新課改高中物理選修一同步專題講義：19 C光的干涉 提升版（學(xué)生版）

光的干涉知識點：光的干涉一、光的雙縫干涉1．光的干涉實驗最早是英國物理學(xué)家托馬斯·楊在1801年成功完成的，楊氏實驗有力地證明了光是一種波．2．雙縫干涉實驗(1)實驗過程：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(xiàn)象．(2)實驗現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋．3．出現(xiàn)明暗條紋的判斷(1)亮條紋：當(dāng)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(shù)倍時，出現(xiàn)亮條紋．(2)暗條紋：當(dāng)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(shù)倍時，出現(xiàn)暗條紋．二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系1．若設(shè)雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l，光的波長為λ，則雙縫干涉中相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為Δx＝eq\f(l,d)λ.2．用不同顏色的光進(jìn)行干涉實驗，條紋間距不同，紅光條紋間距最大、黃光條紋間距比紅光小，用藍(lán)光時更小．三、薄膜干涉1．薄膜干涉是液膜前后兩個面反射的光共同形成的．2．不同位置液膜前后兩個面的反射光的路程差不同，某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，另一些位置，兩列波相互削弱，出現(xiàn)了暗條紋．技巧點撥一、光的雙縫干涉1．雙縫干涉的裝置示意圖實驗裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏．圖2．單縫屏的作用獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況．如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏(托馬斯·楊當(dāng)時沒有激光)．3．雙縫屏的作用平行光照射到單縫S上，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同且振動情況完全一致的相干光．4．屏上某處出現(xiàn)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(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍．即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3，…)k＝0時，PS1＝PS2，此時P點位于光屏上的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(shù)倍，即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·eq\f(λ,2)(k＝1,2,3，…)k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開．5．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：中央條紋是白色的，兩側(cè)干涉條紋是彩色條紋．二、條紋間距與波長的關(guān)系1．條紋間距是指相鄰亮條紋中心或相鄰暗條紋中心間的距離．由數(shù)學(xué)知識可得條紋間距公式為Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l(wèi)為雙縫到屏的距離，d為雙縫間的距離，λ為入射光的波長．2．兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長有關(guān)，波長越大，條紋間距越大．白光的干涉條紋的中央是白色的，兩側(cè)是彩色的，這是因為：各種色光都能形成明暗相間的條紋，都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋．兩側(cè)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．三、薄膜干涉1．薄膜干涉中相干光的獲得光照射到薄膜上，在薄膜的前、后兩個面反射的光是由同一個實際的光源分解而成的，它們具有相同的頻率，恒定的相位差．