第四章 3 光的干涉-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册学习手册（人教版）

第四章光。 入射光线 矩形窗口 右 A.透明塑料的折射率应小于V2 B.塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成 油量计 暗区 立体图 正面图 C.油量增加时，亮区范围变大 甲 情境拓展题图 D.对于透明塑料和油来说，油是光密介质 3.光的干涉 1.单缝的作用。 知识梳理 获得线光源，使光源有唯一的频率和振 川知识点1 动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去 光的双缝干涉 单缝屏。托马斯·杨那时没有激光，因此他 1.光的干涉现象。 用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再 通过双缝产生相干光。 的两列光波相叠加， 2.双缝的作用。 某些区域的光被 某些区域的光被 平行光照射到单缝S上，又照射到双缝 并且光被加强和减弱的区域相互 S、S2上，这样一束光被分成两束 间隔的现象叫作光的干涉现象。 相同、振动情况完全 的相干光。 2.光产生干涉现象的条件。 3.屏上某处出现亮、暗条纹的条件。 两列光 (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 光的干涉实验最早是英国物理学家托马 波长的偶数倍。即： 斯·杨在1801年成功完成的，这就是历史上 (2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S, 著名的杨氏双缝干涉实验，它有力地证明了 和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。 光是 0 即： 川知识点2杨氏双缝干涉实验 川知识点3双缝干涉图样的特点 双缝干涉的装置示意图。 1.中央为 。 两边是明暗相间的条 实验装置如图所示，有光源、单缝、双 纹。且亮条纹与亮条纹间、暗条纹与暗条 缝和光屏。 单缝 双缝 光屏 纹间的距离 2.条纹间距： 其中d为两缝间 的距离，1为双缝到屏的距离，入为光的 波长。 学 73 高中物理选择性必修第一册（人教版） 3.若用白光做光源，干涉条纹是彩色条纹， 如果被检查平面是光滑的，得到的干涉 中央亮纹是 的。 条纹是等间距的。如果被检查平面某处凹 下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起， 川知识点4薄膜干涉 则对应条纹延后出现。 1.薄膜干涉的原理 2.镜片增透膜。 光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的 在光学元件（透镜、棱镜）的表面涂一 不同位置，前、后两个面的反射光的路程差 层薄膜，当薄膜的厚度是光在薄膜中波长的 不同，在某些位置两列波叠加后相互加强， 时，在薄膜的两个面上的反射光的 于是出现 ；在另一些位置，两列波 光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，起 相遇后相互削弱，于是出现 到减小反射光、增大透射光强度的作用。 2.形成亮、暗条纹的条件。 要点突破 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 川要点1光的干涉 的路程差△x=n入(n=0,±1，±2，±3，…)， 出现暗条纹的位置，两束光的路程差△x= 理解光的干涉条件，掌握双缝干涉加强 (2n+l0号m-0,,2,3,…) 区、减弱区的位置特点，掌握双缝干涉条纹 宽度公式。 蓝光 红光 红光 例1如图所示，在“双缝干涉”实验中， S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P 双缝间距0.36mm双缝间距0.36mm双缝间距0.18mm 点与S1和S2距离之差为2.1×106m,今分别 用A、B两种单色光在空气中做“双缝干 川知识点5光的干涉的应用 涉”实验。 1.干涉法检查平面。 如图所示，将被检查平面和放在上面的 透明标准样板的一端垫一薄片，使标准样板 和被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单 色光从上面照射，入射光在 的上 例1题图 下表面反射出的两列光波发生干涉，根据干 (1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波 涉条纹的形状来确定零件的表面情况。 长为4×107m,当A光作为光源时，问 P点是亮条纹还是暗条纹。 单色光 标准样板 (2)已知B光在某种介质中波长为3.15× 薄片 10'm,当B光从这种介质射向空气时， 被检查平面 临界角为37°，当B光作为光源时，问 74学 第四章光。 此时P点是亮条纹还是暗条纹(sin37 ≈0.6，c0s37°≈0.8) 变式训练1 (3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住， 双缝干涉实验装 |n玻璃片 试分析光屏上能观察到的现象。 置的截面图如图所示。 