3. 光的干涉（举一反三讲义）物理人教版2019选择性必修第一册

本高中物理讲义聚焦光的干涉核心知识点，从杨氏双缝干涉实验切入，系统梳理光的干涉条件、干涉条纹与波长关系及薄膜干涉原理，通过知识梳理、深化点拨及典例变式构建学习支架，帮助学生逐步理解光的波动性本质。 资料以科学思维为核心，通过模型建构（双缝干涉装置）、科学推理（条纹间距公式推导）及误区纠正（4个常见错误认知）深化理解，结合薄膜干涉检查平面等实际应用培养科学态度与责任。课中辅助教师系统授课，课后助力学生通过巩固训练查漏补缺，提升知识应用能力。

第3节 光的干涉 目 录 【学习目标】 1 【知识梳理】 2 知识点一 杨氏双缝干涉实验 2 知识点二 光的干涉 2 知识点三 干涉条纹和光的波长之间的关系 3 深化点拨 3 知识点四 薄膜干涉 5 深化点拨 6 【巩固训练】 8 【学习目标】 1．认识光的干涉现象，理解光是一种波,干涉是波特有的性质； 2．明确光产生干涉的条件以及相干光源的概念； 3．理解产生明暗条纹的条件，理解条纹间距与波长的关系； 4．理解薄膜干涉及其应用 【知识梳理】 知识点一 杨氏双缝干涉实验 1．1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，杨氏实验有力地证明了光是一种波。 2．双缝干涉实验 （1）双缝干涉的装置示意图：有光源、单缝、双缝和光屏。 ①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。 ②双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。 （2）实验过程：如图，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，两条狭缝就产生两个光源，它们的振动情况总是相同，两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。 （3）实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 （4）实验结论：证明光是一种波。 （5）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。|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…) 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。|PS1－PS2|＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…) 知识点二 光的干涉 1．定义：由两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些地方相互减弱，且加强区与减弱区相间隔的现象，叫做光的干涉。 2．相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。能发生干涉的两列波称为相干波，相干光源可用同一束光分成两列而获得。 3．产生的条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定（振动情况相同） 说明：任意两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象。 【典例1】如图所示是一种观察光的干涉现象的装置，称为劳埃德镜，图中M是一块普通平板玻璃制成的反射镜，单色缝光源S与镜面M平行(图中S只画成一个点)，右面P是光屏．P上从最高处A到D之间是S发出的光能照射到的区域．图中带箭头的线段表示从S发出的几条特殊光线，则下列说法正确的是(　　) A． 光屏上AD间的区域内都可以观察到明暗相间的干涉条纹 B． 光屏上只有AB间的区域内可以观察到明暗相间的干涉条纹 C． 光屏上只有BC间的区域内可以观察到明暗相间的干涉条纹 D． 光屏上只有CD间的区域内可以观察到明暗相间的干涉条纹 知识点三 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 3．白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为： （1）白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短 （2）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 （3）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 深化点拨 关于光的干涉现象理解的四个误区 误区1：误认为单色光的双缝干涉条纹，中间宽，两边窄 产生误区的原因是对干涉图样认识不清。单色光的干涉条纹是平行等间距的。 误区2：误认为频率相同的两列光一定能发生干涉 出错的原因是对光发生干涉的条件理解不深，两列光要想发生干涉必须频率相同，还要振动方向相同，相位差恒定。 误区3：误认为屏上到双缝距离相等的中央位置一定是亮条纹 其原因是对中央位置是亮条纹还是暗条纹的条件不清楚，双缝到光屏中央距离相等，光程差为零。若两光源振动完全一致，中央一定是亮条纹，若两光源振动恰好相反，则中央为暗条纹。 误区4：误认为产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差为半波长的整数倍 产生误区的原因是没有分清产生明、暗条纹的条件，产生明条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于波长的整数倍，而产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于半波长的奇数倍。 【典例2】一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是(　　) A． 各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同 B． 各色光的速度不同，造成条纹的间距不同 C． 各色光的强度不同，造成条纹的间距不同 D． 各色光通过双缝到达一确定点的距离不同 【变式1】光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的(　　) A． 传播速度不同 B． 强度不同 C． 振动方向不同 D． 频率不同 【变式2】在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的单色光照射双缝，则(　　) A．单色光的波长是2×10－7 m；P点出现暗条纹 B．单色光的波长是2×10－7 m；P点出现亮条纹 C．单色光的波长是5×10－7 m；P点出现暗条纹 D．单色光的波长是5×10－7 m；P点出现亮条纹 【变式3】双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到屏的距离为l，用红色激光照射双缝，调整实验装置使得屏上可以见到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹，下列说法正确的是(　　) A． 