為第二暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實驗(其他條件不變)時，則同側第二暗條紋的位置()a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解析由知f變小，變大若出現第二條暗條紋，則p到雙縫的光程差r，當變大時，r也要變大，故第二條暗條紋的位置向上移，在p點上方，b正確答案b用雙縫干涉測光的波長4在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，若已知雙縫間的距離d.(1)若測定綠光的波長，應選用_色的濾光片實驗時需要測定的物理量有_和_(2)已知雙縫到光屏之間的距離l500 mm，雙縫之間的距離d0.50 mm，單縫到雙縫之間的距離s100 mm，某同學在用測量頭測量時，調整手輪，在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準a條亮紋的中心，然后他繼續(xù)轉動，使分劃板中心刻線對準b條亮紋的中心，前后兩次游標卡尺的讀數如圖1338所示則入射光的波長_ m(結果保留兩位有效數字)圖1338(3)實驗中發(fā)現條紋太密，難以測量，可以采用的改善辦法有_a改用波長較長的光(如紅光)作為入射光b增大雙縫到屏的距離c增大雙縫到單縫的距離d增大雙縫間距解析(1)由于測量綠光的波長，因此應用綠色濾光片由x可知要想測必須測定雙縫到屏的距離l和條紋間距x.(2)游標卡尺讀數精確度為0.1 mm，a位置主尺讀數為11 mm，游標尺讀數為1，讀數為x111 mm10.1 mm11.1 mm，同理b位置讀數為x215.6 mm，則條紋間距x0.64 mm.利用x6.4107 m.(3)由x可知，要增大條紋間距，可用波長更長的入射光或增大雙縫到屏的距離，故選項ab正確答案(1)綠雙縫到屏的距離相鄰條紋間距(2)6.4107(3)ab題組一雙縫干涉現象及干涉圖樣1下列關于雙縫干涉實驗的說法中，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情況相同的相干光源c光屏上相距兩縫的路程差等于半波長的整數倍處出現暗條紋d照射單縫的單色光的頻率越高，光屏上出現的條紋寬度越寬解析單縫的作用是產生一個線光源，兩個頻率相同的光源稱為相干光源，選項a錯誤；雙縫的作用是產生兩個頻率相同、振動情況相同的相干光源，選項b正確；路程差等于半波長奇數倍處出現暗條紋，選項c錯誤；頻率越高，波長越短，條紋寬度越窄，選項d錯誤答案b2在楊氏雙縫干涉實驗中，如果()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，則條紋間距一定變大d用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋解析用白光做楊氏雙縫干涉實驗，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，b對；變小，x變小，c錯；紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，d錯選b.答案b3用a、b兩種單色光分別照射同一雙縫干涉裝置，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖1339所示的干涉圖樣，其中圖甲是a光照射形成的，圖乙是b光照射形成的，則關于a、b兩束單色光，下述說法中正確的是()圖1339aa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光大db光的波長比a光的短解析從圖中可以看出，a光的條紋間距小，說明a光的波長小，頻率大，選項d錯誤，選項a正確；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錯誤答案ac4一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側還有彩色條紋，其原因是()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，各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋答案a題組二明暗條紋的條件5用單色光做雙縫干涉實驗時()a屏上到雙縫的路(光)程差等于波長整數倍處出現明條紋b屏上到雙縫的路(光)程差等于半波長整數倍處，可能是明條紋，也可能是暗條紋c屏上的明條紋一定是兩列光波的波峰與波峰相遇的地方d屏上的明條紋是兩列光波的波峰與波谷相遇的地方解析在雙縫干涉實驗中，屏上到雙縫的路(光)程差等于波長整數倍處出現明條紋，則可能是兩列光波的波峰與波峰或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(光)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(明條紋)，b選項正確；兩列光波的波峰與波谷相遇的地方，應是暗條紋，d選項錯誤答案ab圖133106如圖13310所示，在雙縫干涉實驗中，若單縫s從雙縫s1、s2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，則()a不再產生干涉條紋b仍可產生干涉條紋，其中央亮條紋p的位置不變c仍可產生干涉條紋，其中央亮條紋p的位置略向上移d仍可產生干涉條紋，其中央亮條紋p的位置略向下移解析本實驗中單縫s的作用是形成頻率一定的線光源，雙縫s1、s2的作用是形成相干光源，稍微移動s后，沒有改變傳到雙縫的光的頻率，因此s1、s2射出的仍是相干光，則單縫s發(fā)出的光到達屏上p點下方某點的光程差為零，故中央亮紋下移答案d7.圖13311雙縫干涉實驗裝置如圖13311所示，綠光通過單縫s后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫s1和s2與單縫s的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋屏上o點距雙縫s1和s2的距離相等，p點是距o點最近的第一條亮條紋，如果將入射的單色光換成紅光或藍光，已知紅光波長大于綠光波長，綠光波長大于藍光波長，則下列說法正確的是()ao點是紅光的亮條紋b紅光的第一條亮條紋在p點的上方co點不是藍光的亮條紋d藍光的第一條亮條紋在p點的上方解析由于o點到雙縫的光程差為零，所以為各種色光的亮條紋，a正確；p點由于是綠光的第一條亮條紋，紅光的波長大于綠光的波長，紅光的條紋間距大于綠光的條紋間距，因此b也正確故正確答案為a.答案ab8如圖圖1331213312所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30107 m，屏上p點距雙縫s1和s2的路程差為7.95107 m，則在這里出現的應是_(選填“亮條紋”或“暗條紋”)，現改用波長為6.30107 m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將_(選填“變寬”、“變窄”或“不變”)解析p點距離兩縫的距離之差是波長的1.5倍，是半波長的奇數倍，所以出現暗條紋由于條紋間距x(d為兩條狹縫間的距離，l為擋板與屏間距離)波長變長，條紋間距變寬答案暗條紋變寬題組三利用雙縫干涉測光的波長9(2014江蘇單科，12b(1)某同學用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如(甲)圖所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如(乙) 圖所示他改變的實驗條件可能是_圖13313a減小光源到單縫的距離b減小雙縫之間的距離c減小雙縫到光屏之間的距離d換用頻率更高的單色光源解析改變條件后亮條紋之間的間距變大，由公式x可知，要使x增大，可增大雙縫到光屏之間的距離l，c錯誤；減小雙縫之間的距離d，b對；換用波長更長，即頻率更低的單色光，d錯；改變光源到單縫的距離不會改變x，a錯答案b10某同學在做雙縫干涉實驗時，按裝置圖安裝好實驗裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是由于()a光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致，相差較大b沒有安裝濾光片c單縫與雙縫不平行d光源發(fā)出的光束太強解析安裝實驗器材時要注意：光束的中央軸線與遮光筒的軸線要重合，光源與光屏正面相對，濾光片、單縫和雙縫要在同一高度，中心位置在遮光筒軸線上，單縫與雙縫要相互平行，才能使實驗成功當然還要使光源發(fā)出的光束不致太暗綜上所述，可知選項a、c正確答案ac11某次實驗中，測得第一級明條紋和第三級明條紋相距4.0102 m，若雙縫片間距為0.1 mm，縫到屏的距離為l4.0 m，則光波的波長為()a8.0108 m b5.0107 mc1.5108 m d1.01