2．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上時，前、后兩個面的反射光的路程差等于相應(yīng)位置膜厚度的2倍，在某些位置，兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋．3．形成明、暗條紋的條件薄膜干涉是經(jīng)薄膜前后面反射的兩束光疊加的結(jié)果．出現(xiàn)亮條紋的位置，兩束光的路程差Δr＝kλ(k＝0,1,2，3…)，出現(xiàn)暗條紋的位置，兩束光的路程差Δr＝eq\f(2k＋1,2)λ(k＝0,1,2,3…)．4．薄膜干涉的應(yīng)用(1)檢查平面平整度的原理光線經(jīng)空氣薄膜的上、下兩面的反射，得到兩束相干光，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉條紋是等間距的．如果被檢測平面某處凹下，則對應(yīng)條紋提前出現(xiàn)，如果某處凸起，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)．(2)增透膜的原理在增透膜的前、后表面反射的兩列光波形成相干波，當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時，兩光波相互削弱，反射光的能量幾乎等于零．例題精練1．（浦東新區(qū)校級期末）下列說法中正確的是（）A．電磁波和機(jī)械波的本質(zhì)是一樣的，都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象 B．只要增大入射光強(qiáng)度，就一定能發(fā)生光電效應(yīng) C．如果能發(fā)生光電效應(yīng)，只增大入射光強(qiáng)度，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目不變 D．光的干涉現(xiàn)象中，干涉亮條紋部分是光子到達(dá)幾率大的地方2．（順義區(qū)校級月考）下列說法錯誤的是（）A．雨后的彩虹是光的衍射現(xiàn)象引起的 B．肥皂膜在陽光的照射下呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象 C．交通信號燈選用紅燈的一個重要原因是因為紅光更容易穿透云霧煙塵 D．液晶顯示應(yīng)用了光的偏振隨堂練習(xí)1．（遼寧月考）如圖所示，把一平凸透鏡置于一平板玻璃上方，如果用平行單色光垂直地照射到平凸透鏡上，順著平行光入射的方向觀測可看到透鏡中央出現(xiàn)明暗相間平行單色光的條紋，這種現(xiàn)象最早是牛頓發(fā)現(xiàn)的，因此稱為牛頓環(huán)。以下說法正確的是（）A．牛頓環(huán)的出現(xiàn)是光的衍射現(xiàn)象 B．牛頓環(huán)是明暗相間的半徑均勻增大的同心圓條紋 C．若改用頻率更高的單色光照射，同一級圓環(huán)的半徑變大 D．若在透鏡AB面施加向下的壓力，則可看到同心圓向外擴(kuò)展2．（浦口區(qū)期中）1801年，托馬斯?楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)。1834年，洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果，稱洛埃鏡實驗。實驗的基本裝置如圖所示，S為單色光源，平面鏡水平放置，S發(fā)出的光直接照在光屏上，從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的。某同學(xué)將一紅色線狀光源S垂直紙面放置，則（）A．光屏上出現(xiàn)與平面鏡平行的明暗相間的條紋 B．若將光源換為藍(lán)色光，相鄰條紋間距變大 C．將光源沿豎直方向靠近平面鏡，相鄰條紋間距減小 D．將光屏沿水平方向遠(yuǎn)離平面鏡，相鄰條紋間距減小3．（雨花臺區(qū)校級月考）利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度如圖（a）所示，現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)樣板M和待測工件間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射，可觀察到如圖（b）所示的干涉條紋，條紋的彎曲處P和Q對應(yīng)于A和B處，下列判斷中正確的是（）A．干涉條紋分別由M、N兩板上表面的反射光疊加而產(chǎn)生 B．N板上表面的A處向下凹下 C．M板的下表面的B處向上凸起 D．同一條紋上的c、d點對應(yīng)處的空氣薄膜厚度不相等4．