逍遥右脑 2013-06-03 21:42
光的干涉、用双缝干涉测波长、衍射现象
一、知识点梳理
1、光的干涉现象：
频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光， 在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。
（1）产生干涉的条：
①若S1、S2光振动情况完全相同，则符合 ，（n=0、1、2、3…）时，出现亮条纹；
②若符合 ，（(n=0，1，2，3…)时， 出现暗条纹。相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为 。
（2）熟悉条纹特点
中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。
2． 用双缝干涉测量光的波长
原理：两个相邻的亮纹或暗条纹的中心间距是Δx＝lλ/d
测波长为：λ＝d•Δx /l
（1）观察双缝干涉图样：
只改变缝宽，用不同的色光做，改变屏与缝的间距看条纹间距的变化
单色光：形成明暗相间的条纹。
白光：中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹。这是因为白光是由不同颜色的单色光复合而成的，而不同色光的波长不同，在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条下，光波的波长越长，各条纹之间的距离越大，条纹间距与光波的波长成正比。各色光在双缝的中垂线上均为亮条纹，故各色光重合为白色。
（2）测定单色光的波长：
双缝间距是已知的，测屏到双缝的距离 ，测相邻两条亮纹间的距离 ，测出 个亮纹间的距离 ，则两个相邻亮条纹间距：
3．光的色散：
不同的颜色的光，波长不同在双缝干涉实验中，各种颜色的光都会发生干涉现象，用不同色光做实验，条纹间距是不同的，说明：不同颜色的光，波长不同。
含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。
各种色光按其波长的有序排列就是光谱。
从红光→紫光，光波的波长逐渐变小。
4．薄膜干涉中的色散现象
如图：把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像：是液膜前后两个反射的光形成的，与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，自前后两个面的反射光用图中实虚线代表两列光，所走的路程差不同。
在某些位置叠加后加强，出现了亮纹，在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现了暗纹。
注意：
关于薄膜干涉要弄清的几个问题：
（1）是哪两列光波发生干涉；
（2）应该从哪个方向去观察干涉图样；
（3）条纹会向哪个方向侧移
5．应用
（1）照相机、望远镜的镜头表面的增透膜。
（2）检查工表面是否平整。
6．光的衍射现象
光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象。
产生明显衍射的条：障碍物或孔（缝）的尺寸与波长可比（相差不多）或更小。
单色光单缝衍射图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。
应用：用衍射光栅测定光波波长。
二、精选例题：
【例１】（1997年高考全国卷）在双缝干涉实验中，以白光为光，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ C ）
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
【例2】（如图所示）.单色光发出的光经一狭缝，照射到光屏上，则可观察到的图象是 （A）
【例3】如图（a）所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置，滤光片的作用是_____，单缝的作用是_______________，双缝的作用是______________，单缝和双缝之间的方向关系是_______________．某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图1），游标卡尺的示数如图3所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图2），游标卡尺的示数如图4所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图3中游标卡尺的示数为__________mm．图4游标卡尺的示数为_______________mm．实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是______________，所测单色光的波长为___________m．
答案：获得单色光，产生线光，产生相干光，平行，
11.5mm，16.7mm，减小实验误差，6.5×10－7．
【例4】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图16-1-4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膜，当光垂直入射后，从上往下看的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：（１）任意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等（２）任意相邻明纹或暗纹所对应的薄膜厚度恒定；现若在图甲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 ）
Ａ．变疏Ｂ．变密Ｃ．不变Ｄ．消失
【例5】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加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反向的光叠加而成的（ C ）
A．a的上表面、b的下表面
B．a的上表面、b的上表面
C．a的下表面、b的上表面
D.a的下表面、b的下表面D.
【例6】现代光学装置中的透镜，棱镜的表面常涂上一层薄膜（一般用氟化镁），当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，可以大大减少入射光的反射损失，从而增强透射光的强度，这种作用是应用了光的（C）
A．色散现象 B．全反射现象
C．干涉现象 D．衍射现象
（ 举一反三）、登运动员在登雪时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？
【例7】（2001年全国高考）在如图中所示,A、B两幅图是由单色光
分别入射到圆孔而成成的的图像，其中图A是光的 衍射
（填干涉或衍射）图像，由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径 小于 （填大于或小于）图B所对应的圆孔的孔径。
【例8】在双缝干涉实验中，如果将双缝中的一条挡住，其它都不改变，那么在光屏上观察到的现象将是 （答案C）
A.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是亮纹的亮度变暗了
B.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是由于挡住一条缝，所以光屏上只有一半区域内有干涉条纹，另一半区域内将没有干涉条纹
C.仍然有明暗相间的条纹，只是条纹的宽窄和亮度分布不再是均匀的了
D.由于只有单缝，不能形成相干光，所以不会发生光的干涉现象，光屏上将没有任何条纹出现
【例9】.如右图所示，L为水平放置的点亮的8w日光灯，T为一藤椅的竖直靠背，横藤条与日光灯管平行，竖藤条相互垂交织，它们之间是透空方格，P是与藤条靠背平行的白屏。现将屏从紧贴椅背处慢慢向远处(图中右方)平移，从屏上将依次看到( 答案C )
A.横藤条的影，横竖藤条的影?