若只将屏向右移动一小段距离，屏上条纹会变得模糊不清 B． 若只将屏向右移动一小段距离，屏上相邻两亮纹间的距离变小 C． 若只将双缝间的距离减小，屏上相邻两亮纹间的距离变小 D． 若只将红色激光变为绿色激光，屏上相邻两亮纹间的距离变小 知识点四 薄膜干涉 1．薄膜干涉中相干光的获得 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。 2．薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程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，于是出现暗条纹。 3．形成亮、暗条纹的条件 薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝kλ（k＝0，1，2，3…），出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝λ（k＝0，1，2，3…）。 4．薄膜干涉的应用 （1）检查平面平整度的原理：光线经空气薄膜的上、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。 尖凹底凸：条纹向“尖”侧弯曲，工件凹陷；条纹向“底”侧弯曲，工件凸起。 （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零。 深化点拨 （1）由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时眼睛与光源应在膜的同一侧。 （2）在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的。 （3）因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的 【典例1】如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的(　　) A．a的上表面和b的下表面 B．a的上表面和b的上表面 C．a的下表面和b的上表面 D．a的下表面和b的下表面 【变式1】用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是(　　) A．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30° B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90° C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30° D．干涉条纹保持不变 【变式2】如图，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是示意图图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波 A. B. C. D. 【变式3】如图甲所示，用蓝色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到A处如图乙所示条纹中O的情况，下列说法正确的是（　　） A．条纹是光在标准板M的上表面反射和N的上表面反射叠加而成的 B．N的上表面A处向上凸起 C．将之间的薄片向右拉出一些，条纹会变密集 D．若改用绿光照射，条纹会变密集 【巩固训练】 1．教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为（　　） A．两盏灯亮度不同 B．灯光的波长太短 C．两灯光的振动频率不同 D．电灯发出的光不稳定 2．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　) A． 干涉条纹消失 B． 彩色条纹中的红色条纹消失 C． 中央条纹变成暗条纹 D． 中央条纹变成红色 3.如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是(　　) A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长 B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长 C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短 D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短 4.关于薄膜干涉，下列说法中正确的是(　　) A．只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象 B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象 C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹 D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在肥皂液膜的同一侧 5．在双缝干涉实验中，实验装置如图所示，图中①②③④⑤依次是是光源、滤光片、单缝、双缝、光屏．调整实验装置中的双缝，使两狭缝间的距离增大，则在光屏上看到的条纹（ ） A．条纹条数变少 B．条纹间距不变 C．条纹间距变大 D．条纹间距变小 6．双缝干涉实验装置如图所示，双缝间距离为，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（　　） 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，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 7．双缝干涉实验时，用黄光作为入射光照射双缝，在光屏上出现干涉图样。改用蓝光再次进行实验，看到的图样（　　） A．条纹变宽，间距均匀 B．条纹变宽，间距不均匀 C．条纹变窄，间距均匀 D．条纹变窄，间距不均匀 8．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是（　　） A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 9．（多选）平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，把一块平凸透镜压在一块平面玻璃上，让红光从上方射入，从上方入射光观察平凸透镜，可以观察到图乙所示明暗（红黑）相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是（　　） A．圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光干涉形成的 B．若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄 C．若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处条纹间距将变宽 D．若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹 10．利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图（a）所示，现使透明标准板M和待检工件间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图（b）所示的干涉条纹，条纹的弯曲处和对应于A和B处，下列判断中正确的是（　　） A．的上表面A处向上凸起 B．的上表面处向下凹陷 C．若减少薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小 D．条纹的点对应处的薄膜厚度相同 11．如图所示，在双缝干涉实验中，若单色光源S到两缝S1、S2距离相等，则屏上中央亮条纹位于图中O处。现将光源S向下移动到示意图中的S′位置，则（　　） A．中央亮条纹向下移动，且条纹间距不变 B．中央亮条纹向上移动，且条纹间距不变 C．中央亮条纹向下移动，且条纹间距增大 D．中央亮条纹向上移动，且条纹间距增大 12．如图所示，凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫做牛顿环。下列说法正确的是（　　） A．圆环状条纹是由于凸透镜上、下表面的反射光发生干涉形成的 B．圆环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越稀疏 C．如果改用一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环状条纹半径将变小 D．如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环状条纹半径将变大 13．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示，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所示．干涉条纹有如下特点： 任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等； 任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图装置中抽去一张纸片，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 A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失 14.(多选)双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点到两缝的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。已知红光、绿光和蓝光三种色光比较,红光的波长最长,蓝光的波长最短,那么如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹情况,下列叙述正确的是(　　) A.O点出现红光的亮条纹 B.红光的第一条亮条纹在P点的上方 C.O点不出现蓝光的亮条纹 D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 光的干涉 目 录 【学习目标】 1 【知识梳理】 2 知识点一 杨氏双缝干涉实验 2 知识点二 光的干涉 2 知识点三 干涉条纹和光的波长之间的关系 3 深化点拨 4 知识点四 薄膜干涉 6 深化点拨 6 【巩固训练】 9 【学习目标】 1．认识光的干涉现象，理解光是一种波,干涉是波特有的性质； 2．明确光产生干涉的条件以及相干光源的概念； 3．理解产生明暗条纹的条件，理解条纹间距与波长的关系； 4．理解薄膜干涉及其应用 【知识梳理】 知识点一 杨氏双缝干涉实验 1．1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，杨氏实验有力地证明了光是一种波。 2．双缝干涉实验 （1）双缝干涉的装置示意图：有光源、单缝、双缝和光屏。 ①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。 ②双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。 （2）实验过程：如图，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，两条狭缝就产生两个光源，它们的振动情况总是相同，两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。 （3）实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 （4）实验结论：证明光是一种波。 （5）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。|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…) 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。|PS1－PS2|＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…) 知识点二 光的干涉 1．定义：由两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些地方相互减弱，且加强区与减弱区相间隔的现象，叫做光的干涉。 2．相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。能发生干涉的两列波称为相干波，相干光源可用同一束光分成两列而获得。 3．产生的条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定（振动情况相同） 说明：任意两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象。 【典例1】如图所示是一种观察光的干涉现象的装置，称为劳埃德镜，图中M是一块普通平板玻璃制成的反射镜，单色缝光源S与镜面M平行(图中S只画成一个点)，右面P是光屏．P上从最高处A到D之间是S发出的光能照射到的区域．图中带箭头的线段表示从S发出的几条特殊光线，则下列说法正确的是(　　) A． 光屏上AD间的区域内都可以观察到明暗相间的干涉条纹 B． 光屏上只有AB间的区域内可以观察到明暗相间的干涉条纹 C． 光屏上只有BC间的区域内可以观察到明暗相间的干涉条纹 D． 光屏上只有CD间的区域内可以观察到明暗相间的干涉条纹 【答案】C 【解析】从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，图中BC的区域表示叠加的区域，这时，在屏幕上可以观察到明、暗相间的干涉条纹 知识点三 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 3．