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高中物理3 光的干涉优秀复习练习题
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这是一份高中物理3 光的干涉优秀复习练习题，共12页。试卷主要包含了判断题等内容，欢迎下载使用。
学习目标
02
预习导学
（一）课前阅读：
干涉条件、判断某点振动加强或者减弱的方法（动态图解、公式法）、增透膜、増反膜。
（二）基础梳理
（三）预习作业
1．判断题：
(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。( )
(2)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。( )
答案：
(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。(√)
(2)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。(×)
2．用如图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(在灯芯上撒些食盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
A．当金属丝圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属丝圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属丝圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持原来状态不变
答案 D
解析 在转动金属丝圈的过程中，由于肥皂液薄膜的厚度不变，故反射形成的光的路程差不会发生变化，故产生的干涉条纹仍保持原来状态不变．
03
探究提升
环节一
思考：1．（多选）.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。则下列说法正确的是(设空气的折射率为1)( )
A．x2x1
C．该矿泉水的折射率为eq \f(x1,x2) D．该矿泉水的折射率为eq \f(x2,x1)
解析：选AC 把空气换成矿泉水后，根据v＝λf可知，入射光的频率f不变，光在介质中的传播速度减小，波长减小。根据干涉的条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ可知，对同一个装置来说，波长减小，条纹间距减小，即x22．如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)；
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象。
解析：(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ1,λ2)得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δx＝2.1×10－6 m
所以N1＝eq \f(Δx,λ1)＝eq \f(2.1×10－6 m,6×10－7 m)＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是A光波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝eq \f(1,n)得
n＝eq \f(1,sin 37°)＝eq \f(5,3)
由此可知，B光在空气中波长λ3为
λ3＝nλ介＝eq \f(5,3)×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝eq \f(Δx,λ3)＝eq \f(2.1×10－6 m,5.25×10－7 m)＝4
可见，用B光作光源，P点为亮条纹。
(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹逐渐变窄变暗。
答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析
环节二 薄膜干涉
问题探究1：劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，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如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．
现若在图甲的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
答案 A
解析
如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确．
问题探究2：（多选）利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度，如图(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是( )
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．条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同
D．条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同
答案 AC
04
体系构建
激光、普通光---干涉---双缝干涉、薄膜干涉
05
记忆清单
一、双缝干涉
★学习聚焦：条纹间距：Δx＝ eq \f(l,d)λ
二、薄膜干涉
★学习聚焦：纹的形状看等厚点的分布，纹的疏密看波长与尖角
0601
强化训练
1、光热转换是将太阳能转换为其他物质内能的过程，太阳能热水器如图所示，就是一种光热转换装置，它的主要转化器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转化成水的内能．真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是( )
A．光的直线传播 B．光的粒子性
C．光的干涉 D．光的衍射
答案 C
解析 真空玻璃管上的镀膜是一层增透膜，利用了光的干涉的原理，故选项C正确．
2、（多选）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( )
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
解析：选ACD 由Δx＝eq \f(l,d)λ可知，改用波长更长的激光照射在双缝上，相邻亮条纹的间距Δx增大，A项正确，B项错误；减小双缝间距d，相邻亮条纹的间距Δx增大，C项正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，增大了屏幕与双缝的距离l，相邻亮条纹的间距Δx增大，D项正确；相邻亮条纹的间距与光源到双缝的距离无关，E项错误。
3．（多选）把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是( )
A．干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对，B项错．因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误．条纹的位置与空气劈尖膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气劈尖膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．
答案 AC
4、在双缝干涉实验中，双缝到光屏上点P的距离之差为0.6 μm，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，试分析判断点P应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？
答案 见解析
解析 如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在点P互相加强，点P出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，若S2到达波峰(波谷)，则S1到达波谷(波峰)，这样由S1和S2发出的光在点P互相抵消，点P出现暗条纹．