（天津模擬）如圖所示分別是a光、b光各自通過同一單縫衍射儀器形成的圖樣（灰黑色部分表示亮紋，保持縫到屏距離不變），則下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的光子能量比b光的小 B．在真空中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度 C．通過同一裝置做雙干涉實驗，a光產(chǎn)生的條紋間距比b光的小 D．a(chǎn)、b光由同一介質(zhì)射入空氣，均發(fā)生全反射，a光的臨界角比b光小綜合練習(xí)一．選擇題（共15小題）1．（徐匯區(qū)校級月考）光學(xué)鏡頭上常常會涂一層針對某一頻率光線的增透膜，以使透射的光能增強(qiáng)、反射光能減弱。則增透膜可能主要是利用了光的（）A．干涉現(xiàn)象 B．衍射現(xiàn)象 C．折射現(xiàn)象 D．反射現(xiàn)象2．（泉山區(qū)校級模擬）如圖所示，a、b兩束單色光先后以相同的入射角從同一點射入一平行玻璃磚，其中a光從P點射出，b光從Q點射出。則下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光在玻璃磚中的傳播速度更大 B．a(chǎn)光的波長較大 C．a(chǎn)、b兩束單色光經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后，a光產(chǎn)生的相鄰兩個亮條紋的中心間距較小 D．a(chǎn)、b兩束單色光經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后，b光產(chǎn)生的相鄰兩個亮條紋的中心間距較小3．（松江區(qū)二模）如圖，a、b分別為兩束波長λa、λb的單色光經(jīng)過同一實驗裝置得到的圖樣，則（）A．a(chǎn)、b為干涉圖樣，λa＞λb B．a(chǎn)、b為干涉圖樣，λa＜λb C．a(chǎn)、b為衍射圖樣，λa＞λb D．a(chǎn)、b為衍射圖樣，λa＜λb4．（嘉定區(qū)二模）雙縫干涉中如果光源是白光，則干涉圖樣是彩色條紋，中央為（）A．白色 B．紅色 C．紫色 D．彩色5．（奉賢區(qū)二模）利用發(fā)波水槽得到的水面波形，如圖甲和乙。由此可知（）A．甲和乙都是衍射圖樣 B．甲和乙都是干涉圖樣 C．甲是衍射圖樣，乙是干涉圖樣 D．甲是干涉圖樣，乙是衍射圖樣6．（濱州一模）在雙縫干涉實驗中，用波長為720nm紅光照射雙縫，在距雙縫1.00m的屏上形成干涉圖樣，測得第1條到第5條亮條紋中心間的距離為12.0mm，則雙縫的間距為（）A．3.00×10﹣7m B．3.00×10﹣4m C．2.40×10﹣4m D．2.40×10﹣3m7．（奉賢區(qū)二模）雙縫干涉實驗時，用黃光作為入射光照射雙縫，在光屏上出現(xiàn)干涉圖樣。改用藍(lán)光再次進(jìn)行實驗，看到的圖樣（）A．條紋變寬，間距均勻 B．條紋變寬，間距不均勻 C．條紋變窄，間距均勻 D．條紋變窄，間距不均勻8．（東城區(qū)一模）下列現(xiàn)象中屬于光的干涉的是（）A．陽光照亮水中的魚和水草 B．通過水面看到烈日的倒影 C．雨后，在湖面上方看到彩虹 D．觀察到水面上飄著彩色的油膜9．（江蘇一模）利用微距相機(jī)可以拍攝到形狀各異的雪花圖像（圖甲），其中有一種“彩虹”雪花，中間部分有一個夾有空氣的薄冰層，呈彩色花紋（圖乙），這是由于（）A．光的干涉 B．光的衍射 C．光的偏振 D．小孔成像10．（楊浦區(qū)二模）如圖為雙縫干涉的實驗示意圖（）A．雙縫干涉中也存在光的衍射現(xiàn)象 B．雙縫的間隙越大，條紋的間距越大 C．中心處的明條紋寬度比兩側(cè)的明條紋寬度大 D．同樣條件下，紫光產(chǎn)生的條紋間距大于紅光產(chǎn)生的條紋間距11．（寧波模擬）下列關(guān)于光的現(xiàn)象和解釋說法正確的是（）A．水面上的油膜在太陽光照射下呈現(xiàn)彩色，是光的衍射現(xiàn)象 B．惠更斯原理可以解釋光的反射現(xiàn)象，但不能解釋折射現(xiàn)象 C．兩個完全相同的小燈泡發(fā)出的光相遇時會發(fā)生干涉 D．在楊氏雙縫實驗中，如果僅把紅光改成綠光，則條紋間距將減小12．（豐臺區(qū)一模）利用雙縫干涉裝置測紅光波長時，得到紅光的干涉圖樣；僅將紅光換成藍(lán)光，得到另一干涉圖樣。兩圖樣如圖所示，下列說法正確的是（）A．圖甲為紅光干涉圖樣 B．將光屏遠(yuǎn)離雙縫，干涉條紋間距減小 C．紅光比藍(lán)光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 D．若藍(lán)光照射某金屬時能發(fā)生光電效應(yīng)，改用紅光照射也一定能發(fā)生光電效應(yīng)13．