高中物理人教版 (新课标)选修35 光的衍射学案及答案

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1．双缝干涉实验中，各种颜色的光的条纹间距不一样，说明不同颜色的光，波长________；
白光干涉时，条纹是彩色的，说明白光是________________组成的．
2．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________
差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现____________；在另一些位置，
两列波相遇后被相互削弱，于是出现____________．
3．一束白光通过三棱镜后形成的光谱，由上到下的色光顺序为：红、橙、____、____、
____、靛、紫．这说明白光是由这七种色光组成的复色光；透明物质对波长λ不同的光
的偏折程度不同，折射率n也不一样，λ越小，n越____；又根据n＝eq \f(c,v)，在同一种物质
中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速________．
4．激光具有高度的____________，激光的____________非常好，________特别高．利用
激光的这些特点可以进行______________、精确测距，用激光来________、________，
医学上可以用激光做“________”，还可进行________________．
5．竖直的肥皂膜在单色光的照射下，表面会形成明暗相间的条纹，下列说法中正确的是
( )
A．干涉条纹基本上是竖直的
B．干涉条纹基本上是水平的
C．干涉条纹的产生是由于光在肥皂膜前后表面上反射的两列波叠加的结果
D．干涉条纹是彩色的
6．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b.已知a光
的频率小于b光的频率．下图哪个光路图可能是正确的( )
概念规律练
知识点一 薄膜干涉的成因及特点
1．关于薄膜干涉，下列说法中正确的是( )
A．只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象
B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象
C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧
2．用如图1所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒
些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面
内缓慢旋转，观察到的现象是( )
图1
A．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持不变
知识点二 折射时的色散及各色光的特性
图2
3．如图2所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是( )
A．红光的偏折最大，紫光的偏折最小
B．红光的偏折最小，紫光的偏折最大
C．玻璃对红光的折射率比紫光大
D．玻璃中紫光的传播速度比红光大
图3
4．如图3所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分
成a、b两束单色光．则( )
A．玻璃砖对a光的折射率为eq \r(2)
B．玻璃砖对a光的折射率为1.5
C．b光的频率比a光的频率大
D．b光在玻璃中的传播速度比a在玻璃中的传播速度大
知识点三 激光的特点及应用
5．在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的( )
A．亮度高 B．平行性好
C．单色性好 D．波动性好
6．2003年3月1日，美军空投传单，向伊军宣传说，美国利用卫星可以将地面状况看
得一清二楚．而伊方称，已在首都布满了对空机关炮．(《华盛顿邮报》3月2日报道)
试问：在战争爆发时，伊方欲用激光器击毁位于地平线上方的空间站，则应将激光器
( )
A．瞄高些
B．瞄低些
C．沿视线直接瞄准
D．若激光束是红色，而空间站是蓝色的，则应瞄高些
方法技巧练
薄膜干涉条纹的分析技巧
图4
7．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图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薄膜．当光垂直
入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下
面的薄膜厚度相等．(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若将图示
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．变疏 B．变密 C．不变 D．消失
图5
8．如图5所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察
到的现象有如图所示的条纹中的P和Q情况，这说明( )
A．N的上表面A处向上凸起
B．N的上表面B处向上凸起
C．N的上表面A处向下凹陷
D．N的上表面B处向下凹陷
参考答案
课前预习练
1．不同 多种色光
2．路程 亮条纹 暗条纹
3．黄 绿 蓝 大 越慢
4．相干性 平行度 亮度 光纤通信 切割 焊接 光刀 全息照相
5．BC [薄膜干涉条纹的产生是薄膜的前表面与后表面反射来的光叠加所产生的，同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方，膜非常薄，条纹基本是水平的，由于光是单色光，不会发生色散，故选B、C.]
6．B [由于a光的频率小于b光的频率，a光在玻璃中的折射率小于b光在玻璃中的折射率，由两种单色光进入玻璃后偏折程度不同，可判定B正确．]
课堂探究练
1．D [当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现亮条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹．这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象．如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的．如果是复色光照射，某些颜色的光因干涉而减弱，另一些颜色的光会因干涉而加强．减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光的颜色，但不形成干涉条纹．]
点评 薄膜干涉时不一定会看到干涉条纹，关键要把握干涉现象的实质：光的叠加使某些地方的光振动加强，另一些地方的光振动减弱，此时出现条纹；或使某种色光振动加强，另一些色光振动减弱，这时只呈现某种色彩，如增透膜，这都是干涉现象，只有把握实质，才能灵活应对各种干涉情况．
2．D [竖直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所形成的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D正确．]
点评 竖直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜，旋转改变不了薄膜上薄下厚的特点，肥皂膜干涉是等厚干涉，同一厚度处产生的干涉条纹在同一级次上．
3．B [由光的色散知识可知，红光的偏折最小，紫光的偏折最大，玻璃对红光的折射率比紫光小，玻璃中紫光的传播速度比红光小．]
点评 不同频率的光，在同一种介质中传播时，折射率不同，频率越大，折射率越大．由v＝eq \f(c,n)可知，折射率越大，波速越小．
4．AC [a光的折射率n＝eq \f(sin 45°,sin 30°)＝eq \r(2)，故A正确、B错．由题图可知，a光的偏折程度比b光的小，所以a光的频率小，折射率也小，由n＝eq \f(c,v)可得v＝eq \f(c,n)，a光在玻璃中的传播速度比b光的大，故C正确、D错．]
点评 (1)折射率n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)中分子上的角为空气中的角；分母上的角为玻璃中的角．
(2)光的频率越大，折射率越大；光在介质中的传播速度v＝eq \f(c,n).
5．C [频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光．故本题的正确答案是C.]
点评 由发生双缝干涉的条件是频率相同、相位差恒定，以及激光的单色性好、频率单一的特点，很快得出正确选择．
6．C [空间站反射太阳的光射向地球，通过地球大气层要发生折射，而激光器发出的光通过大气层射向空间站也要发生折射，根据光路可逆，两者的光路相同．因此，A、B错，C对．D选项中空间站是蓝色的，反射光也是蓝色的，比红色激光束的折射率大，由折射定律知应瞄低些方能射中，故D错．]
点评 激光遵循的折射规律与普通光相同．
7．A [光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻亮条纹到下表面的距离，如图所示，则两处光的路程差分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2.
因为δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝eq \f(1,2)λ.
设条纹间距为Δl，则由几何关系得：eq \f(d2－d1,Δl)＝tan θ，
即Δl＝eq \f(λ,2tan θ).当抽去一张纸片时，θ减小，Δl增大，即条纹变疏．]
方法总结 两相干线光源发出的两列光到达某点的光程差为Δr，当Δr＝kλ(k＝0,1,2，…)时，产生亮条纹；当Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2，…)时，产生暗条纹．
8．BC [空气厚度从左向右依次增大，则两表面的反射光其路程差自左向右依次增大．当Δr＝nλ时，出现明条纹，当Δr＝eq \f(2n＋1,2)λ时，出现暗条纹．同一条纹上的各点对应的厚度相同(类比于地理上的等高线)，当条纹向左弯曲(P)说明等高线向左移动，即现在A处的高度和A处右边点的高度相同，因此高度变大，A处下凹．当条纹向右弯曲(Q)，说明等高线右移，即现在B处的高度和左边点的高度相同，B处上凸．B、C正确．]
方法总结 同一条明条纹(暗条纹)上各点对应的空气膜的厚度相同．向楔形空气膜薄处弯曲则向下凹陷，向空气膜厚处弯曲则向上凸起．