4.3光的干涉（知识解读）-2024-2025学年高中物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019选择性必修第一册）

4.3光的干涉（知识解读）（解析版） •知识点1 光的双缝干涉 •知识点2 干涉条纹和光的波长之间的关系 •知识点3 薄膜干涉 •作业 巩固训练 知识点1 光的双缝干涉 1、光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的，杨氏实验有力地证明了光是一种波。 2、双缝干涉实验：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，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。 （2）实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 3、出现明暗条纹的判断 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时，出现亮条纹。 (2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，出现暗条纹。 【典例1-1】从两支手电筒射出的光照到同一点上时，看不到干涉条纹，因为（    ） A．手电筒发出的光不是单色光 B．干涉图样太小，看不清楚 C．周围环境的漫反射光太强 D．两个光源是非相干光源 【答案】D 【详解】要产生稳定的干涉两列波的频率必须相同且相位差恒定，而手电筒中的两只小灯泡发出的光，是大量原子被激发后随机辐射的，频率不稳定，不满足产生稳定干涉的条件，即两光源为非相干光源，因此看不到干涉条纹。 故选D。 【典例1-2】（多选）下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是（　　） A．单缝的作用是获得一个线光源 B．双缝的作用是获得两个振动情况相反的相干光源 C．频率相同、相位差恒定的两列单色光能够产生干涉现象 D．照射单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹宽度越宽 【答案】AC 【详解】AB．双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源，故B错误，A正确； C．频率相同、相位差恒定的两列光可以发生干涉现象，故C正确； D．根据题意，由公式可知，单色光的频率越高，波长越短，由可知，光屏上出现的条纹宽度越窄，故D错误。 故选AC。 【变式1-1】双缝干涉实验是物理史上最美的实验之一、如图所示，用单色光进行双缝干涉实验，单色光通过单缝S后对称地通过平行于单缝的双缝、，光屏上出现明暗相间的条纹，O点在、的中垂线上。则（　　） A．若将单缝S向左移动，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点靠拢 B．若将光屏向左移动，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点靠拢 C．若将单缝S向上移动，将看到光屏上明暗相间的条纹整体向上移动 D．若将双缝、的间距变小，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点靠拢 【答案】B 【详解】A．若将单缝S向左移动，光屏上明暗相间的条纹间距不会变化，故A错误； B．由于、到光屏上O处光程差为零，该处出现中央亮条纹，其余条纹均匀地分布在O两侧，若将光屏向左移动，根据 可知条纹间距减小，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点靠拢，故B正确； C．若将单缝S向上移动，将看到光屏上明暗相间的条纹整体向下移动，故C错误； D．若将双缝、的间距离变小，根据 可知条纹间距增大，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点两侧移动，故D错误。 故选B。 【变式1-2】（多选）杨氏双缝干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波发生干涉，产生的干涉图样如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，则下列说法正确的（　　） A．A点出现明条纹 B．B点出现明条纹 C．C点出现暗条纹 D．C点出现明条纹 【答案】ABC 【详解】ABCD．波峰与波峰或者波谷与波谷相叠加振动加强，所以A点与B点出现明条纹，波峰与波谷叠加振动减弱，所以C点出现暗条纹，故选项A、B、C正确，选项D错误。 故选ABC。 知识点2 干涉条纹和光的波长之间的关系 1、若设双缝间距为d，双缝到屏的距离为l，光的波长为λ，则双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为Δx＝λ。 2、用不同颜色的光进行干涉实验，条纹间距不同，红光条纹间距最大、黄光条纹间距比红光小，用蓝光时更小。 【典例2-1】在双缝干涉实验中，用红色激光照射在双缝上，在缝后的光屏上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（　　） A．