频率为f1的单色光波长
λ1＝eq \f(c,f1)＝eq \f(3×108,5.0×1014) m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm
频率为f2的单色光波长
λ2＝eq \f(c,f2)＝eq \f(3×108,7.5×1014) m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm
可见Δr1＝λ1，Δr2＝eq \f(3,2)λ2
可见，用单色光频率为f1照射时，点P出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用单色光频率为f2照射时，点P处出现暗条纹，且为第二条暗条纹．
5、双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是( )
A．Δt＝eq \f(5λ,c) B．Δt＝eq \f(15λ,2c) C．Δt＝eq \f(10λ,c) D．Δt＝eq \f(15λ,c)
解析：选A 波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v＝eq \f(c,n)，通过10λ的距离，光传播的时间差Δt＝eq \f(10λn,c)－eq \f(10λ,c)＝eq \f(5λ,c)，A正确。
6、用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。
下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是( )
解析：选D 根据薄膜干涉的形成规律，若薄膜厚度d均匀变化时，会产生等间距的明暗相间的条纹，现在条纹间距不等，说明薄膜厚度d不是线性变化的， 故A、B错误；由于条纹间距变大，说明薄膜厚度d的变化趋缓，反映到d-x图像中即图像的斜率减小，故C错误，D正确。
7、2009年11月21日凌晨2时30分，黑龙江新兴煤矿发生瓦斯爆炸事故，造成10名矿工遇难．煤矿中的瓦斯危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体( )
A. 一定含瓦斯 B. 一定不含瓦斯 C. 不一定含瓦斯 D. 无法判断
【解析】 设含有瓦斯的气体的折射率为n，则光在B中的波长λn= SKIPIF 1 < 0 ，如果屏的正中央是亮纹，则 SKIPIF 1 < 0 ，N为整数，说明B中的气体与A中的空气成分可能相同，即N=0（n=1），也可能不同；如果屏的正中央是暗纹，则n≠1，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，一定含有瓦斯，A符合题意，BCD不符合题意; 故选A．
【答案】 A
8、洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过如图所示的装置在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，____________相当于另一个“缝”；
(2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质在界面发生反射时，在入射角接近90° 时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是__________(填写“亮条纹”或“暗条纹”)；
(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留3位有效数字)。
解析：(1)根据题图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”。
(2)根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹。
(3)条纹间距为Δy＝eq \f(22.78×10－3,12－3) m＝2.53×10－3 m，根据λ＝eq \f(2h,D)Δy，代入数据解得：λ＝6.33×10－7 m。
答案：(1)S经平面镜成的像S′ (2)暗条纹 (3)6.33×10－7
9、(1)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲)，让单色光从上方射入(示意图如图乙，其中R为凸透镜的半径)，从上往下看凸透镜，也可以观察到由干涉造成图丙所示的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环。如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径将________(选填“变大”“变小”或“不变”)；如果换一个半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)采用波长为690 nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为________。
A．345 nm B．690 nm
C．几微米 D．几毫米
解析：(1)当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹；用波长更长的光照射，则出现亮条纹的这一厚度需远离中心，则圆环的半径变大；换一个表面曲率半径更大的凸透镜，出现亮条纹的这一厚度偏移中心，知圆环的半径变大。
(2)由题意知相邻亮条纹对应的空气层的厚度差为半个波长，故为345 nm，故A正确，B、C、D错误。
答案：(1)变大 变大 (2)A
10、有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低，从而被广泛应用。这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜(如氟化镁)，该膜能消除不镀膜时表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示红外线在真空中的波长，n表示薄膜对该红外线的折射率，则所镀薄膜的厚度最小应为(不计半波损失)( )
A.eq \f(λ,2n) B．eq \f(λ,4) C.eq \f(λ,4n) D．eq \f(λ,2)
解析：选C 由题意可知，所镀的膜为增透膜，增透膜两个界面上的反射光相干涉后互相抵消，减少了反射光中的红外线，从而减少了反射光的能量，故：eq \f(λ′,2)(2k＋1)＝2d(其中k＝0,1,2,3，…)，解得：d＝(2k＋1)eq \f(λ′,4)(其中k＝0,1,2,3，…)，故厚度d的最小值为eq \f(λ′,4)，其中λ′为红外线在薄膜中的波长，由题意可知λ′＝eq \f(λ,n)，则d＝eq \f(λ,4n)，故A、B、D错误，C正确。课程标准
学习目标
观察光的干涉现象，了解现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。
1．通过观察现象和演示实验，了解光的干涉现象，知道光是一种波，进一步认识光的本性。
2．知道双缝干涉的原理，相邻纹间距表达式。
3．知道薄膜干涉的原理，相邻纹间距的决定因素。
一、双缝干涉
1、光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现 条纹，某些区域相互减弱，出现 条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
(2)条件：两束光的频率 、振动方向 ，相位差恒定.
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为 条纹，其余为 条纹.
2.双缝干涉
(1)条纹间距：Δx＝ ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距 .
(2)明暗条纹的判断方法：
相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.
当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现 条纹.
当Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现 条纹.
答案：1、光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
(2)条件：两束光的频率相同、振动方向相同，相位差恒定.
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.
