物理选择性必修 第一册3 光的干涉巩固练习

第3节 光的干涉

1.下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(      )

A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源

B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源

C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹

D.在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生

答案：

解析：在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源， 错误， 正确；在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹， 错误；两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了方便观察， 错误。

2.（多选）在单色光的双缝干涉实验中(      )

A.两列光波谷和波谷重叠处出现暗条纹

B.两列光波峰和波峰重叠处出现亮条纹

C.两个狭缝到光屏的路程差是光波长的整数倍时，出现亮条纹

D.两个狭缝到光屏的路程差是光波长的奇数倍时，出现暗条纹

答案： ;

解析：两列光的波峰与波峰相遇处和波谷与波谷相遇处都出现亮条纹，故 错误， 正确；两个狭缝到光屏的路程差是光波长的整数倍时，出现亮条纹，是光半波长的奇数倍时，出现暗条纹，故 正确， 错误。

3.某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中 为单缝屏， 为双缝屏， 为光屏。当他让一束阳光照射 屏时， 屏上并没有出现干涉条纹，他移走 后， 上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(      )

A.单缝 太窄

B.单缝 太宽

C. 到 和 距离不相等

D.阳光不能作光源

答案：

解析：双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看作是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源，故 正确。

4.（多选）以下是对一些生活现象的解释，你认为正确的是(      )

A.太阳光下的肥皂泡呈现出五彩缤纷的颜色，是因为太阳光经肥皂液薄膜发生了干涉现象

B.“海市蜃楼”是因为大气密度不均匀，物体反射的太阳光发生了色散现象

C.用手把两片无色透明的玻璃片捏在一起，阳光下能看到彩色花纹，是因为光产生了干涉现象

D.雨后会出现彩虹，是因为发生了干涉现象

答案： ;

解析：太阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的薄膜干涉现象，故 正确；“海市蜃楼”是光的折射和全反射现象，故 错误；将两片玻璃片捏在一起，会看到许多彩色花纹，这是薄膜干涉现象，故 正确；雨后会出现彩虹，是光的色散现象，故 错误。

5.在双缝干涉实验中，一钠灯发出波长为 的光，在距双缝 的屏上形成干涉图样。观察和测量图样上相邻两亮条纹中心间距为 ，则双缝的间距应为(      )

A. B.

C. D.

答案：

解析：在双缝干涉实验中，相邻亮条纹间距 、双缝间距 与双缝到屏的距离 间的关系为 ，则双缝间距 ，故 正确。

6.（多选）如图甲所示，用单色光照射透明标准板 来检查平面 的上表面的平滑情况，观察到的图像的条纹中的 和 的情况如图乙所示，这说明(      )

A. 的上表面 处向上凸起

B. 的上表面 处向上凸起

C. 的上表面 处向下凹陷

D. 的上表面 处向下凹陷

答案： ;

解析：利用光的薄膜干涉来检查平面的平滑情况，就是由标准样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层，用单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射形成两列相干光源。如果被检测的平面是平的，那么空气层的厚度相同的各点的干涉条纹在一条直线上。若是被测平面的某处凹下去了，这时干涉条纹就不在一条直线上，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹。这是因为凹处的两束反射光的路程差变大，它只能与膜厚一些位置的两反射光的路程差相同而形成同一级的条纹（路程差相同的干涉条纹为同一级，一般路程差大的干涉条纹级别高，路程差小的干涉条纹级别低），显然凹处的级别增大，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹，故 正确。同理，若是被测平面某处凸起来了，则该处的干涉条纹将与膜薄一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹，故 正确。

7.一个半径较大的透明玻璃球体，截取其下面的一部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是(      )

A.平行的明暗相间的直干涉条纹

B.环形的明暗相间的干涉条纹

C.只能看到同颜色的平行反射光

D.一片黑暗

答案：

解析：薄膜干涉条纹可看作等厚线，题图中，厚度相同的空气薄膜应是以切点为圆心的一个个圆，故干涉条纹应是环形的条纹，又因是单色光照射，所以是明暗相间的条纹，故 正确， 、 、 错误。

8.如图所示，用频率为 的单色光垂直照射双缝 、 ，在光屏上的 点出现第3条暗纹（从中央亮条纹算起）。已知光速为 ，则 点到双缝 、 的距离之差 应为(      )

