第四章 4 光的干涉（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

本讲义聚焦光的干涉核心知识点，系统梳理双缝干涉（托马斯·杨实验装置、相干条件、亮暗条纹形成条件及间距影响因素）和薄膜干涉（相干光来源、原理及检查平面平整度、增透膜等应用），构建从物理史实到实验现象、理论分析再到实际应用的完整学习支架。 该资料以“问题驱动-实验探究-理论建构-应用拓展”为主线，通过例题解析（如双缝干涉条纹间距影响因素分析）和课时对点练，培养学生科学思维（模型建构、科学推理）与科学探究能力。结合手机屏幕检验等生活实例，体现科学态度与社会责任，课中辅助教师深化教学，课后助力学生查漏补缺、巩固知识。

4　光的干涉 [学习目标]　1.通过观察双缝干涉实验现象，认识双缝干涉图样的特点，理解产生干涉现象的条件及产生亮、暗条纹的条件(重点)。2.知道薄膜干涉的原理，并能用它解释生活中的相关现象(重点)。 一、双缝干涉 1.物理史实：1801年，物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，光的干涉现象充分表明光是一种波。 2.双缝干涉实验 (1)装置示意图 如图所示，由光源、单缝、双缝和光屏组成。 (2)实验过程：让一束平行的完全相同的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，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉现象。 (3)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 (4)实验结论：光是一种波。 3.光的干涉的条件： (1)两列光的频率相同； (2)两列光的振动方向相同； (3)两列光的相位差恒定。 4.双缝干涉图样 如图所示，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。 5.频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮、暗条纹的条件： (1)亮条纹的条件：屏上某点P到两狭缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即： |PS1-PS2|=kλ=2k·(k=0，1，2，3…) 说明：k=0时，PS1=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到两狭缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即： |PS1-PS2|=(2k-1)·(k=1，2，3…) 说明：k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。 6.影响双缝干涉条纹间距的因素 (1)由实验可知干涉条纹间距与光屏到双缝的距离l有关，l越大，条纹间距越大。 (2)与双缝间距d有关，d越大，条纹间距越小。 (3)与光的波长λ有关，λ越大，条纹间距越大。 1.托马斯·杨做实验时没有激光。他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。单缝、双缝分别起什么作用？ 答案　光通过单缝获得一个线光源，再通过双缝可以获得两束振动情况一致的相干光。 2.频率相同、振动步调总是相反的两列光波到屏上某点的路程差Δs=kλ(k=0，1，2，3…)时，此点出现什么条纹？ 答案　暗条纹 例1　用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时，以下推断正确的是(　　) A.双缝干涉图样中亮条纹之间的距离相等，暗条纹之间的距离不相等 B.若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹 C.像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时，该点处一定是亮条纹 D.图中双缝屏的作用是使通过双缝的光形成两列相干光 答案　D 解析　干涉条纹的宽度是相等的，A错误；若入射光是白光，则像屏上出现彩色干涉条纹，B错误；屏上某点到双缝的距离之差等于半波长的奇数倍时，这点将出现暗条纹，C错误；双缝的作用是得到两列相干光，D正确。 例2　(2024·眉山市高二期中)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　) A.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光 答案　C 解析　增大S1与S2的间距，条纹间距减小，故A错误； 减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，故B错误； 将绿光换成红光，波长增大，条纹间距增大，故C正确； 将绿光换成紫光，波长减小，条纹间距减小，故D错误。 二、薄膜干涉 大家使用的智能手机屏幕最前面是一块平板玻璃，如何在装配前检验它是否是平整无缺陷的？ 答案　使用薄膜干涉法，观察是否出现平行的干涉条纹。 1.薄膜干涉中相干光的获得：单色光平行照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射回来的两束光是相干光，它们相互叠加产生干涉。 2.薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差不同，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，两列波相遇后相互削弱，于是出现暗条纹。 甲 3.薄膜干涉的应用 (1)检查平面平整度 如图乙所示，在利用薄膜干涉检查平面的平整度时，在被测平面与透明样板间垫一个薄片，使样板的标准平面和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，光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是平整的，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 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。 (3)增反膜 当玻璃片表面镀上的透明薄膜厚度为入射光在薄膜中的波长的时，从介质薄膜前、后两个面反射的光的路程差为λ，两列光波相互加强，这就会增强反射光的强度，这样的膜叫增反膜。 1.在图甲所示的实验中，设薄膜厚度为d，则前后两个面的反射光的路程差为多少？什么情况下出现亮条纹？什么情况下出现暗条纹？ 答案　前后两个面的反射光的路程差等于相应位置薄膜厚度d的2倍，若路程差是半波长的偶数倍，则出现亮条纹，若路程差是半波长的奇数倍，则出现暗条纹。 2.(1)若增透膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？ (2)若增反膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？ 答案　(1)两列光波的路程差2d=(2n-1)(n=1，2，3…)，得d=(2n-1)(n=1，2，3…)。 (2)两列光波的路程差2d=2n·(n=1，2，3…)，得d=(n=1，2，3…)。 例3　(2024·自贡市第一中学高二月考)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 解析　由于薄膜不是均匀增厚的，从上到下薄膜增厚得越来越快，所以明暗相间的条纹是不等间距的，上疏下密，A正确； 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； 任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是半波长，保持不变，C错误； 若换用紫光照射，波长变小，则条纹间距将变小，D错误。 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。 例4　(多选)(2024·成都市高二期中)图甲是用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置。用单色光从上面照射，在标准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明暗相间的条纹(如图乙)，则下列判断正确的是(　　) A.干涉光来源于标准样板上表面和下表面的反射光 B.干涉光来源于标准样板下表面和厚玻璃板的上表面的反射光 C.若观察到的条纹如图丙所示，则厚玻璃板上表面有下凹的位置 D.若观察到的条纹如图丙所示，则厚玻璃板上表面有上凸的位置 答案　BC 解析　所观察到的干涉条纹是由厚玻璃板上表面和标准样板下表面反射的光叠加而成的，故A错误，B正确； 薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知检查平面左侧的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知该处凹陷，如图所示， 则厚玻璃板上表面有下凹的位置，故C正确，D错误。 课时对点练 [分值：60分] [1~8题，每题4分] 考点一　双缝干涉 1.(2024·遂宁市高二期中)如图所示，挡板上有两条方向竖直、距离很近的狭缝，当用单色光垂直照射双缝时，与挡板平行的光屏上出现的条纹形状是(　　) 答案　C 解析　单色光经过双缝后发生干涉现象，会得到如图C的干涉条纹。 2.如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的路程差|r1-r2|应为(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　在光屏P点出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为λ，而λ=，所以|r1-r2|=λ=，D项正确。 3.(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S1与S2的间距 答案　CD 解析　要使光屏的干涉图样条纹个数增加，要减小条纹间距，可增大S1与S2的间距d，或者减小双缝到光屏的距离l，故B错误，D正确； 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； 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。 4.(2024·黑吉辽)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 解析　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；换用红色激光照双缝，波长λ变大，则相邻两条亮纹中央间距变大，故B错误；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；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。 考点二　薄膜干涉 5.(2024·广元市高二期中)如图所示，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)(　　) 答案　C 解析　看到的明暗相间的条纹是从膜前后表面分别反射形成的两列相干光发生干涉形成的，肥皂液薄膜中的液体在重力作用下，导致从上至下的薄膜厚度不同，反射回来的两列光的同步性不同，亮条纹是干涉加强形成的，暗条纹是干涉减弱形成的，选项C正确。 6.(2024·广安市高二期中)光的干涉现象在技术中有重要应用，例如检查平面的平整程度。如图甲所示，把一标准透明板压在另一被检测透明板上，一端用两张纸片垫起，构成空气劈尖，让单色光a、b分别从上方射入，得到明暗相间的条纹如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.单色光a的波长比单色光b的波长大 B.若抽掉一张纸片，条纹间距会变小 C.若出现图丙的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的 D.若出现图丙的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的 答案　C 解析　b光的条纹间距较宽，则单色光a的波长比单色光b的波长小，故A错误； 薄膜干涉的光程差Δx=2d(d为薄膜厚度)，厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当抽掉一张纸片，薄片的厚度减小，同一厚度的空气膜向纸片移动，故条纹向着纸片移动，导致条纹间距变大，故B错误； 弯曲的条纹对应的被检查平面左边的空气膜厚度与末弯处平面的空气膜厚度相同，可知，对应的位置是凸起的，故C正确，D错误。 