光源S到S、S2的距 思路点拨 离相等，O点为S1、S2 变式训练1题图 已知P点与S1和S2的距离之差，由 连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的光 出现亮、暗条纹的条件可判断是亮条纹 的波长为入。经S,出射后垂直穿过玻璃片传 或暗条纹。根据n=日，=水，频率∫相 播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由 S,到O点与由S2到O点，光传播的时间差为 等，求出A光在空气中的波长。对于B △t。玻璃片厚度为10入，玻璃对该波长光的 光，根据临界角公式sinC=1求出折射 折射率为1.5，空气中光速为c,不计光在玻 率，再用同样的方法求出B光在空气中 璃片内的反射。以下判断正确的是() 的波长，由此判断是亮条纹还是暗条纹。 A.4=5A B.△=15A c 2c 遮住一条缝，A光通过另一条缝会发生 单缝衍射现象，即可判断出在光屏上条 C.△=10A D.41=15A 纹的情况。 川要点2薄膜干涉 明确薄膜干涉中，相干光源是薄膜的前 后两个表面的反射光，明暗条纹是由薄膜厚 度决定的。 例2（多选）把一个平行玻璃板压在另 个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空 气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示， 这时可以看到亮暗相间的条纹。下面关于条 纹的说法正确的是() 单色光， 薄片 例2题图 A.将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条 纹变疏 学 75 高中物理选择性必修第一册（人教版） B.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条 情境拓展 纹变疏 C.将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 如图为利用光学干涉原理测量滚珠K直 D.将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动 径的装置。将标准立方体玻璃块G放在平板 思路点拔 H2上，上面盖一块标准平面玻璃板H,使 中间空气层形成劈尖，劈尖开口间距d(未 从空气膜的上、下表面分别反射的 知)远小于玻璃块G的边长。用单色光从上 两列光是相干光，其路程差为空气层厚 方垂直照射玻璃板H,在玻璃板H,与玻璃 度的2倍，当路程差为△x=n入时，此处 块G之间的劈尖处得到了等距干涉条纹。滚 表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空 珠K与玻璃板H的接触点为M,滚珠K和 气层的厚度差为分， 从而可求解。 玻璃块G接触。已知相邻亮条纹间距为△x, 再结合下列哪个选项中的数据可以求解滚珠 B变式训练2 K的直径() (多选)如图所示为一 竖直的肥皂膜的横截面，用 H 单色光照射薄膜，在薄膜上 产生明暗相间的条纹，下列 说法正确的是() 变式训练2题图 A.薄膜上产生的干涉条纹是竖直的 情境拓展题图 B.用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间 A.玻璃板H,的厚度h1、平板H2的厚度h2 距比用红光照射时的小 B.M点与玻璃板H,右端的距离 C.干涉条纹是光线在薄膜前、后两表面反 C.单色光的波长入、玻璃板H的厚度h 射形成的两列光波叠加的结果 D.单色光的波长入、标准立方体玻璃块G的 D.干涉条纹的间距是不相等的 棱长a 4.实验：用双缝干涉测量光的波长 光源透镜单缝 双缝 遮光筒 毛玻璃 知识梳理 目镜 川知识点用双缝干涉测量光的波长 2.实验器材。 实验原理。 光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、 1.实验装置如图所示。 双缝、遮光筒、毛玻璃、测量头。另外，还 76)学高中物理选择性必修第一册（人教版） “2.全反射 知识梳理 知识点1 1.小大2.相对 知识点2 1.光密光疏折射反射2.90°介质空气 (真空)sinC=13.(1)光密光疏(2)等于或 n 大于 知识点3 1.等腰直角三角形方向高2.内芯外套大 全反射 要点突破 例矿【解析】设纸片的最小半 径为r,玻璃砖的临界角为C,则sinC 元，=受anC,计算得 1 a 2V2-I 例题答图 V),则聚小面积罗 5 变式训练 (1)aresin V3 (2)V3 3 3 情境拓展 D【解析】如图所示，光由上面 射入透明塑料中，在直角部分发生全 反射时上面看起来才会明亮，光再从 透明塑料射向空气，此时发生全反射 的条件是折射率n≥，1 2sin45=V2, 情境拓展题答图 即透明塑料的折射率应大于V2,故A错误；光从塑 料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形 窗口形成暗区，故B错误；油量增加时，被浸入到油中 的塑料锯齿增多，则全反射光线减小，则亮区范围变 小，故C错误；透明塑料的折射率小于油的折射率，对 于透明塑料和油来说，油是光密介质，故D正确。故 选D >m3.光的干涉 知识梳理 知识点1 1.频率相同相位差恒定振动方向相同加强 减弱2.频率相同相位差恒定振动方向相同一种 32 波 知识点2 2.频率一致3.(1)PS1-PS=n入(n=0,±1，±2， ±3，…) (2)s-s=(2+1)今(n=0,1.2, ±3，…) 知识点3 1.