知識(shí)點(diǎn)一 　光的雙縫干涉
1.雙縫干涉實(shí)驗(yàn).(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程:如圖所示,讓一束平行的 光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上,狹縫S1和S2相距很近.狹縫就成了兩個(gè)波源,它們的頻率、相位和振動(dòng)方向總是 的.這兩個(gè)波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加,發(fā)生 現(xiàn)象.
(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:在屏上得到 的條紋.(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:證明了光是一種 .
知識(shí)點(diǎn)二　干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系
1.幾種單色光的雙縫干涉圖樣如圖所示.
雙縫寬d=0.36 mm
雙縫寬d=0.18 mm
(1)對(duì)比圖甲和圖乙,思考相鄰明(暗)條紋間的距離大小與什么因素有關(guān)?
答案:相鄰明(暗)條紋間的距離大小與光的波長(zhǎng)λ有關(guān),λ越大,相鄰的明(暗)條紋間距越大.
(2)對(duì)比圖甲和圖丙,思考相鄰明(暗)條紋間的距離大小與什么因素有關(guān)?
答案:相鄰明(暗)條紋間的距離大小與雙縫之間的距離d有關(guān),d越小,相鄰的明(暗)條紋間距越大.
1.在五彩繽紛的大自然中,我們常常會(huì)見(jiàn)到一些彩色光的現(xiàn)象.小孩兒吹出的肥皂泡、熱菜湯表面的油花、雨后天晴馬路上的油膜,我們都會(huì)在這些地方看到彩色的條紋.這些彩色條紋是如何形成的呢?
答案:由薄膜干涉形成.白光照射在液膜表面,被液膜前、后兩個(gè)面反射的兩列反射波疊加,形成干涉條紋.由于白光中的各色光波長(zhǎng)不同,干涉后的條紋間距不同,液膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋.
2.薄膜干涉:由薄膜兩個(gè)面的反射光相互疊加而產(chǎn)生的 現(xiàn)象.
1.直接用強(qiáng)光照射雙縫,就能發(fā)生干涉.( )2.只要兩列光波的頻率相同就能發(fā)生干涉.( )3.若用白光做光源,干涉條紋是明暗相間的條紋.( )4.若用單色光做光源,干涉條紋是明暗相間的條紋.( )5.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,雙縫的作用是使白光變成單色光.( )6.薄膜干涉是由光通過(guò)兩個(gè)表面折射產(chǎn)生的.( )7.水面上漂浮的油膜上出現(xiàn)彩色條紋是薄膜干涉現(xiàn)象.( )
1801年,英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊用圖甲所示的裝置在實(shí)驗(yàn)室里成功觀察到光的干涉現(xiàn)象,得到的干涉圖樣如圖乙所示.
1.觀察圖乙干涉圖樣有什么特點(diǎn).做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)必須具備什么條件才能觀察到干涉條紋?
答案:干涉圖樣是明暗相間的等間距的條紋.做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),光源必須是相干光源.
2.單縫和雙縫的作用是什么?
答案:單縫的作用:獲得一個(gè)線光源,使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況;雙縫的作用:一束光被分成兩束頻率相同和振動(dòng)情況完全一致的相干光.
3.光的雙縫干涉的原理如下圖所示,你能總結(jié)出如何判斷屏上P點(diǎn)出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋嗎?
1.物理史實(shí):1801年,英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象,用實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了光的波動(dòng)性.2.光的雙縫干涉.(1)條件:要使兩列光波相遇時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,兩光源必須具有相同的頻率、相位和振動(dòng)方向.(2)屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件(S1和S2相當(dāng)于兩個(gè)相干光源).
【典例1】下圖為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,當(dāng)使用波長(zhǎng)為 6×10-7 m的橙色光做實(shí)驗(yàn)時(shí),光屏P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋.若使用波長(zhǎng)為4×10-7 m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),在P和P1點(diǎn)形成的亮、暗條紋的情況是( )
A.P和P1都是亮條紋B.P是亮條紋,P1是暗條紋C.P是暗條紋,P1是亮條紋D.P和P1都是暗條紋
雙縫干涉中亮條紋或暗條紋的判斷方法(1)判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋,要看該點(diǎn)到兩個(gè)相干光源(雙縫)的路程差與波長(zhǎng)的比值.(2)路程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋,等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋.
探究二　干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系
如圖所示,波長(zhǎng)為λ的單色光照射到雙縫上.兩縫中心之間的距離為d,兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0,雙縫到屏的距離為l.
1.若只更換波長(zhǎng)更長(zhǎng)的單色光,則相鄰的亮條紋間距如何變化?
2.若只減小雙縫之間的距離d,則相鄰的亮條紋間距如何變化?
3.若只減小雙縫到屏的距離l,則相鄰的亮條紋間距如何變化?
4.相鄰的亮條紋間距與波長(zhǎng)λ、雙縫之間的距離d和雙縫與屏間的距離l有怎樣的定量關(guān)系?
5.下圖是用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的干涉圖樣,彩色條紋有什么特點(diǎn)?
答案:用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),從紅光到紫光其波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短,它們的干涉條紋間距也是從大到小.屏中央各色光都得到加強(qiáng),混合成白色,但兩側(cè)因條紋間距不同而分開(kāi)成彩色,而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅.
