高三物理教案：《光的干涉教案》教學設計

　　本文題目：高三物理教案：光的干涉教案

　　光的干涉、用雙縫干涉測波長、衍射現象

　　一、知識點梳理

　　1、光的干涉現象：

　　頻率相同，振動方向一致，相差恒定(步調差恒定)的兩束光， 在相遇的區域出現了穩定相間的加強區域和減弱區域的現象。

　　(1)產生干涉的條件：

　　①若S1、S2光振動情況完全相同，則符合 ，(n=0、1、2、3…)時，出現亮條紋;

　　②若符合 ，((n=0，1，2，3…)時， 出現暗條紋。相鄰亮條紋(或相鄰暗條紋)之間的中央間距為 。

　　(2)熟悉條紋特點

　　中央為明條紋，兩邊等間距對稱分布明暗相間條紋。

　　2. 用雙縫干涉測量光的波長

　　原理：兩個相鄰的亮紋或暗條紋的中心間距是Δx=lλ/d

　　測波長為：λ=d?Δx /l

　　(1)觀察雙縫干涉圖樣：

　　只改變縫寬，用不同的色光來做，改變屏與縫的間距看條紋間距的變化

　　單色光：形成明暗相間的條紋。

　　白光：中央亮條紋的邊緣處出現了彩色條紋。這是因為白光是由不同顏色的單色光復合而成的，而不同色光的波長不同，在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離不變的條件下，光波的波長越長，各條紋之間的距離越大，條紋間距與光波的波長成正比。各色光在雙縫的中垂線上均為亮條紋，故各色光重合為白色。

　　(2)測定單色光的波長：

　　雙縫間距是已知的，測屏到雙縫的距離 ，測相鄰兩條亮紋間的距離 ，測出 個亮紋間的距離 ，則兩個相鄰亮條紋間距：

　　3.光的色散：

　　不同的顏色的光，波長不同在雙縫干涉實驗中，各種顏色的光都會發生干涉現象，用不同色光做實驗，條紋間距是不同的，說明：不同顏色的光，波長不同。

　　含有多種顏色的光被分解為單色光的現象叫光的色散。

　　各種色光按其波長的有序排列就是光譜。

　　從紅光→紫光，光波的波長逐漸變小。

　　4.薄膜干涉中的色散現象

　　如圖：把這層液膜當做一個平面鏡，用它觀察燈焰的像：是液膜前后兩個反射的光形成的，與雙縫干涉的情況相同，在膜上不同位置，來自前后兩個面的反射光用圖中實虛線來代表兩列光，所走的路程差不同。

　　在某些位置疊加后加強，出現了亮紋，在另一些位置，疊加后相互削弱，于是出現了暗紋。

　　注意：

　　關于薄膜干涉要弄清的幾個問題：

　　(1)是哪兩列光波發生干涉;

　　(2)應該從哪個方向去觀察干涉圖樣;

　　(3)條紋會向哪個方向側移

　　5.應用

　　(1)照相機、望遠鏡的鏡頭表面的增透膜。

　　(2)檢查工件表面是否平整。

　　6.光的衍射現象

　　光偏離直線傳播繞過障礙物進入陰影區域里的現象。

　　產生明顯衍射的條件：障礙物或孔(縫)的尺寸與波長可比(相差不多)或更小。

　　單色光單縫衍射圖象特點：中央條紋最寬最亮，兩側為不等間隔的明暗相間的條紋。

　　應用：用衍射光柵測定光波波長。

　　二、精選例題：

　　【例1】(1997年高考全國卷)在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，這時( C )

　　A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失

　　B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的雙縫干涉條紋依然存在

　　C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮

　　D.屏上無任何光亮

　　【例2】(如圖所示).單色光源發出的光經一狹縫，照射到光屏上，則可觀察到的圖象是　　(A)

　　【例3】如圖(a)所示是利用雙縫干涉測定單色光波長的實驗裝置，濾光片的作用是_____，單縫的作用是_______________，雙縫的作用是______________，單縫和雙縫之間的方向關系是_______________.某同學在做該實驗時，第一次分劃板中心刻度對齊A條紋中心時(圖1)，游標卡尺的示數如圖3所示，第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時(圖2)，游標卡尺的示數如圖4所示，已知雙縫間距為0.5mm，從雙縫到屏的距離為1m，則圖3中游標卡尺的示數為__________mm.圖4游標卡尺的示數為_______________mm.實驗時測量多條干涉條紋寬度的目的是______________，所測單色光的波長為___________m.

　　答案：獲得單色光，產生線光源，產生相干光源，平行，

　　11.5mm，16.7mm，減小實驗誤差，6.5×10-7.