7.(2024·山东卷)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(　　) A.滚珠b、c均合格 B.滚珠b、c均不合格 C.滚珠b合格，滚珠c不合格 D.滚珠b不合格，滚珠c合格 答案　C 解析　单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面和下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的光程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的光程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。 8.为了提高光的利用率，生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，原理如图所示，入射光会分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光发生干涉相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度；已知某单色光在薄膜中的波长为λ，则关于增透膜的最小厚度d，下列说法正确的是(　　) A.d=λ B.d= C.d= D.d= 答案　D 解析　入射光分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，当光到薄膜的前表面和后表面的光程差为半波长的奇数倍时，两束反射光发生干涉相互抵消，增透膜的最小厚度d=，故选D。 [9~11题，每题6分] 9.(2024·德阳市第五中学高二月考)两块标准平面玻璃板形成一个劈形空间。内部为空气时，用单色光垂直照射玻璃板上表面，产生等间距的明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是(　　) A.观察薄膜干涉条纹时，眼睛应在入射光的另一侧 B.干涉条纹是由空气膜上下两个表面的反射光叠加而成 C.若在劈形空间内充满水，则相邻的亮条纹间距将变大 D.若在劈形空间内充满水，则相邻的亮条纹间距将保持不变 答案　B 解析　干涉条纹是由空气膜上下两个表面的反射光叠加而成，眼睛应在入射光的同一侧观察薄膜干涉条纹，故B正确，A错误； 如果在劈形的空间内充满水，根据公式n=，可知单色光在水中波速减小，由v=λf可知波长减小，则相邻的亮条纹间距将变小，故C、D错误。 10.(2024·泸州市龙马潭区高二期中)1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。实验基本装置如图所示，单色光源S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个相干光源。设光源S到平面镜所在平面的距离和到光屏的距离分别为a和L，光的波长为λ。如果仅改变以下条件，下列关于光屏上相邻两条亮条纹间距Δx的描述正确的是(　　) A.平面镜水平向左移动少许，Δx将变小 B.平面镜竖直向下移动少许，Δx将变小 C.光屏向左移动少许，Δx将变大 D.点光源S由红色光换成绿色光，Δx将变大 答案　B 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，该干涉现象可以看成双缝干涉，设S与S的虚像S'之间的距离为d，d=2a，光源S到光屏的距离L可以看成双缝屏到像屏的距离。 平面镜水平向左移动少许，L不变，d不变，则Δx不变；平面镜竖直向下移动少许，a变大，L不变，Δx将变小；光屏向左移动少许，d不变，L变小，Δx将变小；点光源S由红色光换成绿色光，波长变小，Δx将变小，故B正确，A、C、D错误。 11.某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置，如图所示。厚度相同的两块材料甲置于水平放置的厚度均匀的两玻璃平板之间，上表面倾斜的材料乙放在上玻璃板正下方。单色光垂直照射到上玻璃板上，可观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　) A.干涉条纹是由上玻璃板上下表面的反射光叠加产生的 B.若换用波长更长的单色光，条纹间距将变窄 C.若材料甲膨胀更明显，则温度升高时条纹间距会变宽 D.若温度升高时观察到干涉条纹向左移动，说明材料甲膨胀更明显 答案　D 解析　干涉条纹是由上玻璃板下表面与材料乙上表面的反射光叠加产生的，A错误； 可将该干涉看成薄膜干涉，波长变长，条纹间距将变宽，B错误； 若材料甲膨胀更明显，相当于空气膜的厚度增大，则温度升高时条纹间距会变窄，C错误； 若干涉条纹向左移动，即向空气膜较薄的方向移动，说明上玻璃板与材料乙之间的空气膜厚度增大，说明材料甲膨胀更明显，D正确。 [10分] 12.(多选)(2024·遂宁中学高新校区高二月考)利用薄膜干涉原理可以测量金属丝的直径。将矩形的平行薄玻璃板AB放在水平标准工件的上面，右侧垫有粗细均匀的直金属丝，在标准工件与玻璃板之间形成一个楔形空气膜，其截面如图所示。用波长为λ的光，垂直标准工件方向射向玻璃板，在玻璃板上方形成平行条纹，测出相邻亮条纹中心间的距离为Δx，金属丝与标准工件的接触点D到楔形顶端C点的距离为L，以下说法正确的是(　　) A.条纹方向平行于CD B.金属丝的直径为 C.当金属丝向右移动少许时，Δx变小 D.在同一位置换用更细的金属丝时，Δx变大 答案　BD 解析　根据薄膜干涉原理，干涉条纹平行等宽，方向应垂直于CD，故A错误； 设金属丝直径为d，玻璃板与标准工件间夹角为α，由几何关系有tan α=， 当光垂直标准工件方向射向玻璃板时，得到干涉条纹，相邻两亮条纹对应劈尖厚度差为Δy=， 由几何关系有tan α=，则=，则d=，故B正确； 根据d=，可得Δx=， 当金属丝向右移动少许时，即L增大，则Δx变大，在同一位置换用更细的金属丝时，L不变，d减小，则Δx变大，故C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $