第4章 第3节 光的干涉-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

参考答采与解析么线 、459 宁入，由题图知△=2△则d=d,故选R] 830 30°1 1由题意知P到双缝的路程差一8-双。 满足波长的整数倍，在P点形成亮条纹。 而此时出射光线恰好消失，侧说明发生全反射，有 sinC=⊥ 当单色光被长=0.6m一淡8二=受， 满足半波长的奇数倍，在P点形成暗条纹， 解得C=45. 由几何关系可知0+30°=C 在0~号起范围内，起和号：满足半波长的奇数 即玻璃砖上下表面的夹角=15° 倍，此时在中央亮条纹和P点之间有两条暗条纹 第3节光的干涉 第4节实验：用双缝干涉测量光的波长 1.C2.AB3.D4.A 1.B[由△-各可知：诚小双缝之间的距离，增大双缝 5.BC[由题图甲可知，空气薄膜厚度从左向右依次增 到光屏的距离，换用波长更长的单色光，即换用频率更 大，又因为同一条亮（暗）条纹上各处空气薄膜厚度相 低的单色光，都可以增加条纹宽度，B正确.] 同，由题图乙可知被检查平面发生弯曲的P处的空气 厚度本应该比同一条纹上其他位置的空气厚度小，面 2D[相邻明纹间距△一台以不变d减小，dr增大] 实际上厚度一样，故A处存在凹陷，同理可知B处存 3.A[A、B,C三点到S、S的路程差为0，故是加强区.] 在凸起.故BC正确.] 4.AB[滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的 6D[由题中条件可知一n=号，又因为=千，则 作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干 可知D正确.] 光源，其排列顺序合理，故A正确：将滤光片由紫色换 7.C[一束白光射到肥皂薄膜上，经前后两个面反射回 成红色，波长入变长，根据双缝干涉条纹的间距公式 来的光相互叠加，产生于涉现象，所以从左侧向右看可 △r=入知，条纹间距△r增大，故B正确：将单缝向 看到彩色条纹：因为薄膜同一水平线上的厚度相同，所 以彩色条纹是水平排列的.故选BC 双缝移动一小段距离后，由4=宁入可知，4与此距 8D[出现最亮时，是B下表面反射光与A上表面反射 离无关，故干涉条纹间距不变，故C错误：测量过程中， 光发生干涉，叠加后加强，故AB错误：温度从1升到 把5个条纹间距数成6个，导致△x变小，则波长测量 2的过程中，亮度由最亮又变到下一次最亮，当路程差 值偏小.故D错误.] (即薄膜厚度的2倍)等于半波长的偶数倍时，出现明 5.(1)C.(2)D.(3)C.(4)C,[(1)光源由红光换 条纹，可知路程差减小入，则A的高度增加号，放C错 成紫光时，λ变小，根据公式△x= A可知，相应△x也 误，D正确.] 变小，故选C,(2)双缝距离d减小时，△r变大，故选D, 9.A[由题可知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当 (3)双缝到屏的距离（变小，得到的图样的△变小，故 温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形 选C.(4)将装置从空气中移入水中时，波长A减小，△7 空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动， 也减小，故选C.] 则条纹向左移动，故A正确.门 6.AD[根据光路可逆的原理和折射定律知a光的折射 10.B[根据双缝干涉的条纹间距与波长的关系有△x= 率比b光的大，即m>.由光束在玻璃砖中的传播速 33重避手细高中物理选择性必修第一册划 第3节 光的干涉 重点和难点 课标要求 重点：通过观察干涉现象，认识干涉条纹的特点 1.知道光的千涉现象和产生千涉现象的条件， 难点：通过阅读教材，理解千涉现的成因及明暗条纹 2.理解产生明暗条纹的条件，理解条纹间距与 的特点，知道相干光源的概念和产生干涉现象的 波长的关系 条件 3.理解薄膜干涉及其应用. 01些备知识梳理一。 盆础梳理 知识点1光的双缝干涉 1.光的千涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年 自敲黑板 成功完成的，杨氏双缝干涉实验有力地证明了光是一种波。 1.光的千涉现象证明光 2.双缝干涉实验 单缝双缝 光屏 县有波动性。 (1)实验过程：如图所示，让一束 2.光的千涉条件：两列光 单色光投射到一个有两条狭缝S,和 波的光源频率相同，振动方向 S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭 相同且相位差恒定. 3.能发生千涉的两列波 缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两 称为相千波，两个光源称为相 个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉现象。 干光源，相干光源可由同一来 (2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹. 光分成两列而获得，称为分 3.出现明暗条纹的判断 光法 (1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S,和S2的路程差 正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即PS,一PS2|=,= 2k…k=01.23…). k=0时，PS,=PS2,此时P点位于光屏上的O处，为亮条 纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次. (2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S,和S:的路程差 正好是半波长的奇数倍，即PS,一PS=(2k-1)·今(=1,2， 3,… k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开. 4.