白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为： （1）白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短 （2）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 （3）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 深化点拨 关于光的干涉现象理解的四个误区 误区1：误认为单色光的双缝干涉条纹，中间宽，两边窄 产生误区的原因是对干涉图样认识不清。单色光的干涉条纹是平行等间距的。 误区2：误认为频率相同的两列光一定能发生干涉 出错的原因是对光发生干涉的条件理解不深，两列光要想发生干涉必须频率相同，还要振动方向相同，相位差恒定。 误区3：误认为屏上到双缝距离相等的中央位置一定是亮条纹 其原因是对中央位置是亮条纹还是暗条纹的条件不清楚，双缝到光屏中央距离相等，光程差为零。若两光源振动完全一致，中央一定是亮条纹，若两光源振动恰好相反，则中央为暗条纹。 误区4：误认为产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差为半波长的整数倍 产生误区的原因是没有分清产生明、暗条纹的条件，产生明条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于波长的整数倍，而产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于半波长的奇数倍。 【典例2】一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是(　　) A． 各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同 B． 各色光的速度不同，造成条纹的间距不同 C． 各色光的强度不同，造成条纹的间距不同 D． 各色光通过双缝到达一确定点的距离不同 【答案】A 【解析】一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹 【变式1】光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的(　　) A． 传播速度不同 B． 强度不同 C． 振动方向不同 D． 频率不同 【答案】D 【解析】两侧条纹间距与各色光的波长成正比，不同色光的频率不同、波长不同．这样除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了彩色条纹． 【变式2】在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的单色光照射双缝，则(　　) A．单色光的波长是2×10－7 m；P点出现暗条纹 B．单色光的波长是2×10－7 m；P点出现亮条纹 C．单色光的波长是5×10－7 m；P点出现暗条纹 D．单色光的波长是5×10－7 m；P点出现亮条纹 【答案】C 【解析】根据光波的速度公式：c＝λf，则有：λ＝＝ m＝5×10－7 m，光的路程差跟光波长之比为：n＝＝＝1.5；即路程差为光的半个波长的奇数倍。因此，两束光在该点振动减弱，出现光的暗条纹，故C正确，A、B、D错误。 故选C。 【变式3】双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到屏的距离为l，用红色激光照射双缝，调整实验装置使得屏上可以见到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹，下列说法正确的是(　　) A． 若只将屏向右移动一小段距离，屏上条纹会变得模糊不清 B． 若只将屏向右移动一小段距离，屏上相邻两亮纹间的距离变小 C． 若只将双缝间的距离减小，屏上相邻两亮纹间的距离变小 D． 若只将红色激光变为绿色激光，屏上相邻两亮纹间的距离变小 【答案】D 【解析】在波的干涉中，干涉条纹的间距Δx＝，由公式可得，条纹间距与波长、双缝到屏之间的距离成正比，与双缝间的距离d成反比， 若只将屏向右移动一小段距离，则干涉条纹的间距变大，不会变得模糊不清，故A、B错误；若只将双缝间的距离减小，则可得条纹间距变大，故C错误；若只将红色激光变为绿色激光，则波长变小，所以屏上相邻两亮纹间的距离变小，故D正确． 知识点四 薄膜干涉 1．薄膜干涉中相干光的获得 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。 2．薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程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，于是出现暗条纹。 3．形成亮、暗条纹的条件 薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝kλ（k＝0，1，2，3…），出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝λ（k＝0，1，2，3…）。 4．薄膜干涉的应用 （1）检查平面平整度的原理：光线经空气薄膜的上、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。 尖凹底凸：条纹向“尖”侧弯曲，工件凹陷；条纹向“底”侧弯曲，工件凸起。 （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零。 深化点拨 （1）由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时眼睛与光源应在膜的同一侧。 （2）在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的。 （3）因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的 【典例1】如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的(　　) A．a的上表面和b的下表面 B．a的上表面和b的上表面 C．a的下表面和b的上表面 D．a的下表面和b的下表面 【答案】C 【解析】干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃板之间的空气层．在空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以断定厚玻璃板的上表面是否平整．因此选项C是正确的． 【变式1】用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是(　　) A．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30° B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90° C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30° D．