A. B.

C. D.

答案：

解析： 点出现暗纹，则双缝到光屏上 点的距离之差是半波长的奇数倍。光速 ，则光波波长 。第三条暗条纹到双缝 、 的距离之差 ，故 正确。

素养提升练

9.（多选）线光源 发出的光波长为 ，线光源 发出的光波长为 ，则(      )

A.用 做双缝干涉实验，屏上与双缝路程差为 的 处将出现暗条纹

B.用 做双缝干涉实验， 处将出现亮条纹

C.用 做双缝干涉实验，屏上与双缝路程差为 的 处将出现亮条纹

D.用 做双缝干涉实验，屏上与双缝路程差为 的 处将出现亮条纹

答案： ;

解析：双缝干涉实验中，屏上到双缝的路程差等于波长的整数倍的地方，出现亮条纹；屏上到双缝的路程差等于半波长的奇数倍的地方，出现暗条纹。题中两光源发出的光的半波长分别为 ， 。 、 、 三处到双缝的路程差可表示为： ， ， 。可见，用 、 两光源做双缝干涉实验时，屏上 处到双缝的路程差都等于半波长的奇数倍， 处均出现暗条纹， 正确， 错误；用 做双缝干涉实验时，屏上 处到双缝的路程差恰等于半波长的偶数倍， 处将出现亮条纹， 正确；用 做双缝干涉实验时，屏上 处到双缝的路程差恰等于半波长的奇数倍， 处将出现暗条纹， 错误。

10.在双缝干涉实验中，光屏上 点到双缝 、 的距离之差 ，光屏上 点到双缝 、 的距离之差为 。如果用频率为 的光照射双缝，则（真空中光速 ）(      )

A. 点出现亮条纹， 点出现暗条纹

B. 点出现亮条纹， 点出现暗条纹

C.两点均出现暗条纹

D.两点均出现亮条纹

答案：

解析：根据波长与波速的关系式 ，得知光的波长 ，则 点到双缝 和 的距离之差 是黄光波长的 倍，即半波长的奇数倍， 点出现暗条纹； 点到双缝 、 的距离之差 是黄光波长的3倍，即波长的整数倍， 点出现亮条纹，所以选项 正确。

11.如图所示是用 、 两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让 、 两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜，光的传播路径与方向可能正确的是 (      )

A.  B.

C. D.

答案：

解析：从干涉图样可知 光的波长大于 光的波长，因此 光的频率小于 光的频率，所以 光的折射率更大。选项 应是左侧为b光，右侧为 光；选项 中射出的两光线都应与复色光平行， 、 错误。由于b光的折射率更大，所以b光的临界角更小，更容易发生全反射， 错误， 正确。

12.为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为 的氟化镁。为了使波长为 的绿光在垂直透镜表面入射时的反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的最小厚度。

答案：

解析：设绿光在真空中的波长为 ，在增透膜中的波长为 ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得 ，即 。反射光干涉相消，那么增透膜最小厚度 。

创新拓展练

13.如图所示，在双缝干涉实验中， 和 为双缝， 是光屏上的一点，已知 点与 、 距离之差为 ，分别用 、 两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问 点出现亮条纹还是暗条纹？

（1）已知 光在折射率为 的介质中波长为 ；

（2）已知 光在某种介质中波长为 ，当 光从这种介质射向空气时，临界角为 ；

（3）若让 光照射 ， 光照射 ，试分析光屏上能观察到的现象。

答案：（1）暗条纹 （2）亮条纹 （3）见解析

解析： （1）设 光在空气中波长为 ，在介质中波长为 ，

由 ，

得

又知路程差

所以

由此可知， 和 到 点的路程差是波长 的 倍，所以 点出现暗条纹。

（2）根据临界角与折射率的关系

得

由此可知， 光在空气中的波长为

  可见，用 光作光源， 点出现亮条纹。

（3）若让 光和 光分别照射 和 ，由于 ，故不能发生干涉，没有干涉条纹，但光屏上仍有光亮。

思路导引 解决本题的关键在于知道产生明暗条纹的条件，当光程差是半波长的偶数倍时，出现明条纹，当光程差是半波长的奇数倍时，出现暗条纹。知道波速、频率、波长、折射率、临界角的关系。

规律总结 色光性质的总结与比较

根据 ，可以测出各种单色光（在空气中）的波长，再根据 ，可以算出各种单色光的频率。结合 ， ，还可以算出单色光在介质中的波速、波长和临界角。色光的性质总结如下：