B.竖藤条的影，横竖藤条的影?
C.横竖藤条的影，竖藤条的影，没有藤条的影?
D.横竖藤条的影，横藤条的影，没有藤条的影?
三、过关测试
1．如图所示是光的双缝干涉的示意图,下列说法中正确的是( )
①单缝S的作用是为了增加光的强度.
②双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光.
③当S1、S2发出两列光波到P点的路程差为光的波长λ的1.5 倍时,产生第二条暗条纹。
④当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为长λ时,产生中央亮条纹.
A.① B.①② C.②④ D.②③
2.在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差△x=0.6 ,若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是()
A.用频率为f1的单色光照射时,出现明条纹.
B.用频率为f2的单色光照射时,出现明条纹.
C.用频率为f1的单色光照射时,出现暗条纹.
D.用频率为f2的单色光照射时,出现暗条纹.
3．关于双缝干涉条纹的以下说法中正确的是()
A.用同一种单色光做双缝干涉实验,能观察到明暗相间的单色条纹.
B.用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差为该色光波长的整数倍.
C.用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差一定为该色光波长的奇数倍.
D.用同种单色光经双缝后干涉的暗条纹到两缝的距离之差一定为该色光半波长的奇数倍.
4．在双缝干涉实验中，以白光为光，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
D AD ABD C A C AC A BD AC B D B A
5．如图所示，一束白光从左侧射人肥皂薄膜，下列说法中正确的是 （ ）
①人从右侧向左看，可看到彩色条纹
②人从左侧向右看，可看到彩色条纹
③彩色条纹水平排列
④彩色条纹竖直排列
A．②③ B．①②④ C．②④ D．①③
6．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx。下列说法中正确的有 （ ）
A．如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大
B．如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大
C．如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大
D．如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx将增大
7．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．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由于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．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
8．在一发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆屏从较大调到完全闭合的过程中，在屏上看到的现象是：（ ）
Ａ．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗
Ｂ．先是圆形亮区，最后完全黑暗
Ｃ．先是圆形亮环，最后完全黑暗
Ｄ．先是圆形亮环，再是圆形亮区，最后完全黑暗
9．关于光学装置上的增透膜，下列说法中错误的是：（ ）
Ａ．照相机的镜头上涂增透膜后，可提高成像质量
Ｂ．光学镜头上涂增透膜，是为了使入射光的各种色光都不发生反射
Ｃ．增透膜的厚度应是入射光在介质中波长的四分之一
Ｄ．涂有增透膜的镜头，看上去呈淡紫色，说明增透膜增加了镜头对紫光的透射程度
10.在光的双缝干涉实验中，如果只改变一个条，以下说法中正确的是：（ ）
Ａ．使双缝间距变小，则条纹间距变宽
Ｂ．使屏与双缝距离变小，则条纹间距变宽
Ｃ．将入射光由绿光改为红光，则条纹间距变宽
Ｄ．将入射光由绿光改为紫光，则条纹间距变宽
11．如图所示的双缝干涉实验装置中，当使用波长为 的橙光做实验时，光屏中心点Ｐ点及其上方的P１点形成两条相邻的亮纹；若换用波长为 的紫光重复上述实验，在Ｐ和P1点形成的亮、暗纹情况是（ ）
Ａ．Ｐ和P1都是亮纹
Ｂ．Ｐ是亮纹，P1是暗纹
Ｃ．Ｐ是暗纹，P1是亮纹
Ｄ．Ｐ和P1都是暗纹
12．下面哪些属于光的干涉现象：（ ）
Ａ．雨后美丽的彩虹
Ｂ．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹
Ｃ．光通过三棱镜产生的彩色条纹
Ｄ．阳光下肥皂膜上的彩色条纹
13．关于光的衍射现象，以下说法中正确的是：（ ）
Ａ．缝的宽度 越小，衍射图案越亮
Ｂ．缝的宽度 越小，衍射现象越明显
Ｃ．缝的宽度 越小，光的传播路线越接近直线
Ｄ．入射光的波长越短，衍射现象越明显
14．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点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹。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的情况是：①O点是红光的亮条纹；②红光的第一条亮条纹在P点的上方；③O点不是蓝光的亮条纹；④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方。其中正确的是
A.只有①②正确 B.只有①④正确 C.只有②③正确 D.只有③④正确
15．在用双缝干涉测光的波长的实验中：⑴已知双缝到光屏之间的距离是600mm，双缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如左图所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如右图所示。这两次示数依次为_______mm和______mm。由此可以计算出本实验所用的单色光的波长为_______nm。
参考答案：
1.D
2.AD
3. ABD
4. C
5. A
6. C
7. AC
8.A
9. BD
10.AC
11. B
12. D
13. B
14.A
15.0.641 10.296， 536