干涉图样 (1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹 196 第四章 光 (2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧的干涉条纹是 彩色的。 知识息2干涉条纹和光的波长之间的关系 1.条纹间距是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离。 目敲黑板 由数学知识可得条纹间距公式为△x一入，其中1为双缝到 两侧条纹间距与各色光 的波长成正比，即七种颜色的 屏的距离，d为双缝间的距离，入为人射光的波长， 可见光做双缝干涉实验，红光 2.两相邻亮条纹（或暗条纹）间距离与光的波长有关，波长越 波长最大，亮条纹间距宽度最 大，条纹间距越大。 大：紫光波长最小，亮条纹间距 白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为 宽度最小 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.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， 知识点3薄膜干涉 L.薄膜干涉中相干光的获得 冒敲黑板 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 L.由于薄膜千涉是经薄 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。 膜前后表面反射的两束光叠 2.薄膜干涉的原理 加而形成的，所以观察时眼睛 光照射在厚度不同的薄膜上时，前后两个面的反射光的路程 与光源应在膜的同一侧。 2.在光的薄膜千涉中，前 差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互 后表面反射光的路程差由膜 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 的厚度决定，所以薄膜干涉中 现暗条纹 同一亮条纹或同一暗条纹应 3.形成明暗条纹的条件 出现在厚度相同的地方，因此 薄膜干涉是经薄膜前后面反射的两束光叠加的结果.出现亮 又叫等厚干涉，每一条纹都是 条纹的位置时，两束光的路程差△r=k入(k=0,1,2,3,),出现暗 水平的. 条纹的位置时，两束光的路程差△2生以(=01.2,3…。 3.用单色光照射得到明 暗相间的条纹，用白光照射得 4.薄膜干涉的应用 到彩色条纹 (1)检查平面平整度的原理 光线经空气薄膜上下两面的反射得到两束相干光，如果被检 测平面是光滑的，得到的干涉条纹是等间距的，如果被检测平面 某处凹下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起，则对应条纹延后 出现 (2)增透膜的原理 在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差 为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于0. 197 重避手细高中物理选择性必修第一册划 雨难拓展 重难点1对杨氏双缝干涉实验的理解 1.光源的选择 自敲黑板 做光的干涉实验时，所选的光源必须是单色性比较好的，如 光的干涉现象不易被观察到的 激光.没有激光，只能利用双缝将一束同频率的光一分为二，这样 原因 的两束光才是相干的 光是有一定频率范国的， 2.杨氏双缝干涉实验的成功做法 由于不同光源发出的光的频 率不同，即使同一光源，它的 (1)实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。 不同部位发出的光也不一定 唯餐 双缝 光 有相同的频率和恒定的相位 差，故一般情况下不易观察到 光 光的干涉现象 (2)单缝屏的作用 获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况.如果用 激光直接照射双缝，可省去单缝屏（托马斯·杨当时没有激光）. (3)双缝屏的作用 平行光照射到单缝S上，又照到双缝S、S2上，这样一束光 被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光. 3.光的干涉现象中能量的分配 光的干涉只是光波能量的重新分配，遵循能量守恒的原则 亮暗相间的条纹反映了光的能量在空间的分布情况.暗条纹处光 的能量几乎为0，表明此处两列光波叠加相互抵消，并不是光的能 量损耗了或变成其他形式的能量，而是按波的传播规律，没有能 量传到该处；亮条纹处光的能量比较强，表明此处两列光波叠加 相互加强，并不是光的干涉可以产生能量，而是按波的传播规律， 到达该处的能量比较集中， 例①(2024·武汉二中月考)双缝干涉实验装置如图所示， 双缝间距离为d,双缝到光屏的距离为，调整实验装置使光屏上 见到清晰的干涉条纹.关于该干涉条纹及改变条件后其变化情 况，下列叙述中正确的是( 光屏 A.屏上所有暗线都是从双缝中出来的两列光波的波谷与波 198 第四章光收组 谷叠加形成的 B.若将光屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹 C.若只减小双缝间距d,屏上两相邻明条纹间距离变小 D.若只改用频率较大的单色光，屏上两相邻明条纹间距离变大 解析从双缝中出来的两列光波的波谷与波峰叠加形成暗 线，故A错误：根据双缝千涉条纹的间距公式△x一入可知将光 屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的千涉条纹，故B正确：根 据双缝千涉条纹的间距公式△x=入可知，若只减小双缝间距 d,屏上两相邻明条纹间距离变大，故C错误；频率变大，波长变 短，根据间距公式可知条纹间距变小，故D错误.故选B, 答案B 02关建能力提升。 题型】判断不同色光在屏上产生明暗条纹 答案C 的情况 题型2光的薄膜干涉 刷①在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P 例2(2024·黄冈中学月考)（多选）把一 点的距离之差为0.6m.