改用绿色激光 B．增大双缝间距 C．将光源向靠近双缝的位置移动 D．将屏幕向远离双缝的位置移动 【答案】D 【详解】两相邻亮条纹的间距 A．改用绿色激光，波长变小，间距变小，故A不符合题意； B．增大双缝间距，间距变小，故B不符合题意； C．将光源向靠近双缝的位置移动，对无影响，故C不符合题意； D．将屏幕向远离双缝的位置移动，即增大，间距增大，故D符合题意。 故选D。 【典例2-2】（多选）实验小组的同学在做双缝干涉实验，如图所示，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要使大小一定的光屏P上的干涉图样条纹个数增加，可以（　　） A．将绿光换为红光 B．增大双缝到光屏的距离 C．将整个装置放在水中 D．增大与的间距 【答案】CD 【详解】BD．要使光屏的干涉图样条纹个数增加，可减小条纹间距，根据可知，可增大与的间距d，或者减小双缝到光屏的距离l；故B错误，D正确； A．若将绿光换为红光，波长变长，条纹间距变大，条纹个数减小，故A错误； C．将整个装置放在水中时，光的波长减小，则条纹间距会减小，条纹个数增多，故C正确。 故选CD。 【典例2-3】某实验小组用一单色光做双缝干涉实验，所用的双缝间距为d，在距离双缝为l处的光屏上，测量得到第1条亮纹中心至第5条亮纹中心之间的距离为x。 (1)求该单色光的波长； (2)现需在眼镜镜片上镀膜，以增强对该单色光的透射。已知膜对该光的折射率为n，求膜的最小厚度h。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）第一条亮纹到第五条亮纹间距是x，则相邻亮条纹间距为 根据公式 可得单色光的波长是 （2）要很好地通过这种波长的光，须前后两次反射光应为振动削弱，即光的路程差为半波长，即 根据波长与波速的关系，有 在介质中有 在介质中的速度为 联立可得膜的最小厚度 【变式2-1】用双缝干涉测量某种单色光的波长的实验装置如图甲所示，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为9.375×10-7m，如图乙所示，已知真空中的光速为3×108m/s，如果用频率为4.8×1014Hz的橙光照射双缝，则下列说法正确的是（　　） A．该橙光的波长是5.25×10-7m B．P点出现亮条纹 C．仅将橙光换成红光，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距变大 D．仅将橙光换成紫光，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距不变 【答案】C 【详解】A.橙光的波长为 故A错误； B.由于 故Р点是振动减弱点，P点出现暗条纹，故B错误； C.根据 在其他条件不变的情况下，光的波长增大，相邻两亮条纹的中心间距变大，故C正确； D.由C项分析知，在其他条件不变的情况下，光的波长减小，相邻两亮条纹的中心间距变小，故D错误； 故选C。 【变式2-2】（多选）用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿暗相间的条纹，相邻两条绿条纹中心间的距离为Δx。下列说法正确的是（　　） A．如果增大单缝到双缝之间的距离，Δx将增大 B．如果增大双缝之间的距离，Δx将减小 C．如果增大双缝到光屏的距离，Δx将增大 D．如果换成红光做实验，实验装置不变，Δx将增大 【答案】BCD 【详解】根据条纹间距公式 条纹间距与单缝到双缝之间的距离无关，如果增大双缝之间的距离，Δx将减小；如果增大双缝到光屏的距离，或者换成红光做实验，Δx将增大。 故选BCD。 【变式2-3】如图所示，在双缝干涉实验中，、为双缝，双缝间距为，光屏到双缝的距离为，P是光屏上的一点，已知P到、的距离之差为2.1μm，现用某单色光在空气中做双缝干涉实验。（光在真空中的速度） (1)若该单色光在某介质中传播时的波长为，波速为，则P点处是亮条纹还是暗条纹？ (2)相邻两亮条纹的中心间距为多大？ 【答案】(1)暗条纹 (2)0.3mm 【详解】（1）已知该单色光在介质中的波长和波速，可得单色光的频率 则单色光在空气中的波长为 光程差大小为 代入数据得 可知P点出现暗条纹。 （2）相邻两亮条纹的中心间距 薄膜干涉 知识点3 1、薄膜干涉现象：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。 2、薄膜干涉原理分析 （1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。 （2）图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等，单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。 3、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，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。 【典例3-1】关于薄膜干涉，下列说法正确的是（   ） A．干涉条纹中的暗条纹是光在薄膜的前后两表面反射形成的两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 B．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的一侧观察 C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等 D．将肥皂膜竖直放置观察酒精灯火焰的干涉条纹时，条纹是等宽的 【答案】B 【详解】A．薄膜前后两个面反射的光波的光程不同，在一些地方，波峰（波谷）与波峰（波谷）相遇，相互加强，出现亮条纹，在另一些地方，波峰（波谷）与波谷（波峰）相遇，相互削弱，出现暗条纹，A错误； B．人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果，因此人应与入射光在同一侧观察，B正确； C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明薄膜是理想的劈尖干涉，即薄膜厚度是均匀变化的，C错误； D．将肥皂膜竖直放置,由于重力的作用，使下侧的肥皂膜厚度厚些，而上侧肥皂膜厚度薄些，从而形成干涉条纹，但宽度不同，肥皂膜厚的地方条纹较宽，肥皂膜薄的地方条纹较窄，D错误。 故选B。 【典例3-2】（多选）如图所示，在一块平板玻璃上放置一单侧凸形薄透镜，两者之间形成了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，结果在上方观察到同心的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（　　） A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和平板玻璃上表面反射光叠加形成的 B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和平板玻璃上表面反射光叠加形成的 C．干涉条纹是内密外疏的 D．平涉条纹是内疏外密的 【答案】AD 【详解】AB．凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉叠加而成，故A正确，B错误； CD．干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面，导致间距从内到外增大的越来越快，根据 从而观察到同心内疏外密的圆环状条纹，故C错误，D正确。 故选AD。 【变式3-1】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲所示装置中再加上一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将（　　） A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失 【答案】B 【详解】从空气膜的上、下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差 即光程差为空气薄膜厚度的2倍，当光程差 （n为整数） 时为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为，增加一张纸片后空气薄膜的倾角变大、厚度增大，则相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变小，干涉条纹变密。 故选B。 【变式3-2】（多选）如图甲所示，凸透镜的上表面为平面，下表面为球面的一部分，把凸透镜压在一块平面玻璃上，让一束单色光从上面垂直照射，形成的干涉条纹图样可能为图乙或图丙所示，下列说法正确的是（　　） A．观察到的干涉图样如图乙所示 B．观察到的干涉图样如图丙所示 C．从凸透镜一侧向下观察可看到干涉图样 D．从平面玻璃一侧向上观察可看到干涉图样 【答案】BC 【详解】AB．牛顿环的干涉条纹为亮暗相间的同心圆环，越往外侧空气薄膜的厚度变化越快，圆环间距越小，则观察到的干涉图样如图丙所示，故A错误，B正确； CD．当光垂直照射到凸透镜上时，光的传播方向不变，而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，另一部分光透射进入空气，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，这样两列反射光是相干光，它们在凸透镜的下表面相遇，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹；故从凸透镜一侧向下观察可看到干涉图样，从平面玻璃一侧向上观察不能看到干涉图样，故C正确，D错误。 故选BC。 一、单选题 1．物理光学主要研究光的本性以及光与物质相互作用的规律。下列关于物理光学知识的理解正确的是（　　） A．光的偏振现象说明光是一种纵波 B．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理 C．白光通过三棱镜后出现的彩色图样是光的衍射现象 D．利用激光的平行度好的特点可以切割和焊接物体 【答案】B 【详解】A．光的偏振现象说明光是一种横波，故A错误； B．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理，故B正确； C．白光通过三棱镜后出现的彩色图样是光的色散现象，故C错误； D．利用激光的能量高的特点可以切割和焊接物体，故D错误； 故选B。 