　　【例4】劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖16-1-4所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣膜，當光垂直入射后，從上往下看的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點：(1)任意一條明紋或暗紋所在位置下面的薄膜厚度相等(2)任意相鄰明紋或暗紋所對應的薄膜厚度恒定;現若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋：(　A　　)

　　A.變疏 B.變密 C.不變 D.消失

　　【例5】如圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用單色光是用普通光源加濾光片產生的。檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反向的光疊加而成的( 　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】現代光學裝置中的透鏡，棱鏡的表面常涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)，當薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的1/4時，可以大大減少入射光的反射損失，從而增強透射光的強度，這種作用是應用了光的(C)

　　A.色散現象 B.全反射現象

　　C.干涉現象 D.衍射現象

　　( 舉一反三)、登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴重地損壞視力。有人想利用薄膜干涉的原理設計一種能大大減小紫外線對眼睛的傷害的眼鏡。他選用的薄膜材料的折射率為n=1.5，所要消除的紫外線的頻率為8.1×1014Hz，那么它設計的這種“增反膜”的厚度至少是多少?

　　【例7】(2001年全國高考)在如圖中所示,A、B兩幅圖是由單色光

　　分別入射到圓孔而成成的的圖像，其中圖A是光的 衍射

　　(填干涉或衍射)圖像，由此可以判斷出圖A所對應的圓孔的孔徑 小于 (填大于或小于)圖B所對應的圓孔的孔徑。

　　【例8】在雙縫干涉實驗中，如果將雙縫中的一條擋住，其它都不改變，那么在光屏上觀察到的現象將是 (答案C)

　　A.仍然是均勻分布的明暗相間的條紋，只是亮紋的亮度變暗了

　　B.仍然是均勻分布的明暗相間的條紋，只是由于擋住一條縫，所以光屏上只有一半區域內有干涉條紋，另一半區域內將沒有干涉條紋

　　C.仍然有明暗相間的條紋，只是條紋的寬窄和亮度分布不再是均勻的了

　　D.由于只有單縫，不能形成相干光源，所以不會發生光的干涉現象，光屏上將沒有任何條紋出現

　　【例9】.如右圖所示，L為水平放置的點亮的8w日光燈，T為一藤椅的豎直靠背，橫藤條與日光燈管平行，豎藤條相互垂交織，它們之間是透空方格，P是與藤條靠背平行的白屏。現將屏從緊貼椅背處慢慢向遠處(圖中右方)平移，從屏上將依次看到( 答案C 　 )

　　A.橫藤條的影，橫豎藤條的影?

　　B.豎藤條的影，橫豎藤條的影?

　　C.橫豎藤條的影，豎藤條的影，沒有藤條的影?

　　D.橫豎藤條的影，橫藤條的影，沒有藤條的影?

　　三、過關測試

　　1.如圖所示是光的雙縫干涉的示意圖,下列說法中正確的是( )

　　①單縫S的作用是為了增加光的強度.

　　②雙縫S1、S2的作用是為了產生兩個頻率相同的線狀光源.

　　③當S1、S2發出兩列光波到P點的路程差為光的波長λ的1.5 倍時,產生第二條暗條紋。

　　④當S1、S2發出的兩列光波到P點的路程差為長λ時,產生中央亮條紋.

　　A.①　　　　B.①②　　　C.②④　　　D.②③

　　2.在雙縫干涉實驗中,雙縫到光屏上P點的距離之差△x=0.6 ,若分別用頻率為f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫,則P點出現明、暗條紋的情況是( )

　　A.用頻率為f1的單色光照射時,出現明條紋.

　　B.用頻率為f2的單色光照射時,出現明條紋.

　　C.用頻率為f1的單色光照射時,出現暗條紋.

　　D.用頻率為f2的單色光照射時,出現暗條紋.

　　3.關于雙縫干涉條紋的以下說法中正確的是( )

　　A.用同一種單色光做雙縫干涉實驗,能觀察到明暗相間的單色條紋.

　　B.用同一種單色光經雙縫干涉的明條紋到兩縫的距離之差為該色光波長的整數倍.

　　C.用同一種單色光經雙縫干涉的明條紋到兩縫的距離之差一定為該色光波長的奇數倍.

　　D.用同種單色光經雙縫后干涉的暗條紋到兩縫的距離之差一定為該色光半波長的奇數倍.