亮条纹相等2.△入3.白色 d 知识点4 1.亮条纹暗条纹 知识点5 1.空气层2子 要点突破 例1(1)暗条纹（2)亮条纹(3)见解析 【解析】(1)设A光在空气中波长为入，在介质中波长 为2，由n=C=得入=nA=1.5x4x10m=6x107m。根 v入2 据距离之差4r=2.1×106m,所以N,=Ay=2,1x10m 入16x10m 3.5,由此可知，S和S2到P点的距离之差△x是波长入1 的3.5倍，所以P点为暗条纹。(2)根据临界角与折射 率的关系加C得m初亨。由此可知，B光在 空气中波长为X=nA=亭x3.15x107m=525x10m。所 以N-会老器0品4。可见，用B光作为光源，P 点为亮条纹。(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹， 但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗。 变式训练1A 例2AC【解析】楔形空 气层的上、下两个表面反射的 两列光波发生干涉，空气层厚 度相同的地方，两列波的路程 c 差相同，故如果被测表面是平 B'D'B D 的，干涉条纹就是一组平行的 例2题答图 直线，如答图所示，当劈角α 增大为B时，相邻的条纹由A、C处左移至A'、C处。 设CD-AB=△，则CD-4B=4,放AC。AC nB。因为B>a,所以ACA'C,放劈角变大时，条纹 △s 变密。反之，劈角变小时，条纹变疏，A正确，B错误。 同理，当上玻璃板平行上移时，条纹向着劈尖移动，且 间距不变，C正确，D错误。 变式训练2BC 情境拓展 D【解析】对于空气劈尖干涉，相邻亮条纹（或暗 条纹)对应空气层厚度差为今，设相邻亮条纹间距为 入 △x,空气劈尖的夹角为0，则有sin0=2。 。又6很小， 则有n9=0六。总，设滚珠K的直径为D,作 出几何关系如图所示，由几何关系可得tam9=a-D- D 2 2a-D,又an0=7入-4，联立解得D=2+n9 2a D 2Ax a 4山十，可知要测量滚珠K的直径D,则需要测量单色 4a△x 光的波长、标准立方体玻璃块G的棱长a。故选D。 G H2 情境拓展题答图 >"4.实验：用双缝干涉测量光的波长 知识梳理 知识点 3.(2)4g42)A=合 n-1 要点突破 例1(1)EDB(2)放置单缝、双缝时， 必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当【解析】 (1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获 取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃 屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。(2)在操 作步骤②时应注意的事项：放置单缝、双缝时，必须使 缝平行；单缝、双缝间的距离要适当。 变式训练(1)13.8702.310(2)号4x6.6x10 例2(1)A(2)1.970【解析】(1)调节光源 高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需要放单缝 和双缝，A错误；测量某条干涉亮条纹位置时，应使测 参考答案与解析。 微目镜分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐，B正 确；n条亮条纹之间有n-1个间距，相邻条纹的间距 △-m名，C正确。(2)手轮的读数为15m+0.01× 47.0mm=1.970mm。 情境拓展 C【解析】根据条纹间距公式△x=1入可知，增大滤 光片到单缝的距离，对条纹间距△x没有影响：增大双 缝间的距离d,条纹间距△x将减小；增大双缝到屏的距 离L,条纹间距△x将增大；把黄色滤光片换成绿色滤光 片，则色光的波长入变小了，条纹间距△x也将减小。 故选C。 n5.光的衍射 知识梳理 1.障碍物3.(1)亮条纹越窄越暗白光紫 光红光越暗(2)不等距圆环(3)亮斑波动 说白色彩色圆环 要点突破 例1D【解析】当孔足够大时，由于光的直线传 播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的 继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆 形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当 时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部 消失，所以D正确。 变式训练1衍射小于 例2C【解析】根据干涉和衍射的条件，两块玻 璃板的空气层形成薄膜干涉，白炽灯发出的光通过狭缝 会发生衍射现象。 变式训练2AB 情境拓展 D【解析】当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小 于波的波长，会发生明显的衍射现象，该装置运用了光 的衍射现象，与激光通过单缝看到的衍射条纹是相同 的，即产生不等间距条纹、中央条纹特别宽，两侧条纹 较窄，条纹对称分布。故选D。 >m6.光的偏振激光 知识梳理 1.沿一切方向振动相同2.方向振动横波 3.(1)平行(2)通过 33