2．如图所示的薄膜，用黄色光从左侧照射该薄膜，会观察到明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是（　　） A．干涉条纹的分布上疏下密 B．实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样 C．由上而下两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差变大 D．若换用紫光照射，则条纹间距将变大 【答案】A 【详解】A．由于薄膜不是均匀增厚的，从上到下薄膜增厚的越来越快，所以明暗相间的条纹是不等间距的，而是上疏下密，A正确； B．薄膜干涉是薄膜两个面的反射光叠加产生的，应该从入射光的同侧观察，即应该从薄膜左侧观察干涉图样，B错误； C．任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是半倍的波长，保持不变，C错误； D．光波的干涉条纹的间距公式为 若换用紫光照射，波长变小，则条纹间距将变小，D错误； 故选A。 3．如图所示为双缝干涉实验装置，当用波长的光照射单缝S时，在屏上观察到相邻亮条纹中心的距离为，增大双缝和光屏之间的距离，依旧用此光照射单缝S，若使相邻亮条纹中心的距离仍为，可采取下列哪种措施（　　） A．增大单缝和光屏之间的距离 B．增大单缝和双缝之间的距离 C．减小单缝和双缝之间的距离 D．增大双缝和之间的距离 【答案】D 【详解】要使两次的条纹间距不变，根据公式可知，当双缝和光屏之间的距离增大时，可以增大双缝和之间的距离。 故选D。 4．如图所示，a、b两种单色光沿不同方向射向玻璃三棱镜，经三棱镜折射后沿同一方向射出，下列关于a光和b光的说法正确的是（　　） A．在玻璃三棱镜中，a光和b光传播速度一样大 B．玻璃三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率 C．在真空中a光的波长比b光的波长更长 D．在同样的双缝干涉实验装置中，用a光得到的干涉条纹的相邻条纹间距较小 【答案】C 【详解】B．由题图可知b光的偏折程度更大，所以b光的折射率大于a光的折射率，故B项错误； A．由于 整理有 结合之前分析可知，b光的折射率大，所以b光在三棱镜中的速度小，故A项错误； C．由于b光的折射率大于a光的折射率，所以b光的频率大，根据 所以a光的波长大于b光的波长，故C项正确； D．由之前的分析可知，a光的波长大，由于 所以a光干涉条纹间距较大，故D项错误。 故选C。 5．下列说法正确的是（　　） A．图甲是利用光的衍射现象检验工件的平整度 B．若换用波长更短的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏 C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凸起 D．如图丁所示，用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环 【答案】D 【详解】A．图甲是利用光的干涉现象检验工件的平整度。故A错误； B．由公式可得，若换用波长更短的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变密。故B错误； C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凹陷。故C错误； D．由公式可得，用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环。故D正确。 故选D。 6．如图所示，某同学用一黄色光源和平面镜在光屏上得到了干涉条纹。光源S发出的光直接照在光屏上，同时还通过平面镜反射在光屏上。已知光源S到平面镜所在平面的距离为a，到光屏的距离为l，光的波长为，若要增大相邻两条亮纹间距离，则应（　　） A．增大a B．减小l C．换用蓝光 D．换用红光 【答案】D 【详解】光源S与其在平面镜中像的距离为2a，由双缝干涉条纹间距公式可知，相邻两条亮纹间距离 A．增大a，则相邻两条亮纹间距离减小，故A错误； B．减小l，则相邻两条亮纹间距离减小，故B错误； C．换用蓝光，波长减小，则相邻两条亮纹间距离减小，故C错误； D．换用红光，波长增大，则相邻两条亮纹间距离增大，故D正确。 故选D。 7．某同学计划做一个实验来测量镜片表面反射防护涂层的大致厚度。在实验中，用不同波长的单色光垂直照射镜片，并观察照射点的明暗情况，发现所用光的波长为540nm和324nm时照射点较亮。不考虑涂层对波长的影响和半波损失，则涂层的厚度可能为（    ） A．486nm B．648nm C．1620nm D．2106nm 【答案】C 【详解】光从涂层的前后表面反射后的路程差为2d，等于波长整数倍时叠加后加强出现亮点，则 （n=1，2，3……，k=1，2，3……） 则当n=6，k=10时d=1620nm，其他三阻值都不能使n和k同时取整数。 故选C。 8．某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是（　　） A．换用更粗的头发丝 B．换用红色激光照双缝 C．增大纸板与墙面的距离 D．减小光源与纸板的距离 【答案】A 【详解】由于干涉条纹间距，可知： A．换用更粗的头发丝，双缝间距d变大，则相邻两条亮纹中央间距变小，故A正确； B．换用红色激光照双缝，波长变长，则相邻两条亮纹中央间距变大，故B错误； C．增大纸板与墙面的距离l，则相邻两条亮纹中央间距变大，故C错误； D．减小光源与纸板的距离，不会影响相邻两条亮纹中央间距，故D错误。 故选A。 二、多选题 9．虹是由太阳光射入雨滴（球形）时，经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴，a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线，如图所示，下列说法中错误的是（　　） A．光线a在水滴中传播时的波长较长 B．光线b在雨滴中的折射率较大 C．光线b在雨滴中的传播速度较大 D．若分别让a、b两色光通过同一双缝装置，则a光形成的干涉条纹的间距较大 【答案】ABD 【详解】AB．画出光路图如图所示 由图可知，光线a在雨滴中偏折程度较大，雨滴对光线a的折射率大于对光线b的折射率,则光线b的频率较小，波长较长，故AB错误，符合题意； C．根据 可知，光线a在雨滴中的传播速度较小，光线b在雨滴中的传播速度较大，故C正确，不符合题意； D．根据双缝干涉条纹的间距公式 光线b波长较长，则b光形成的干涉条纹的间距较大，故D错误，符合题意。 故选ABD。 10．某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率。如图所示，单缝、屏上的点位于双缝和的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为与，当介质为矿泉水时，屏上P点处是上方的第4条亮条纹（不包括点处的亮条纹）的中心。已知入射光在真空中的波长为，真空中的光速为c，则（  ） A．小于 B．该矿泉水的折射率为 C．当介质为矿泉水时，来自和的光传播到P点处的时间差为 D．仅将水平向左移动的过程中，P点仍能观察到亮条纹 【答案】AD 【详解】A．根据 当双缝与屏之间的介质为矿泉水时，波长会变小，而双缝间距d与双缝与屏之间的距离L相同，所以小于，故A正确； B．设光在真空中的波长为、在介质中的波长为，依题意有 则可知 故B错误； C．P点处是上方的第4条亮条纹的中心，则光到双缝的光程差为光在矿泉水波长的4倍，则来自和的光传播到P点处的时间差为 故C错误； D．将水平向左移动的过程中，P点与双缝光程差不会改变，据题仍是光在介质中波长的四倍，所以仍能观察到亮条纹，故D正确。 故选AD。 11．水底灯是水中环境中常用的灯具之一，在夜间可以营造出非常美丽的水下场景、增加水下的浪漫感和视觉效果，营造出水下花园或水上酒店的气氛，也可以用来打造水下的音乐喷泉表演等。某公园水池底部安装了可视为点光源的A灯和B灯，两灯到水面的距离相等，如图所示，两灯发出不同颜色的光，分别为光a，光b，从每盏灯的正上方观察，发现A灯的视深大于B灯的视深，则下列说法正确的是（    ） A．水对a光的折射率比对b光的折射率要小 B．在水中，b光的传播速度大于a光的传播速度 C．A灯照亮水面的面积大于B灯照亮的面积 D．将a和b光通过相同的双缝干涉装置、b光的干涉条纹间距较大 【答案】AC 【详解】A．设实际深度是，视深为，作出光路图如图所示。根据折射率定义式有 结合几何关系有 由于与很小，则有 解得 故水对光的折射率比对光的折射率要小，A正确； B．根据 在玻璃砖中，光的传播速度小于光的传播速度，B错误； C．照亮水面的面积 故C正确； D．光的折射率较小，则频率较小，根据 则光的波长较大。根据 a光的干涉条纹间距较大，D错误。 故选AC。 12．光的干涉现象在生活中有许多应用。图甲所示是利用干涉现象检查平面平整度的装置，下列说法正确的是（　　） A．图甲中上板是待检测的光学元件，下板是标准样板 B．若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏 C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凹陷 D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，单色光从上方竖直射下，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的同心圆环 【答案】BC 【详解】A．题图甲中上板是标准样板，下板是待检测的光学元件，故A错误； B．相邻亮条纹之间，空气膜的厚度差等于半个波长，若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则题图乙中的干涉条纹变疏，故B正确； C．题图丙中条纹向左弯曲，说明亮条纹提前出现，应是被检查的平面在此处出现了凹陷，故C正确； D．空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，光程差是光的半个波长的偶数倍为明条纹，是光的半个波长的奇数倍为暗条纹，空气膜的厚度变化从中心向周围越来越快，则可以看到内疏外密的明暗相间的同心圆环，故D错误。 故选BC。 三、解答题 13．为得到相干光源，常采用分光法，如图所示，经单缝S1和双缝S2到达光屏。其中双缝间距d = 2 × 10−3 m，双缝到光屏的距离为L = 8 × 10−1 m，所用光源波长为λ = 6 × 10−7 m，单缝与双缝中心连线交正后方光屏上的O点。