　　4.在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，這時( )

　　A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失

　　B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的雙縫干涉條紋依然存在

　　C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮

　　D.屏上無任何光亮

　　D AD ABD C A C AC A BD AC B D B A

　　5.如圖所示，一束白光從左側射人肥皂薄膜，下列說法中正確的是 ( )

　　①人從右側向左看，可看到彩色條紋

　　②人從左側向右看，可看到彩色條紋

　　③彩色條紋水平排列

　　④彩色條紋豎直排列

　　A.②③ B.①②④ C.②④ D.①③

　　6.用綠光做雙縫干涉實驗，在光屏上呈現出綠、暗相間的條紋，相鄰兩條綠條紋間的距離為Δx。下列說法中正確的有 ( )

　　A.如果增大單縫到雙縫間的距離，Δx 將增大

　　B.如果增大雙縫之間的距離，Δx 將增大

　　C.如果增大雙縫到光屏之間的距離，Δx將增大

　　D.如果減小雙縫的每條縫的寬度，而不改變雙縫間的距離，Δx將增大

　　7.如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結果在上方觀察到如圖乙所示的同心內疏外密的圓環狀干涉條紋，稱為牛頓環，以下說法正確的是 ( )

　　A.干涉現象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的

　　B.干涉現象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的

　　C.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的

　　D.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的

　　8.在一發光的小電珠和光屏之間放一個大小可以調節的圓形孔屏，在圓屏從較大調到完全閉合的過程中，在屏上看到的現象是：( )

　　A.先是圓形亮區，再是圓形亮環，最后完全黑暗

　　B.先是圓形亮區，最后完全黑暗

　　C.先是圓形亮環，最后完全黑暗

　　D.先是圓形亮環，再是圓形亮區，最后完全黑暗

　　9.關于光學裝置上的增透膜，下列說法中錯誤的是：( )

　　A.照相機的鏡頭上涂增透膜后，可提高成像質量

　　B.光學鏡頭上涂增透膜，是為了使入射光的各種色光都不發生反射

　　C.增透膜的厚度應是入射光在介質中波長的四分之一

　　D.涂有增透膜的鏡頭，看上去呈淡紫色，說明增透膜增加了鏡頭對紫光的透射程度

　　10.在光的雙縫干涉實驗中，如果只改變一個條件，以下說法中正確的是：( )

　　A.使雙縫間距變小，則條紋間距變寬

　　B.使屏與雙縫距離變小，則條紋間距變寬

　　C.將入射光由綠光改為紅光，則條紋間距變寬

　　D.將入射光由綠光改為紫光，則條紋間距變寬

　　11.如圖所示的雙縫干涉實驗裝置中，當使用波長為 的橙光做實驗時，光屏中心點P點及其上方的P1點形成兩條相鄰的亮紋;若換用波長為 的紫光重復上述實驗，在P和P1點形成的亮、暗紋情況是( )

　　A.P和P1都是亮紋

　　B.P是亮紋，P1是暗紋

　　C.P是暗紋，P1是亮紋

　　D.P和P1都是暗紋

　　12.下面哪些屬于光的干涉現象：( )

　　A.雨后美麗的彩虹

　　B.對著日光燈從兩鉛筆的縫中看到的彩色條紋

　　C.光通過三棱鏡產生的彩色條紋

　　D.陽光下肥皂膜上的彩色條紋

　　13.關于光的衍射現象，以下說法中正確的是：( )

　　A.縫的寬度 越小，衍射圖案越亮

　　B.縫的寬度 越小，衍射現象越明顯

　　C.縫的寬度 越小，光的傳播路線越接近直線

　　D.入射光的波長越短，衍射現象越明顯

　　14.雙縫干涉實驗裝置如圖所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點距雙縫S1和S2的距離相等，P點是距O點最近的第一條亮條紋。如果將入射的單色光換成紅光或藍光，討論屏上O點及其上方的干涉條紋的情況是：①O點是紅光的亮條紋;②紅光的第一條亮條紋在P點的上方;③O點不是藍光的亮條紋;④藍光的第一條亮條紋在P點的上方。其中正確的是

　　A.只有①②正確 B.只有①④正確 C.只有②③正確 D.只有③④正確

　　15.在用雙縫干涉測光的波長的實驗中：⑴已知雙縫到光屏之間的距離是600mm，雙縫之間的距離是0.20mm，單縫到雙縫之間的距離是100mm，某同學在用測量頭測量時，先將測量頭目鏡中中看到的分劃板中心刻線對準某條亮紋(記作第1條)的中心，這時手輪上的示數如左圖所示。然后他轉動測量頭，使分劃板中心刻線對準第7條亮紋的中心，這時手輪上的示數如右圖所示。這兩次示數依次為_______mm和______mm。由此可以計算出本實驗所用的單色光的波長為_______nm。

　　參考答案：

　　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