2.双缝干涉
(1)条纹间距：Δx＝ eq \f(l,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.
(2)明暗条纹的判断方法：
如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.
当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹.
当Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹.
【概念衔接】频率、相位差、叠加
【拓展补充】若用普通光做实验，需要取出一列光波分成两列。
【即学即练】1．如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为( )
A.eq \f(c,2f) B.eq \f(3c,2f)
C.eq \f(3c,f) D.eq \f(5c,2f)
答案 D
解析 出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为eq \f(λ,2)(2n－1)＝eq \f(λ,2)(2×3－1)＝eq \f(5,2)λ，而λ＝eq \f(c,f)，所以|r1－r2|＝eq \f(5,2)λ＝eq \f(5c,2f)，故D正确.
2. 如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )
A．增大S1与S2的间距
B．减小双缝屏到光屏的距离
C．将绿光换为红光
D．将绿光换为紫光
答案 C
解析 据光的干涉产生的条纹间距满足的关系Δx＝eq \f(lλ,d)可知，增大S1与S2的间距，条纹间距减小，A选项错误；减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，B选项错误；将绿光换成红光，波长增大，条纹间距增大，C选项正确；绿光换成紫光，波长减小，条纹间距减小，D选项错误．
【微点拨】看波程差与波长的关系
二、薄膜干涉
形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别 回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.
答案：形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.
【概念衔接】干涉、薄膜、叠加
【拓展补充】薄膜干涉又叫等厚干涉
【即学即练】1、（多选）如图所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理的是( )
A.远离中心点处亮环的分布较密
B.用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C.这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D.与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
答案 AD
解析 远离中心点处亮环的分布较密，故A正确；用白光照射时，仍然会出现干涉形成的圆环，故B错误；这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，故C错误；与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的，故D正确.
2.如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是( )
A．条纹方向与AB边平行
B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大
C．减小薄片的厚度，条纹间距变小
D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小
答案 D
解析 薄膜干涉的光程差Δx＝2d(d为薄膜厚度)，厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因此条纹应与BC边平行，故A错误；因为两玻璃间形成的空气膜厚度均匀变化，因此条纹是等间距的，故B错误；减小薄片厚度，条纹间距将增大，故C错误；将红光换成蓝光照射，入射光波长减小，条纹间距将减小，故D正确。
【微点拨】纹的形状看等厚点的分布，纹的疏密看波长与尖角
学习目标
02
预习导学
（一）课前阅读：
干涉条件、判断某点振动加强或者减弱的方法（动态图解、公式法）、增透膜、増反膜。
（二）基础梳理
（三）预习作业
1．判断题：
(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。( )
(2)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。( )
答案：
(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。(√)
(2)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。(×)
2．用如图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(在灯芯上撒些食盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
A．当金属丝圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属丝圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属丝圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持原来状态不变
答案 D
解析 在转动金属丝圈的过程中，由于肥皂液薄膜的厚度不变，故反射形成的光的路程差不会发生变化，故产生的干涉条纹仍保持原来状态不变．
03
探究提升
环节一
思考：1．（多选）.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。则下列说法正确的是(设空气的折射率为1)( )
A．x2
C．该矿泉水的折射率为eq \f(x1,x2) D．该矿泉水的折射率为eq \f(x2,x1)
解析：选AC 把空气换成矿泉水后，根据v＝λf可知，入射光的频率f不变，光在介质中的传播速度减小，波长减小。根据干涉的条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ可知，对同一个装置来说，波长减小，条纹间距减小，即x2
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)；
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象。
解析：(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ1,λ2)得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δx＝2.1×10－6 m
所以N1＝eq \f(Δx,λ1)＝eq \f(2.1×10－6 m,6×10－7 m)＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是A光波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝eq \f(1,n)得
n＝eq \f(1,sin 37°)＝eq \f(5,3)
由此可知，B光在空气中波长λ3为
λ3＝nλ介＝eq \f(5,3)×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝eq \f(Δx,λ3)＝eq \f(2.1×10－6 m,5.25×10－7 m)＝4
可见，用B光作光源，P点为亮条纹。
(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹逐渐变窄变暗。
答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析
环节二 薄膜干涉
问题探究1：劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，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如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．