干涉条纹保持不变 【答案】D 【解析】竖直肥皂膜是由重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所形成的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D正确． 【变式2】如图，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是示意图图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】解：薄膜受重力作用，下厚而上薄，来自前后两个面的反射光叠加而形成干涉条纹，波峰和波峰、波谷与波谷叠加的点，出现亮纹，波峰与波谷叠加的点，出现暗纹； 故选： 。 【变式3】如图甲所示，用蓝色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到A处如图乙所示条纹中O的情况，下列说法正确的是（　　） A．条纹是光在标准板M的上表面反射和N的上表面反射叠加而成的 B．N的上表面A处向上凸起 C．将之间的薄片向右拉出一些，条纹会变密集 D．若改用绿光照射，条纹会变密集 【答案】B 【解析】A．条纹是光在标准板M的下表面反射和N的上表面反射叠加而成的。故A错误； B．空气薄膜厚度从左向右依次增大，又因为同一条纹上各处空气薄膜厚度相同，所以N的上表面A处空气厚度与左边相同，即向上凸起。故B正确； C．将之间的薄片向右拉出一些，空气薄膜厚度依次减小，观察到的条纹宽度会变大，所以条纹会变稀疏。故C错误； D．若改用绿光照射，入射光的波长变长，相邻明（暗）条纹会变大，所以条纹变稀疏。故D错误。 故选B。 【巩固训练】 1．教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为（　　） A．两盏灯亮度不同 B．灯光的波长太短 C．两灯光的振动频率不同 D．电灯发出的光不稳定 【答案】C 【解析】一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的，由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况才是相同的，因此两个普通白炽灯发出的光相遇时，振动频率不同，不符合干涉产生的条件，故C正确，ABD错误。 故选C。 2．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　) A． 干涉条纹消失 B． 彩色条纹中的红色条纹消失 C． 中央条纹变成暗条纹 D． 中央条纹变成红色 【答案】D 【解析】在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹，中央条纹变成红色． 3.如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是(　　) A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长 B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长 C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短 D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短 【答案】A 【解析】根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由题意可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此B、C、D错，A对。 故选A。 4.关于薄膜干涉，下列说法中正确的是(　　) A．只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象 B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象 C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹 D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在肥皂液膜的同一侧 【答案】D 【解析】当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹，这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现。当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象，如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的，故A、B、C错误；观察肥皂液膜干涉条纹时，是两列频率相同的反射光在肥皂液膜上出现的现象，因此观察者和光源应在肥皂液膜的同一侧，故D正确。 故选D。 5．在双缝干涉实验中，实验装置如图所示，图中①②③④⑤依次是是光源、滤光片、单缝、双缝、光屏．调整实验装置中的双缝，使两狭缝间的距离增大，则在光屏上看到的条纹（ ） A．条纹条数变少 B．条纹间距不变 C．条纹间距变大 D．条纹间距变小 【答案】D 【解析】根据；可知，使两狭缝间的距离d增大，则会使变小，即条纹间距变小，D正确。 故选D。 6．双缝干涉实验装置如图所示，双缝间距离为，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（　　） 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，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 【答案】B 【解析】A．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； B．根据双缝干涉条纹的间距公式；可知将光屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹，故B正确； C．根据双缝干涉条纹的间距公式；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； D．频率变大，波长变短，根据间距公式可知条纹间距变短，故D错误； 故选B。 7．双缝干涉实验时，用黄光作为入射光照射双缝，在光屏上出现干涉图样。改用蓝光再次进行实验，看到的图样（　　） A．条纹变宽，间距均匀 B．条纹变宽，间距不均匀 C．条纹变窄，间距均匀 D．条纹变窄，间距不均匀 【答案】C 【解析】根据双缝干涉条纹间距关系式，有；蓝光的波长比黄光的小，故条纹将变窄，间距均匀。 故选C。 8．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是（　　） A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 【答案】B 【解析】试题分析：通过观察发现，图乙中干涉条纹的宽度比甲图中的大，根据干涉条纹宽度干涉有：Δx＝，因此可以使缝屏距l变大，双缝距d减小，或换用波长较长即频率较低的光，以达到要求，故选项C、D错误；选项B正确；与光源到单缝的距离无关，故选项A错误． 