若分别用频率f= 平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用 5.0×10“Hz和f2=7.5×10“Hz的单色光垂直 薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射 照射双缝，则P点出现明暗条纹的情况是(). 入，如图所示，这时可以看到明暗相间的条纹， A.单色光f和f2分别照射时，均出现明 下列关于条纹的说法中正确的是(）. 条纹 B.单色光f1和f2分别照射时，均出现暗 条纹 片 C.单色光照射时出现明条纹，单色光 A.干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两 f2照射时出现暗条纹 表面反射形成的两列光波叠加的结果 D.单色光照射时出现暗条纹，单色光 B.干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射 f2照射时出现明条纹 光的波谷与波谷叠加的结果 解们据=手可得入==3X10 C.将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 万5.0X10m= D.观察薄膜上的干涉条纹时，应在人射光 3×10 6X106m=0.60mk=无-25x0m 的另一侧 解析根据薄膜千涉的产生原理，上述现 0.4×106m=0.40m,即d=0.60m=入1 象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而 =3X 3 2 成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时， 199 国雕手细高中物理选择性必修第一册？) 振动加强，形成亮条纹，A正确，B错误：条纹的 缝到达像屏上的某点的光走过的路程相等，该 位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平 点即为中央亮条纹的位置（即n=0对应的那 行上移时，空气膜同一厚度的位置向劈尖移 条亮条纹).双缝屏上有上下两狭缝，设想在双 动，故条纹向着劈尖移动，C正确；观察薄膜干 缝屏后用一块极薄的透明玻璃片遮盖下方的 涉时，应在入射光的同一侧，D错误 缝，则屏上中央亮条纹的位置将( 答秦AC A.向上移动 方赤色舍 B.向下移动 当光照射到薄膜上时，从膜的上下表面 C.不动 分别反射出的两列光波发生干涉，当两列反 D.可能向上移动，也可能向下移动 射光波同相时，叠加后互相加强，出现亮条 解析双缝到屏上中央亮条纹O点的距离 纹：当两列反射光波反相时，叠加后互相抵 相等，当下方的狭缝被一块极薄的玻璃片遮盖 消，出现暗条纹，薄膜厚度相同的地方，条纹 住后，由于波在玻璃中传播的波长变小，因此 是相同的，当膜的厚度改变时，只要知道厚 下缝到O点的距离内的波长个数变多，所以屏 度变化情况便可确定明暗条纹的变化情况 上对应的双缝波长个数相等的点下移，即屏上 题型3双缝干涉中明暗条纹位置的判断 中央亮条纹的位置将向下移动 例③在杨氏双缝干涉实验中，从两个狭 答案B 03核心泰养聚焦一。 考向1对双缝干涉实验的考查 半反半透镜 例1(2021·湖北选考)如图所示，由波 扩求器 长为入1和入2的单色光组成的一束复色光，经 半反半透镜后分成透射光和反射光.透射光经 三棱镜 扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干 涉条纹.O是两单色光中央亮条纹的中心位 解析]由双缝千涉条纹间距的公式△x= 置，P1和P2分别是波长为1和2的光形成 的距离O点最近的亮条纹的中心位置.若反射 可知，当两种色光通过同一双缝千涉装置时， 光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和V 波长越长，条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位 位置出射，则( 置可知，入1>入2，反射光经过三棱镜后分成两 束色光，由图可知，M光的折射角大，又由折射 A.λ：<A2,M是波长为入1的光的出射位置 定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光 B.入<入2，N是波长为入：的光的出射位置 折射角越大.由于1>入2，则川1<，所以N是 C.A>A2,M是波长为A:的光的出射位置 波长为入，的光的出射位置，故D正确，ABC D.A1>A2,N是波长为A1的光的出射位置 错误. 200 第四章光 答亲D 动90°，条纹也会跟着转动90 命题意图 考查折射定律及双缝干涉实验 解析肥皂膜因为自重会上面薄而下面 核心素养 科学思雏之科学推理 素养水平水平3 厚，因表面张力的原因其戴面应是一个圆滑的 曲面而不是梯形，A正确：薄膜千涉是等厚干 考向2对薄膜干涉的考查 涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射 例☑(2021·浙江选考)（多选）肥皂膜的 光形成的千涉条纹，B正确；形成条纹的原因是 干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。 前后表面的反射光叠加出现了振动加强，点和 下列说法正确的是( 振动减弱点，形成到破裂的过程上面越来越 薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点 的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生了变 化，C错误：将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上 A,过肥皂膜最高和最低点的截面一定不 转动90°，由于重力、表面张力和粘滞力等的作 是梯形 用，服皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并 B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形 不会跟着旋转90°，D错误. 成的干涉条纹 答案AB C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间 命题意图 考查薄膜干涉 距不会发生变化 核心素养 科学思雏之科学推理 素养水平水平3 D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转 口04学业质量测评。 ●A基础过关练 测试时间：15分钟 数倍处，可能是明条纹，也可能是暗条纹 1.在双缝干涉实验中，下列说法正确的是( C.屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与 A.相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是 波峰相遇的地方 不等的 D.屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷 B.把入射光由红光换成紫光，相邻两明条纹 相遇的地方 间距变宽 3.在杨氏双缝干涉实验中，下列说法中正确的 C.只有频率相同的两列光才能发生明显的 是( )(n为自然数，入为光波波长). 干涉现象 ①在距双缝的路程相等的点形成暗条纹： D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象， ②在距双缝的路程差为以的点形成亮条纹； 只是不稳定 ③在距双缝的路程差为”的点形成亮条 2.(多选)用单色光做双缝干涉实验时( A.屏上到双缝的路（光）程差等于波长整数 纹：④在距双缝的路程差为n十)A的点形 倍处出现明条纹 成暗条纹 B.屏上到双缝的路（光）程差等于半波长整 A.①② B.②③ C.③④ D.②④ 201 国雕手册高中物理 选择性必修 第一册 4.煤矿中的瓦斯危害极 7.(多选)如图所示，一束白光从左侧射入肥皂 大，某同学查资料得知 B 薄膜.下列说法中正确的是( 含有瓦斯的气体的折射 A A.人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝 B.人从左侧向右看，可以看到彩色条纹 干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所 C.彩色条纹水平排列 示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容 D.彩色条纹竖直排列 器A、B,容器A与干净的空气相通，在容器 8.在研究A物体材料的热膨胀特性时，可采用 B中通入矿并中的气体，观察屏上的干涉条 如图所示的干涉实验法.A的上表面是一光 纹就能够监测瓦斯浓度.如果屏的正中央O 滑平面，在A的上方放一个两面平行的玻璃 点变为暗条纹，说明B中气体( 板B,B与A的上表面平行，在它们之间形 A.一定含瓦斯 B.一定不含瓦斯 成一厚度均匀的空气薄膜.现用波长为入的 C.不一定含瓦斯 D.无法判断 单色光垂直照射玻璃板B,同时给A缓慢加 5.(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准 热，在B的上方观察到B板的亮度发生周期 板M来检查平面N的上表面的平滑情况， 性变化.当温度为1时最亮，然后亮度逐渐 观察到如图乙所示条纹中的P和Q情况，这 减弱至最暗：当温度升到2时，亮度再一次 说明( 增到最亮，则( B 列 A.N的上表面A处向上凸起 B.N的上表面B处向上凸起 A.出现最亮时，B上表面反射光与B下表面 C.N的上表面A处向下凹陷 反射光叠加后加强 D.N的上表面B处向下凹陷 B.出现最暗时，B下表面反射光与A上表面 ●B综合提能练 测试时间：25分绅 反射光叠加后加强 6.如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双 C.温度从升至过程中，A的高度增加号 缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹.已 知光速为c,则P点到双缝的距离之差r2一 D.温度从4升至过程中，A的高度增加含 r1应为( 9.(2023·山东等级考)如图所示为一种干涉 A.f C. 0.2 热膨胀仪原理图.G为标准石英环，C为待测 柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英 板之间存在劈形空气层.用单色平行光垂直 11111 照射上方石英板，会形成干涉条纹.已知C 的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高 第6题图 第7题图 时，下列说法正确的是(). 202 第四章光蓝鱼 C 强基突破练■ 测试时间：10分钟 11.用单色光做双缝干涉实验时，已知屏上一 G 点P到双缝的路程差r=1.5×105m,当 单色光波长A1=0.5m时，P点将形成亮 条纹还是暗条纹？若单色光波长2=0.6m, A.劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动 此时在中央亮条纹和P点之间有几条暗 B.劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动 条纹？ C.劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动 D.劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动 10.(2023·江苏选考)用某种单色光进行双缝 干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图 甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如 图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置.则 双缝间的距离变为原来的( A号倍B2倍C.2倍 D.3倍 203