现若在图甲的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
答案 A
解析
如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确．
问题探究2：（多选）利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度，如图(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是( )
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．条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同
D．条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同
答案 AC
04
体系构建
激光、普通光---干涉---双缝干涉、薄膜干涉
05
记忆清单
一、双缝干涉
★学习聚焦：条纹间距：Δx＝ eq \f(l,d)λ
二、薄膜干涉
★学习聚焦：纹的形状看等厚点的分布，纹的疏密看波长与尖角
0601
强化训练
1、光热转换是将太阳能转换为其他物质内能的过程，太阳能热水器如图所示，就是一种光热转换装置，它的主要转化器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转化成水的内能．真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是( )
A．光的直线传播 B．光的粒子性
C．光的干涉 D．光的衍射
答案 C
解析 真空玻璃管上的镀膜是一层增透膜，利用了光的干涉的原理，故选项C正确．
2、（多选）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( )
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
解析：选ACD 由Δx＝eq \f(l,d)λ可知，改用波长更长的激光照射在双缝上，相邻亮条纹的间距Δx增大，A项正确，B项错误；减小双缝间距d，相邻亮条纹的间距Δx增大，C项正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，增大了屏幕与双缝的距离l，相邻亮条纹的间距Δx增大，D项正确；相邻亮条纹的间距与光源到双缝的距离无关，E项错误。
3．（多选）把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是( )
A．干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对，B项错．因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误．条纹的位置与空气劈尖膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气劈尖膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．
答案 AC
4、在双缝干涉实验中，双缝到光屏上点P的距离之差为0.6 μm，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，试分析判断点P应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？
答案 见解析
解析 如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在点P互相加强，点P出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，若S2到达波峰(波谷)，则S1到达波谷(波峰)，这样由S1和S2发出的光在点P互相抵消，点P出现暗条纹．
频率为f1的单色光波长
λ1＝eq \f(c,f1)＝eq \f(3×108,5.0×1014) m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm
频率为f2的单色光波长
λ2＝eq \f(c,f2)＝eq \f(3×108,7.5×1014) m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm
可见Δr1＝λ1，Δr2＝eq \f(3,2)λ2
可见，用单色光频率为f1照射时，点P出现亮条纹，且为第一条亮条纹；用单色光频率为f2照射时，点P处出现暗条纹，且为第二条暗条纹．
5、双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是( )
A．Δt＝eq \f(5λ,c) B．Δt＝eq \f(15λ,2c) C．Δt＝eq \f(10λ,c) D．Δt＝eq \f(15λ,c)
解析：选A 波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v＝eq \f(c,n)，通过10λ的距离，光传播的时间差Δt＝eq \f(10λn,c)－eq \f(10λ,c)＝eq \f(5λ,c)，A正确。
6、用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。
下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是( )
解析：选D 根据薄膜干涉的形成规律，若薄膜厚度d均匀变化时，会产生等间距的明暗相间的条纹，现在条纹间距不等，说明薄膜厚度d不是线性变化的， 故A、B错误；由于条纹间距变大，说明薄膜厚度d的变化趋缓，反映到d-x图像中即图像的斜率减小，故C错误，D正确。
7、2009年11月21日凌晨2时30分，黑龙江新兴煤矿发生瓦斯爆炸事故，造成10名矿工遇难．煤矿中的瓦斯危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体( )
A. 一定含瓦斯 B. 一定不含瓦斯 C. 不一定含瓦斯 D. 无法判断
【解析】 设含有瓦斯的气体的折射率为n，则光在B中的波长λn= SKIPIF 1 < 0 ，如果屏的正中央是亮纹，则 SKIPIF 1 < 0 ，N为整数，说明B中的气体与A中的空气成分可能相同，即N=0（n=1），也可能不同；如果屏的正中央是暗纹，则n≠1，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，一定含有瓦斯，A符合题意，BCD不符合题意; 故选A．
【答案】 A
8、洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过如图所示的装置在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，____________相当于另一个“缝”；
(2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质在界面发生反射时，在入射角接近90° 时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是__________(填写“亮条纹”或“暗条纹”)；
(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留3位有效数字)。
解析：(1)根据题图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”。
(2)根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹。
(3)条纹间距为Δy＝eq \f(22.78×10－3,12－3) m＝2.53×10－3 m，根据λ＝eq \f(2h,D)Δy，代入数据解得：λ＝6.33×10－7 m。
答案：(1)S经平面镜成的像S′ (2)暗条纹 (3)6.33×10－7