9．（多选）平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，把一块平凸透镜压在一块平面玻璃上，让红光从上方射入，从上方入射光观察平凸透镜，可以观察到图乙所示明暗（红黑）相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是（　　） A．圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光干涉形成的 B．若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄 C．若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处条纹间距将变宽 D．若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹 【答案】BC 【解析】A．环状条纹是由凸透镜与平面玻璃所夹空气膜的上、下表面反射光干涉形成的，故A错误； B．绿光波长比红光波长短，若将红光改用绿光来照射，则条纹间距将变窄，故B正确； C．若换用曲率半径更大的凸透镜，则空气膜从内到外厚度的变化变缓，条纹间距变宽，故C正确； D．白光是复色光，若用白光照射，看到的是彩色的环状条纹，故D错误。 故选BC。 10．利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图（a）所示，现使透明标准板M和待检工件间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图（b）所示的干涉条纹，条纹的弯曲处和对应于A和B处，下列判断中正确的是（　　） A．的上表面A处向上凸起 B．的上表面处向下凹陷 C．若减少薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小 D．条纹的点对应处的薄膜厚度相同 【答案】D 【解析】AB．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，条纹的cd点在直条纹处，故cd点对应处的薄膜厚度相同，从弯曲的条纹可知，A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知A处凹陷，B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知B处凸起，故AB错误； C．当减少薄片的厚度，即减小空气薄层的宽度，导致同级的光程差的间距变大，则干涉条纹间距会增大，故C错误； D．由图可知，条纹间距相等，则条纹的cd点对应处的薄膜厚度也相同，故D正确。 故选D。 11．如图所示，在双缝干涉实验中，若单色光源S到两缝S1、S2距离相等，则屏上中央亮条纹位于图中O处。现将光源S向下移动到示意图中的S′位置，则（　　） A．中央亮条纹向下移动，且条纹间距不变 B．中央亮条纹向上移动，且条纹间距不变 C．中央亮条纹向下移动，且条纹间距增大 D．中央亮条纹向上移动，且条纹间距增大 【答案】B 【解析】在双缝干涉实验中，若把单色光源S从双缝S1、S2的中心对称轴位置稍微向下移动，通过双缝S1、S2的光仍然是相干光，仍可产生干涉条纹，中央亮纹的位置经过S1、S2到S的路程差仍等于0。由于；中央亮纹的位置略向上移，根据公式；条纹间距不变 故选B。 12．如图所示，凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫做牛顿环。下列说法正确的是（　　） A．圆环状条纹是由于凸透镜上、下表面的反射光发生干涉形成的 B．圆环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越稀疏 C．如果改用一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环状条纹半径将变小 D．如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环状条纹半径将变大 【答案】D 【解析】A．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，A错误； B．圆环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越密集，B错误； C．若换一个曲率半径更大的凸透镜，仍然相同的水平距离但空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大，C错误； D．如果改用波长更长的单色光照射而其它条件保持不变，则观察到的圆环状条纹间距变大，D正确。 故选D。 13．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示，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所示．干涉条纹有如下特点： 任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等； 任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图装置中抽去一张纸片，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 A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失 【答案】A 【解析】解：从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为，即光程差为空气层厚度的倍，当光程差时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为，显然抽去一张纸后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹或暗条纹之间的距离变大．故干涉条纹条纹变疏，故A正确． 故选A． 14.(多选)双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点到两缝的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。已知红光、绿光和蓝光三种色光比较,红光的波长最长,蓝光的波长最短,那么如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹情况,下列叙述正确的是(　　) A.O点出现红光的亮条纹 B.红光的第一条亮条纹在P点的上方 C.O点不出现蓝光的亮条纹 D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方 【答案】AB 【解析】中央O点到S1、S2的路程差为零,所以换不同颜色的光时,O点始终为亮条纹,选项A正确,C错误;波长越长,条纹间距越宽,所以红光的第一条亮条纹在P点上方,蓝光的第一条亮条纹在P点下方,选项B正确,D错误。 故选：AB。 / 学科网（北京）股份有限公司 $