（鼓樓區(qū)校級月考）下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象說法正確的是（）A．甲中荷葉上的露珠顯得特別“明亮”是由于水珠將光線會聚而形成的 B．乙中將雙縫干涉實驗中的雙縫間距調(diào)小，則干涉條紋間距變小 C．丙中用加有偏振濾光片的相機(jī)拍照，可以拍攝清楚汽車內(nèi)部的情景 D．丁中肥皂膜在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象14．（德州一模）以下哪種屬于白光的干涉圖樣（）A．水面上漂浮的油在陽光的照射下呈現(xiàn)的彩色條紋 B．白光通過三棱鏡后在屏上呈現(xiàn)的彩色條紋 C．白光通過一條狹縫后在屏上呈現(xiàn)的彩色條紋 D．雨后空中出現(xiàn)的彩虹15．（昆山市校級模擬）在公園噴泉池中，水中同深處有兩個發(fā)出不同顏色的點光源P、Q，在水面上看到P光照亮的水面區(qū)域大于Q光，以下說法正確的是（）A．P光的波長小于Q光 B．P光在水中的傳播速度小于Q光 C．Q光的頻率比P光的大 D．讓P光和Q光通過同一單縫衍射裝置，P光的中間亮條紋寬度小于Q光二．多選題（共15小題）16．（浙江）肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是（）A．過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形 B．肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋 C．肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化 D．將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90°，條紋也會跟著轉(zhuǎn)動90°17．（濱州一模）如圖甲所示，在盛有水的盆里傾斜放置一平面鏡，調(diào)整鏡子的角度，讓一束太陽光照射到鏡面上，并反射到天花板上，會觀察到彩色的光帶，示意圖如圖乙所示。以下說法正確的是（）A．彩色的光帶最左邊是紫色 B．彩色的光帶最左邊是紅色 C．彩色的光帶是光的干涉產(chǎn)生的 D．彩色的光帶是光的折射產(chǎn)生的18．（南昌縣模擬）如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平薄凸透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是（）A．干涉條紋是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 B．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化造成的 C．若平薄凸透鏡的圓弧面半徑增大，圓環(huán)狀干涉條紋的間距將變大 D．紅光的圓環(huán)狀干涉條紋的間距小于綠光的圓環(huán)狀干涉條紋間距 E．不論用何種單色光入射，牛頓環(huán)的中央都是亮斑19．（浙江模擬）2020年12月3日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布構(gòu)建了76個光子、100個模式的量子計算原型機(jī)“九章”，實現(xiàn)了具有實用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。下列關(guān)于光的說法中正確的有（）A．全息照片的拍攝利用了光的干涉原理 B．彩虹是由光照到空氣中的小水珠后發(fā)生衍射形成的 C．構(gòu)建“九章”原型機(jī)必須能同時準(zhǔn)確地知道光子的位置和動量 D．光子的能量越高，則光子的頻率越高，動量也越大20．（五華區(qū)校級模擬）以下說法正確的有（）A．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在 B．光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波 C．機(jī)械波的頻率越高，在介質(zhì)中的傳播速度越大 D．在太陽光照射下，水面上的油膜出現(xiàn)彩色花紋是因為光的反射 E．用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象21．（吉安模擬）下列說法正確的是（）A．由v＝λf可知機(jī)械波的傳播速率由波長和頻率共同決定 B．機(jī)械波在經(jīng)過不同介質(zhì)的界面時會發(fā)生反射和折射 C．“彩超”利用多普勒效應(yīng)比較反射波相對入射波頻率的變化可測出人體血液流動的速度 D．