4.3 专题 薄膜干涉图样的应用 重难点突破专项训练 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

4.3 薄膜干涉图样的应用 【素养目标】 1.理解薄膜干涉产生的原理； 2.知道几种典型干涉条纹的特点； 3.理解薄膜厚度与明暗条纹之间的关系，并能根据薄膜厚度变化分析对应干涉条纹产生的变化。 【知识梳理】 1.任意一条明条纹或暗条纹所在位置的薄膜厚度相等。 2.任意相邻两条明条纹(暗条纹)所对应的厚度差恒定。 3.在波长一定的情况下，两个相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离和发生干涉的薄膜厚度变化大小有关，薄膜厚度变化越小，条纹间距离越大，薄膜厚度变化越大，条纹间距离越小。 4.几种典型的薄膜干涉条纹(下表中是入射光为单色光时的图样) 类型 实验装置与干涉图样 干涉图样特点 竖放肥皂膜 肥皂膜上呈现水平方向明暗相间的条纹，条纹上宽下窄 空气劈尖 平行等间距明暗相间的条纹 牛顿环 明暗相间的圆环，中心条纹宽外边条纹窄 一、单选题 1．用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为（　　） A． B． C． D． 2．用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（　　） A． B． C． D． 3．利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度，如图（a）所示，现使透明标准样板M和待测工件N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P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是（　　） A．干涉条纹分别由M、N两板上表面的反射光叠加而产生 B．N板上表面的A处向下凹 C．M板的下表面的B处向上凸起 D．同一条纹上的c、d点对应处的空气薄膜厚度不相等 4．如图所示，将一个凸透镜压在一块平面玻璃上或另一个凸透镜上将观察到牛顿环，下列说法正确的是（　　） A．图甲的牛顿环，为中央是暗斑，离中心越远条纹越密 B．图乙的牛顿环，为中央是亮斑，离中心越远条纹越密 C．当单色光从正上方入射时，从下往上看凸透镜，可以观察到亮暗相间的圆环状条纹 D．当白光从正上方入射时，从上往下看凸透镜，可以观察到黑白相间的圆环状条纹 5．如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是（　　） A．条纹方向与AB边平行 B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大 C．减小薄片的厚度，条纹间距变小 D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小 二、多选题 6．如图所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是____． A．薄膜上的干涉条纹是竖直的 B．薄膜上的干涉条纹是水平的 C．用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的小 D．干涉条纹是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 E．干涉条纹的间距是不相等的 7．如图所示，将平板玻璃1放置在另一平板玻璃2之上，在一端加入两张纸片，用单色光从上面照射，可以观察到明暗相间的条纹。图中a、b为平板玻璃1的上、下表面，c、d为平板玻璃2的上、下表面，则（　　） A．明暗相间的条纹是由b、c面上的反射光干涉形成的 B．明暗相间的条纹是由a、d面上的反射光干涉形成的 C．若抽出一张纸，则条纹间距变大 D．若抽出一张纸，则条纹间距变小 8．光的干涉现象在技术中有重要应用。例如，在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度。如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，在样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线（如图甲），下列说法正确的是（　　）。 A．干涉条纹是空气薄层的上下两表面的反射光干涉产生的 B．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏 C．如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向下凹 D．如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向上凸 9．如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成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，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（　　） A．干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 B．干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D．若使用半径小一些的凸薄透镜，则干涉条纹的间距要变小 三、实验题 10．（1）干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上（图甲），让单色光从上方射入（示意图如图乙，其中R为凸透镜的曲率半径），从上往下看凸透镜，也可以观察到由干涉造成图丙所示的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环。