求： (1)光屏上相邻两个暗条纹间距∆x； (2)光屏上第6级亮条纹中心到O点距离x6； (3)若在b缝放置一厚度为2λ = 12 × 10−7 m、折射率为n = 2.0的透明材料，求第零级亮条纹（即光程差为零的条纹）中心到O点距离x′。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据双缝干涉条纹间距公式 可得，光屏上相邻两个暗条纹间距 （2）由题意可知 解得 （3）第零级亮条纹（即光程差为零的条纹）对应的光路图如下图所示，根据几何关系可得 代入数据解得 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.3光的干涉（知识解读）（原卷版） •知识点1 光的双缝干涉 •知识点2 干涉条纹和光的波长之间的关系 •知识点3 薄膜干涉 •作业 巩固训练 知识点1 光的双缝干涉 1、光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的，杨氏实验有力地证明了光是一种波。 2、双缝干涉实验：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，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。 （2）实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 3、出现明暗条纹的判断 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时，出现亮条纹。 (2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，出现暗条纹。 【典例1-1】从两支手电筒射出的光照到同一点上时，看不到干涉条纹，因为（    ） A．手电筒发出的光不是单色光 B．干涉图样太小，看不清楚 C．周围环境的漫反射光太强 D．两个光源是非相干光源 【典例1-2】（多选）下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是（　　） A．单缝的作用是获得一个线光源 B．双缝的作用是获得两个振动情况相反的相干光源 C．频率相同、相位差恒定的两列单色光能够产生干涉现象 D．照射单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹宽度越宽 【变式1-1】双缝干涉实验是物理史上最美的实验之一、如图所示，用单色光进行双缝干涉实验，单色光通过单缝S后对称地通过平行于单缝的双缝、，光屏上出现明暗相间的条纹，O点在、的中垂线上。则（　　） A．若将单缝S向左移动，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点靠拢 B．若将光屏向左移动，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点靠拢 C．若将单缝S向上移动，将看到光屏上明暗相间的条纹整体向上移动 D．若将双缝、的间距变小，将看到光屏上明暗相间的条纹向O点靠拢 【变式1-2】（多选）杨氏双缝干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波发生干涉，产生的干涉图样如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，则下列说法正确的（　　） A．A点出现明条纹 B．B点出现明条纹 C．C点出现暗条纹 D．C点出现明条纹 知识点2 干涉条纹和光的波长之间的关系 1、若设双缝间距为d，双缝到屏的距离为l，光的波长为λ，则双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为Δx＝λ。 2、用不同颜色的光进行干涉实验，条纹间距不同，红光条纹间距最大、黄光条纹间距比红光小，用蓝光时更小。 【典例2-1】在双缝干涉实验中，用红色激光照射在双缝上，在缝后的光屏上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（　　） A．改用绿色激光 B．增大双缝间距 C．将光源向靠近双缝的位置移动 D．将屏幕向远离双缝的位置移动 【典例2-2】（多选）实验小组的同学在做双缝干涉实验，如图所示，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要使大小一定的光屏P上的干涉图样条纹个数增加，可以（　　） A．将绿光换为红光 B．增大双缝到光屏的距离 C．将整个装置放在水中 D．增大与的间距 【典例2-3】某实验小组用一单色光做双缝干涉实验，所用的双缝间距为d，在距离双缝为l处的光屏上，测量得到第1条亮纹中心至第5条亮纹中心之间的距离为x。 (1)求该单色光的波长； (2)现需在眼镜镜片上镀膜，以增强对该单色光的透射。已知膜对该光的折射率为n，求膜的最小厚度h。 【变式2-1】用双缝干涉测量某种单色光的波长的实验装置如图甲所示，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为9.375×10-7m，如图乙所示，已知真空中的光速为3×108m/s，如果用频率为4.8×1014Hz的橙光照射双缝，则下列说法正确的是（　　） A．