9、(1)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲)，让单色光从上方射入(示意图如图乙，其中R为凸透镜的半径)，从上往下看凸透镜，也可以观察到由干涉造成图丙所示的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环。如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径将________(选填“变大”“变小”或“不变”)；如果换一个半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)采用波长为690 nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为________。
A．345 nm B．690 nm
C．几微米 D．几毫米
解析：(1)当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹；用波长更长的光照射，则出现亮条纹的这一厚度需远离中心，则圆环的半径变大；换一个表面曲率半径更大的凸透镜，出现亮条纹的这一厚度偏移中心，知圆环的半径变大。
(2)由题意知相邻亮条纹对应的空气层的厚度差为半个波长，故为345 nm，故A正确，B、C、D错误。
答案：(1)变大 变大 (2)A
10、有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低，从而被广泛应用。这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜(如氟化镁)，该膜能消除不镀膜时表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示红外线在真空中的波长，n表示薄膜对该红外线的折射率，则所镀薄膜的厚度最小应为(不计半波损失)( )
A.eq \f(λ,2n) B．eq \f(λ,4) C.eq \f(λ,4n) D．eq \f(λ,2)
解析：选C 由题意可知，所镀的膜为增透膜，增透膜两个界面上的反射光相干涉后互相抵消，减少了反射光中的红外线，从而减少了反射光的能量，故：eq \f(λ′,2)(2k＋1)＝2d(其中k＝0,1,2,3，…)，解得：d＝(2k＋1)eq \f(λ′,4)(其中k＝0,1,2,3，…)，故厚度d的最小值为eq \f(λ′,4)，其中λ′为红外线在薄膜中的波长，由题意可知λ′＝eq \f(λ,n)，则d＝eq \f(λ,4n)，故A、B、D错误，C正确。课程标准
学习目标
观察光的干涉现象，了解现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。
1．通过观察现象和演示实验，了解光的干涉现象，知道光是一种波，进一步认识光的本性。
2．知道双缝干涉的原理，相邻纹间距表达式。
3．知道薄膜干涉的原理，相邻纹间距的决定因素。
一、双缝干涉
1、光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现 条纹，某些区域相互减弱，出现 条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
(2)条件：两束光的频率 、振动方向 ，相位差恒定.
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为 条纹，其余为 条纹.
2.双缝干涉
(1)条纹间距：Δx＝ ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距 .
(2)明暗条纹的判断方法：
相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.
当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现 条纹.
当Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现 条纹.
答案：1、光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
(2)条件：两束光的频率相同、振动方向相同，相位差恒定.
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.
2.双缝干涉
(1)条纹间距：Δx＝ eq \f(l,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.
(2)明暗条纹的判断方法：
如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.
当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹.
当Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹.
【概念衔接】频率、相位差、叠加
【拓展补充】若用普通光做实验，需要取出一列光波分成两列。
【即学即练】1．如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为( )
A.eq \f(c,2f) B.eq \f(3c,2f)
C.eq \f(3c,f) D.eq \f(5c,2f)
答案 D
解析 出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为eq \f(λ,2)(2n－1)＝eq \f(λ,2)(2×3－1)＝eq \f(5,2)λ，而λ＝eq \f(c,f)，所以|r1－r2|＝eq \f(5,2)λ＝eq \f(5c,2f)，故D正确.
2. 如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )
A．增大S1与S2的间距
B．减小双缝屏到光屏的距离
C．将绿光换为红光
D．将绿光换为紫光
答案 C
解析 据光的干涉产生的条纹间距满足的关系Δx＝eq \f(lλ,d)可知，增大S1与S2的间距，条纹间距减小，A选项错误；减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，B选项错误；将绿光换成红光，波长增大，条纹间距增大，C选项正确；绿光换成紫光，波长减小，条纹间距减小，D选项错误．
【微点拨】看波程差与波长的关系
二、薄膜干涉
形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别 回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.
答案：形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.
【概念衔接】干涉、薄膜、叠加
【拓展补充】薄膜干涉又叫等厚干涉
【即学即练】1、（多选）如图所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理的是( )
A.远离中心点处亮环的分布较密
B.用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C.这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D.与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
答案 AD
解析 远离中心点处亮环的分布较密，故A正确；用白光照射时，仍然会出现干涉形成的圆环，故B错误；这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，故C错误；与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的，故D正确.
2.如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是( )
A．条纹方向与AB边平行
B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大
C．减小薄片的厚度，条纹间距变小
D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小
答案 D
解析 薄膜干涉的光程差Δx＝2d(d为薄膜厚度)，厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因此条纹应与BC边平行，故A错误；因为两玻璃间形成的空气膜厚度均匀变化，因此条纹是等间距的，故B错误；减小薄片厚度，条纹间距将增大，故C错误；将红光换成蓝光照射，入射光波长减小，条纹间距将减小，故D正确。
【微点拨】纹的形状看等厚点的分布，纹的疏密看波长与尖角
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