如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径将_______（选填“变大”“变小”或“不变”）；如果换一个半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径将_______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 （2）采用波长为690nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为______nm。 （3）劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示，将一块厚为d的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2所示。设每张纸片厚度为x，平板玻璃左端离纸片距离为L，现若将波长为的可见光垂直入射到图1装置后，相邻两亮条纹之间的距离为_______。 11．(1)某物理小组同学尝试用两个平面镜做类似双缝干涉测量光的波长实验。两平面镜、的放置如图1所示，两镜面相交于垂直于纸面的线，且夹角接近。垂直纸面的线光源发出单色光照射两平面镜，能在光屏上观察到明暗相间的条纹。关于本实验，下列说法正确的是________（多选） A．光屏上观察到的条纹是等间距的 B．光源关于两平面镜的虚像、可视为两个相干光源 C．其他条件不变，仅把光屏右移，光屏上的条纹间距会变大 D．若把两镜面间的夹角增大到，光屏上仍可观察到明暗相间的条纹 (2)另一组同学在做“薄膜干涉”实验时，分别用红光和蓝光照射薄膜，形成的干涉图样如图2中A和B所示，其中图________（选填“A”或“B”）是红光形成的干涉图样。 12．劳埃德镜，又名劳埃镜，是爱尔兰物理学家劳埃德在1834年提出的一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从线光源发出的光，一部分直接射到足够大的光屏上，一部分经过平面镜反射后射到光屏上，两部分光在屏上的交叠区域产生干涉。某同学利用劳埃镜研究单色光的干涉现象。 (1)若要增大光屏上相邻两条亮条纹的间距，下列操作可行的是________。 A．换用波长更长的单色光 B．将线光源稍向上移动 C．将平面镜稍向右移动 D．将光屏稍向右移动 (2)已知线光源到平面镜的垂直距离为，到光屏的垂直距离为，光屏上的第3条亮纹与第7条亮纹中心间距为，则光屏上形成的相邻两条亮纹的中心间距_ _______，该单色光的波长________。 四、判断题 13．肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。 (1)过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形。（　　） (2)肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹。（　　） (3)肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化。（　　） (4)将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°。（　　） 试卷第6页，共6页 试卷第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 《4.3 薄膜干涉图样的应用》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 B D B A D BCD AC AC ACD 1．B 【详解】竖直平面内的肥皂液薄膜的干涉是等厚干涉，在同一条水平线上薄膜厚度相同，因此干涉条纹是水平的，因此ACD错误，B正确。 故选B。 2．D 【详解】用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，从透明薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度 时对应的条纹为亮条纹，在题目的干涉条纹中，从左向右条纹的间距逐渐增大，结合干涉条纹公式对应的厚度公式可知从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小。 故选D。 3．B 【详解】A．干涉条纹分别由M板的下表面、N板上表面的反射光叠加而产生，故A错误； BC．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，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，可知A处凹陷，即N板上表面的A处向下凹陷；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，可知B处凸起，即N板的上表面的B处向上凸起，故B正确，C错误； D．由图可知，条纹间距相等，则条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相等，故D错误。 故选B。 4．A 【详解】AB．牛顿环实验反映的是光的干涉现象，呈现条纹是由于空气膜上下表面所反射的光发生了干涉，亮暗条纹相间则与光程差是半波长的奇偶数倍有关，由于牛顿环接触中心处空气膜厚度为0，空气膜上下两面的反射光光程差为0，而由于有半波损失，所以实际光程差是半波长的奇数倍，两反射光发生相消干涉，是暗点，而条纹宽窄的差异，则是空气膜变化率的不同所导致的，变化率越大，光程差半波长的奇偶数倍更替得就越频繁，使得条纹更加密集，结合劈尖的知识去理解，空气膜厚度变化率越大，条纹也随之变密变窄，而牛顿环实验所用的平凸透镜的下表面是弧形的，即空气膜的上表面是弧形的，越靠近边缘空气膜厚度的变化越剧烈，所以条纹密度也就越大，故A正确，B错误； C．当单色光从正上方入射时，从下往上看凸透镜，观察不到亮暗相间的圆环状条纹，故C错误； D．当白光从正上方入射时，从上往下看凸透镜，可以观察到彩色的圆环状条纹，故D错误。 故选A。 5．D 【详解】A．薄膜干涉的光程差（d为薄膜厚度），厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因此条纹应与BC边平行，故A错误； B．因为两玻璃间形成的空气膜厚度均匀变化，因此条纹是等间距的，故B错误； C．减小薄片厚度，条纹间距将增大，故C错误； D．将红光换成蓝光照射，入射光波长减小，条纹间距将减小，故D正确。 故选D。 6．BCD 【详解】A、光从肥皂膜的前后表面反射形成相干光，其路程差与薄膜厚度有关；在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮纹(或暗纹)，因此，干涉条纹应是水平的，故选项A错误，BD正确； C、又因蓝光的波长小于红光的波长，所以用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距较红光的小，条纹间距相等，故选项C正确，选项E错误． 点睛：一束单色光从左侧射入肥皂薄膜，前后表面的反射光在前表面发生叠加，路程差即（膜的厚度的两倍）是半波长的偶数倍，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍，振动减弱，为暗条纹． 7．AC 【详解】AB．两平板玻璃之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，故A正确B错误； CD．设空气薄层的顶角为，两相邻亮条纹的间距为，如图所示，两处光的路程差分别为， 由，得 由几何关系得 若抽出一张纸，则变小，条纹间距变大，故C正确D错误。 故选AC。 8．AC 【详解】A．用单色光从标准平面上面照射，从楔形空气薄膜上下表面分别反射的两列光波频率相同，符合相干条件，在样板平面的下表面处发生干涉现象，出现明暗相间的条纹，A正确； B．出现亮条纹时光程差应满足 将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，则光程差变化较快，条纹变密，B错误； CD．在空气层厚度d相等的地方，光程差2d相等，属于同一条纹，图中条纹向左弯曲，条纹提前出现，表明被测表面弯曲对应位置向下凹，C正确，D错误。 故选AC。 9．ACD 【详解】AB．由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，B错误； C．由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故C正确； D．若使用半径小一些的凸薄透镜，则空气薄膜上的厚度变化更快，则形成的干涉条纹的间距要变小，故D正确。 故选ACD。 10． 变大 变大 345 【详解】（1）[1]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。用波长变长的光照射，则出现亮条纹的这一厚度需向远离中心，则圆环的半径变大。 [2]换一个表面曲率半径更大的凸透镜，出现亮条纹的这一厚度偏移中心，知圆环的半径变大。 （2）[3]由题意知，相邻亮条纹对应的空气层的厚度差为半个波长，故为345nm； （3）[4]从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，设空气膜的厚度为l，则其光程差为Δx=2l；即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差Δx=nλ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λ，相邻亮条纹之间的距离 （θ为两平板玻璃的夹角） 因 解得 11．(1)ABC (2)B 【详解】（1）A．该实验类似于双缝干涉实验，在双缝干涉现象中，相邻明条纹（或暗条纹）的间距是相等的 ，所以光屏上观察到的条纹是等间距的，故A正确； BD．同一光源发出的光的频率相同、相差恒定，经过两平面镜反射后成为相干光，光源S关于两平面镜的虚像可视为两个相干光源；若把两镜面间的夹角增大到，两反射光将不会再光屏上相遇，因此光屏上不能观察到明暗相间的条纹，故B正确，D错误； C．根据双缝干涉条纹间距公式 可知，其他条件不变， 仅把光屏右移，相当于增大了双缝到屏的距离L，光屏上的条纹间距会变大，故C正确。 故选ABC。 （2）红光的波长大于蓝光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式 可知，分别用红光和蓝光照射薄膜，红光的条纹间距比蓝光的大，因此形成的干涉图中图B是红光形成的干涉图样。 故选B。 12．(1)AD (2) 500 【详解】（1）A．根据，换用波长更长的单色光，光屏上相邻两条亮条纹的间距增大，故A正确； B．将线光源稍向上移动，即增大，为2倍线光源到平面镜的垂直距离，光屏上相邻两条亮条纹的间距减小，故B错误； C．将平面镜稍向右移动，不改变光屏上相邻两条亮条纹的间距，故C错误； D．将光屏稍向右移动，即增大，光屏上相邻两条亮条纹的间距增大，故D正确。 故选AD。 （2）[1]光屏上的第3条亮纹与第7条亮纹中心间距为，则相邻两亮条纹间距为 [2]根据，，，所以单色光的波长为 【点睛】 13．(1)正确 (2)正确 (3)错误 (4)错误 【详解】（1）肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，故说法正确； （2）薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，故说法正确； （3）形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，从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变化，故说法错误； （4）将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，故说法错误。 答案第4页，共4页 答案第3页，共4页 学科网（北京）股份有限公司 $