在雙縫干涉實驗中，雙縫間距和雙縫到光屏距離一定時，干涉條紋間距與波長成正比 E．太陽光下的油膜呈彩色是太陽白光經(jīng)油膜發(fā)生的色散22．（淄博期末）如圖所示，在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，下列說法正確的是（）A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，應(yīng)放上單縫和雙縫 B．測量某條干涉亮紋位置時，應(yīng)使測微目鏡分劃中心刻線與該亮紋的中心對齊 C．為了減少測量誤差，可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距△x＝ D．屏上的干涉條紋與雙縫垂直23．（中衛(wèi)模擬）a、b兩種單色光組成的光束從玻璃進(jìn)入空氣時，其折射光束如圖所示．則關(guān)于a、b兩束光的說法正確的是（）A．玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率 B．增大入射角時，a光首先發(fā)生全反射 C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率 D．在真空中a光的波長大于b光的波長 E．分別用這兩束光照射雙縫干涉實驗裝置，在縫受屏上都能出現(xiàn)干涉條紋，a光的相鄰條紋間距大于b光24．（興慶區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（）A．頻率越高，振蕩電路向外輻射電磁波的本領(lǐng)越大 B．高級照相機(jī)鏡頭在陽光下呈現(xiàn)淡紫色是光的偏振現(xiàn)象 C．玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的干涉現(xiàn)象 D．a(chǎn)、b兩束光分布照射同一雙縫干涉裝置，在屏上得到的干涉圖樣中，a光的相鄰亮條紋間距比b光小，由此可知，在同種玻璃中b光傳播速度比a光大 E．讓黃光、藍(lán)光分別以相同角度斜射向同一平行玻璃磚，光從對側(cè)射出時，兩種光的偏轉(zhuǎn)角都為零，但藍(lán)光的側(cè)移量更大25．（海淀區(qū)校級月考）如圖所示是一豎直的肥皂液薄膜的橫截面，關(guān)于豎直的肥皂薄膜上產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象，下列陳述正確的是（）A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光線在薄膜前后兩表面反射形成的兩列光波的疊加 B．干涉條紋的暗紋是由于上述兩列反射波的波谷與波谷的疊加線 C．用綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射時小 D．薄膜的干涉條紋基本上是豎直的26．（海安市校級月考）一個半徑較大的透明玻璃球體，截取其下面的一部分，然后將這一部分放到標(biāo)準(zhǔn)的水平面上，現(xiàn)讓單色光豎直射向截面，如圖所示，在反射光中看到的是（）A．平行的明暗相間的直干涉條紋 B．環(huán)形的明暗相間的干涉條紋 C．環(huán)形明暗相間條紋從中心向外越來越密 D．只能看到同顏色的平行反射光27．（遼寧二模）下列說法正確的是（）A．只有橫波才能產(chǎn)生干涉，衍射現(xiàn)象 B．均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場向外傳播就形成了電磁波 C．泊松亮斑支持了光的波動說，牛頓環(huán)是光的干涉產(chǎn)生的 D．由紅光和綠光組成的一細(xì)光束從水中射向空氣，在不斷增大入射角時水面上首先消失的是綠光 E．用同一實驗裝置觀察雙縫干涉現(xiàn)象，光的波長越大，光的雙縫干涉條紋間距就越大28．（孝南區(qū)校級月考）下列說法中正確的是（）A．如圖是一束復(fù)色光進(jìn)入水珠后傳播的示意圖，其中a束光在水珠中傳播的速度一定大于b束光在水珠中傳播的速度 B．如圖是一束單色光進(jìn)入平行玻璃磚后傳播的示意圖，當(dāng)入射角i逐漸增大到某一值后不會再有光線從bb′面射出 C．如圖是雙縫干涉示意圖，若只減小屏到擋板間的距離L，兩相鄰亮條紋間距離將減小 D．如圖是用干涉法檢測工件表面平整程度時得到的干涉圖樣，彎曲的干涉條紋說明被檢測的平面在此處是凸起的29．（京口區(qū)校級月考）關(guān)于下列圖的說法正確的是（）A．很大的中間有小圓孔的不透明擋板的衍射圖樣 B．豎直肥皂膜上觀察到的干涉圖樣 C．利用薄膜干涉檢查樣品的平整度 D．由圖可知當(dāng)驅(qū)動力的頻率f跟固有頻率f0相差越大，振幅越大30．（丹東模擬）下列說