1.單色光的干涉圖樣.若用單色光做光源,則干涉條紋是明暗相間的條紋,且條紋間距相等.中央為亮條紋,兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離與光的波長(zhǎng)有關(guān),波長(zhǎng)越長(zhǎng),條紋間距越大.2.白光的干涉圖樣.若用白光做光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中央條紋是白色的.這是因?yàn)?(1)從雙縫射出的兩列光波中,各種色光都能形成明暗相間的條紋,各種色光都在中央條紋處形成亮條紋,從而復(fù)合成白色條紋.
【典例2】雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖如圖所示,用綠光照射單縫S時(shí),在光屏P上觀察到干涉條紋,要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣,可以( )
A.增大S1與S2的間距B.減小雙縫到光屏的距離C.將綠光換為紅光D.將綠光換為紫光
如圖甲所示,一束白光從右側(cè)射入肥皂薄膜,人從右側(cè)向左看,可以看到彩色條紋(如圖乙所示),但是從左側(cè)向右看,卻看不到彩色條紋.
1.解釋發(fā)生上述現(xiàn)象的原因.
2.請(qǐng)分析:為什么看到的彩色條紋是水平排列的?
答案:由于薄膜同一水平線上的厚度相同,所以彩色條紋是水平排列的.
3.生活中你還在哪些地方發(fā)現(xiàn)過(guò)薄膜干涉的現(xiàn)象?
答案:(1)有透明薄膜保護(hù)層的激光唱片呈現(xiàn)彩色;(2)蚌殼內(nèi)表面透明薄膜上呈現(xiàn)各種色彩;(3)有些昆蟲(chóng)薄而透明的翅翼上出現(xiàn)彩色光帶.
3.薄膜干涉的應(yīng)用.(1)用干涉法檢查平面平滑度.如圖甲所示,兩板之間形成一層空氣膜,用單色光從上向下照射,入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波,形成干涉條紋.如果被檢測(cè)平面是平滑的,得到的干涉圖樣必是等間距的.若某處凹下,則對(duì)應(yīng)明條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn),如圖乙所示;若某處凸起,則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn),如圖丙所示.
③對(duì)“增透”的理解:如果用宏觀的思維方式來(lái)理解,兩束反射光相互抵消,并沒(méi)有增加透射光的強(qiáng)度,因此,此過(guò)程只是“消反”,卻不能“增透”.但是,總的能量是守恒的,反射光的能量被削弱了,透射光的能量就必然得到增強(qiáng).增透膜是通過(guò)“消反”來(lái)確保“增透”的.
【典例3】(2021·江蘇卷)鐵絲圈上附有肥皂膜,豎直放置時(shí),肥皂膜上的彩色條紋上疏下密,由此推測(cè)肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀應(yīng)當(dāng)是 (　　)?
解析:當(dāng)路程差(膜的厚度的兩倍)是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí),振動(dòng)加強(qiáng),為亮條紋;當(dāng)路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),振動(dòng)減弱,為暗條紋.若人從同側(cè)可以看到亮條紋,同一高度膜的厚度相同,則彩色條紋水平排列,因豎直放置的肥皂膜受到重力的作用,下面厚上面薄,形狀如凹透鏡,在肥皂膜不同的地方,來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光所走的路程差不同,導(dǎo)致上疏下密,選項(xiàng)C正確.
【典例4】市場(chǎng)上有種燈具叫“冷光燈”,用它照射物品時(shí),被照物品處產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低,因而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處.這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡(玻璃)表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂),這種膜能消除不鍍膜時(shí)玻璃表面反射回來(lái)的熱效應(yīng)最顯著的紅外線.用λ表示紅外線的波長(zhǎng),則所鍍薄膜的最小厚度應(yīng)為( )
1.(2022·浙江卷)關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是 (　)?A.用復(fù)色光投射就看不到條紋B.明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相間條紋D.藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的大
2.下圖是雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,在光屏上P處發(fā)現(xiàn)明條紋,則雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為( )
A.光波的半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍B.光波的波長(zhǎng)的奇數(shù)倍C.光波的半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍D.光波的波長(zhǎng)的偶數(shù)倍
解析:在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí),該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn),出現(xiàn)亮條紋;光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),該點(diǎn)為減弱點(diǎn),出現(xiàn)暗條紋.
3.如圖所示,用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫,在光屏的P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋,已知光速為c,則P到雙縫S1、S2的距離之差r2-r1應(yīng)為( )
4.下圖為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈,S是一點(diǎn)燃的酒精燈,往火焰上撒些鹽后,在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的( )
解析:鐵絲圈上的肥皂薄膜在重力作用下上薄下厚,在同一水平線上厚度基本一致,如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng),那么這一水平線上光波會(huì)加強(qiáng),所以干涉條紋應(yīng)是水平的.
5.如圖所示,在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,激光的波長(zhǎng)為5.30×10-7 m,屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10-7 m,則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是　　　　(選填“亮條紋”或“暗條紋”).現(xiàn)改用波長(zhǎng)為6.30×10-7 m的激光進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),保持其他條件不變,則屏上的條紋間距將　　　　(選填“變寬”“變窄”或“不變”). ?
情境　登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過(guò)度照射,尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)間被紫外線照射,否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對(duì)眼睛傷害的眼鏡.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f=8.1×1014 Hz.?問(wèn)題　他設(shè)計(jì)的這種“增反膜”的厚度至少是多少??

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