该橙光的波长是5.25×10-7m B．P点出现亮条纹 C．仅将橙光换成红光，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距变大 D．仅将橙光换成紫光，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距不变 【变式2-2】（多选）用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿暗相间的条纹，相邻两条绿条纹中心间的距离为Δx。下列说法正确的是（　　） A．如果增大单缝到双缝之间的距离，Δx将增大 B．如果增大双缝之间的距离，Δx将减小 C．如果增大双缝到光屏的距离，Δx将增大 D．如果换成红光做实验，实验装置不变，Δx将增大 【变式2-3】如图所示，在双缝干涉实验中，、为双缝，双缝间距为，光屏到双缝的距离为，P是光屏上的一点，已知P到、的距离之差为2.1μm，现用某单色光在空气中做双缝干涉实验。（光在真空中的速度） (1)若该单色光在某介质中传播时的波长为，波速为，则P点处是亮条纹还是暗条纹？ (2)相邻两亮条纹的中心间距为多大？ 薄膜干涉 知识点3 1、薄膜干涉现象：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。 2、薄膜干涉原理分析 （1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。 （2）图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等，单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。 3、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，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。 【典例3-1】关于薄膜干涉，下列说法正确的是（   ） A．干涉条纹中的暗条纹是光在薄膜的前后两表面反射形成的两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 B．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的一侧观察 C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等 D．将肥皂膜竖直放置观察酒精灯火焰的干涉条纹时，条纹是等宽的 【典例3-2】（多选）如图所示，在一块平板玻璃上放置一单侧凸形薄透镜，两者之间形成了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，结果在上方观察到同心的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（　　） A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和平板玻璃上表面反射光叠加形成的 B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和平板玻璃上表面反射光叠加形成的 C．干涉条纹是内密外疏的 D．平涉条纹是内疏外密的 【变式3-1】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲所示装置中再加上一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将（　　） A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失 【变式3-2】（多选）如图甲所示，凸透镜的上表面为平面，下表面为球面的一部分，把凸透镜压在一块平面玻璃上，让一束单色光从上面垂直照射，形成的干涉条纹图样可能为图乙或图丙所示，下列说法正确的是（　　） A．观察到的干涉图样如图乙所示 B．观察到的干涉图样如图丙所示 C．从凸透镜一侧向下观察可看到干涉图样 D．从平面玻璃一侧向上观察可看到干涉图样 一、单选题 1．物理光学主要研究光的本性以及光与物质相互作用的规律。下列关于物理光学知识的理解正确的是（　　） A．光的偏振现象说明光是一种纵波 B．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理 C．白光通过三棱镜后出现的彩色图样是光的衍射现象 D．利用激光的平行度好的特点可以切割和焊接物体 2．如图所示的薄膜，用黄色光从左侧照射该薄膜，会观察到明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是（　　） A．干涉条纹的分布上疏下密 B．实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样 C．由上而下两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差变大 D．若换用紫光照射，则条纹间距将变大 3．如图所示为双缝干涉实验装置，当用波长的光照射单缝S时，在屏上观察到相邻亮条纹中心的距离为，增大双缝和光屏之间的距离，依旧用此光照射单缝S，若使相邻亮条纹中心的距离仍为，可采取下列哪种措施（　　） A．增大单缝和光屏之间的距离 B．增大单缝和双缝之间的距离 C．减小单缝和双缝之间的距离 D．增大双缝和之间的距离 4．如图所示，a、b两种单色光沿不同方向射向玻璃三棱镜，经三棱镜折射后沿同一方向射出，下列关于a光和b光的说法正确的是（　　） A．在玻璃三棱镜中，a光和b光传播速度一样大 B．玻璃三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率 C．在真空中a光的波长比b光的波长更长 D．在同样的双缝干涉实验装置中，用a光得到的干涉条纹的相邻条纹间距较小 5．下列说法正确的是（　　） A．图甲是利用光的衍射现象检验工件的平整度 B．若换用波长更短的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏 C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凸起 D．如图丁所示，用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环 6．如图所示，某同学用一黄色光源和平面镜在光屏上得到了干涉条纹。光源S发出的光直接照在光屏上，同时还通过平面镜反射在光屏上。已知光源S到平面镜所在平面的距离为a，到光屏的距离为l，光的波长为，若要增大相邻两条亮纹间距离，则应（　　） A．增大a B．减小l C．换用蓝光 D．换用红光 7．某同学计划做一个实验来测量镜片表面反射防护涂层的大致厚度。在实验中，用不同波长的单色光垂直照射镜片，并观察照射点的明暗情况，发现所用光的波长为540nm和324nm时照射点较亮。不考虑涂层对波长的影响和半波损失，则涂层的厚度可能为（    ） A．486nm B．648nm C．1620nm D．2106nm 8．某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是（　　） A．换用更粗的头发丝 B．换用红色激光照双缝 C．增大纸板与墙面的距离 D．减小光源与纸板的距离 二、多选题 9．虹是由太阳光射入雨滴（球形）时，经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴，a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线，如图所示，下列说法中错误的是（　　） A．光线a在水滴中传播时的波长较长 B．光线b在雨滴中的折射率较大 C．光线b在雨滴中的传播速度较大 D．若分别让a、b两色光通过同一双缝装置，则a光形成的干涉条纹的间距较大 10．某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率。如图所示，单缝、屏上的点位于双缝和的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为与，当介质为矿泉水时，屏上P点处是上方的第4条亮条纹（不包括点处的亮条纹）的中心。已知入射光在真空中的波长为，真空中的光速为c，则（  ） A．小于 B．该矿泉水的折射率为 C．当介质为矿泉水时，来自和的光传播到P点处的时间差为 D．仅将水平向左移动的过程中，P点仍能观察到亮条纹 11．水底灯是水中环境中常用的灯具之一，在夜间可以营造出非常美丽的水下场景、增加水下的浪漫感和视觉效果，营造出水下花园或水上酒店的气氛，也可以用来打造水下的音乐喷泉表演等。某公园水池底部安装了可视为点光源的A灯和B灯，两灯到水面的距离相等，如图所示，两灯发出不同颜色的光，分别为光a，光b，从每盏灯的正上方观察，发现A灯的视深大于B灯的视深，则下列说法正确的是（    ） A．水对a光的折射率比对b光的折射率要小 B．在水中，b光的传播速度大于a光的传播速度 C．A灯照亮水面的面积大于B灯照亮的面积 D．将a和b光通过相同的双缝干涉装置、b光的干涉条纹间距较大 12．光的干涉现象在生活中有许多应用。图甲所示是利用干涉现象检查平面平整度的装置，下列说法正确的是（　　） A．图甲中上板是待检测的光学元件，下板是标准样板 B．若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏 C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凹陷 D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，单色光从上方竖直射下，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的同心圆环 三、解答题 13．为得到相干光源，常采用分光法，如图所示，经单缝S1和双缝S2到达光屏。其中双缝间距d = 2 × 10−3 m，双缝到光屏的距离为L = 8 × 10−1 m，所用光源波长为λ = 6 × 10−7 m，单缝与双缝中心连线交正后方光屏上的O点。求： (1)光屏上相邻两个暗条纹间距∆x； (2)光屏上第6级亮条纹中心到O点距离x6； (3)若在b缝放置一厚度为2λ = 12 × 10−7 m、折射率为n = 2.0的透明材料，求第零级亮条纹（即光程差为零的条纹）中心到O点距离x′。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$