2018-2019学年高中物理 模块专题复习 专题四 光的干涉 衍射 折射中的色散学案 鲁科版选修3-4.docx

专题四 光的干涉 衍射 折射中的色散一、光的干涉1.产生干涉的条件：两列频率相同、相位差恒定、振动情况相同的光.2.产生亮、暗条纹的条件：当rk时出现亮条纹；当r(2k1)时出现暗条纹(其中k0,1,2).相邻亮(或暗)条纹间距：y.3.双缝干涉图样的特点：单色光照射时为间距相同的明暗相间的条纹，白光照射时为彩色条纹.4.双缝干涉法测量光的波长：由相邻亮(或暗)条纹间距y得.5.薄膜干涉(1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在光源这一侧干涉形成的.(2)同一条纹上的点厚度相同，所以若用肥皂薄膜做实验，条纹为横条纹.复习过关1.如图1所示为双缝干涉实验，甲图为用绿光照射时的结果，a为中央亮条纹，a为相邻亮条纹；乙图为换用另一种单色光照射的结果，a为中央亮条纹，a为相邻亮条纹，两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离都相等，以下说法正确的是()图1A.乙图可能是用红光照射，表明红光波长较长B.乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较短D.乙图可能是用红光照射，表明红光波长较短答案C解析由题图知甲图中条纹间距大，由y可知，在l和d相同的情况下，x大，则大；x小，则小；所以乙图中所用单色光波长较短，因紫光比绿光波长短，故选项C正确.2.如图2所示，在双缝干涉实验中，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则()图2A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置不变C.仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向上移D.仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向下移答案D解析本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，因此S1、S2射出的仍是相干光，则单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的路程差为零，故中央亮条纹下移.3.(多选)一束平行光照射在双缝上，在缝后屏上得到干涉条纹，下列说法中正确的是()A.增大双缝到屏的距离，条纹间距变大B.入射光波长变短，光强不变，条纹间距不变C.入射光频率变化时条纹间距跟着变化D.在水里做双缝干涉实验，同样条件下的条纹间距会变化答案ACD解析根据y可得增大双缝的屏的距离l，条纹间距变大，故A正确；入射光的强度与入射光的波长无关，故入射光的强度不变，但波长变短时，条纹间距减小，故B错误；入射光的频率改变时，入射光的波长就发生改变，则条纹间距会随之发生改变，故C正确；在水里做双缝干涉实验，使光的传播速度变小，由于光的频率不变，故波长变小，所以条件间距变小，故D正确.二、光的干涉与衍射的辨析光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性.1.光的干涉强调了两个或多个光束的叠加.例如从楔形肥皂膜上观察到的钠黄光的明暗相间条纹，或从水面油膜上观察到的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的光就是相干光.2.光的衍射现象强调了光偏离直线传播的现象.例如从小孔观察点光源或从狭缝观察线光源就属这种情况.光经过小孔或狭缝产生非直线传播的现象，此时便可在光屏上形成明暗相间的条纹.3.干涉条纹与衍射条纹也是有区别的，以狭缝为例，干涉条纹是相互平行、等距(宽度相同)的；而衍射条纹是平行而不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄.4.光的干涉和衍射，都证明了光的波动性，只有波才可以发生干涉和衍射现象.5.光的干涉和衍射有一定的联系，光的双缝干涉中就有光的衍射.复习过关4.如图3所示为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()图3A.甲为紫光的干涉图样B.乙为紫光的干涉图样C.丙为红光的干涉图样D.丁为红光的干涉图样答案B解析对于干涉条纹，亮条纹和暗条纹在比较多的条数之内都保持宽度相等，且波长越大，条纹越宽，对于衍射条纹，条纹宽度中间大，两边逐渐减小，由于红光波长大于紫光波长，故红光条纹比紫光条纹宽，因此甲是红光干涉图样，乙是紫光干涉图样，丙是红光衍射图样，丁是紫光衍射图样，故选项B对，A、C、D错.5.(多选)下面有关光的干涉现象的描述中，正确的是()A.在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽B.白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹C.在光的双缝干涉实验中，若缝S1射入绿光，S2射入紫光，则条纹是彩色的D.光的干涉现象说明光具有波动性答案BD解析根据双缝干涉条纹的间距公式y，紫光的波长比绿光短，所以条纹间隔变窄，故A错误；白光是复色光，不同的色光波长不一样，当两列光的路程差等于半波长的偶数倍，出现亮条纹，当路程差是半波长的奇数倍，出现暗条纹，所以白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹，故B正确；干涉的条件是两列光频率相同，不同频率的光不能发生干涉，故C错误；光的干涉现象说明光是一种波，故D正确.6.某同学自己动手制作如图4所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：图4(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现上不等间距条纹，此条纹是由于_产生的.(2)移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任意一个，C上均出现一窄亮斑.出现以上实验结果的主要原因是_.答案(1)光的衍射(2)双缝S1、S2太宽解析(1)移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射形成条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的.(2)没有出现条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显，故主要原因是双缝S1、S2太宽.三、折射中的色散1.同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大.2.由n可知，各种色光在同一介质中的光速不同，红光速度最大，紫光速度最小.3.同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，该色光在介质中的传播速度为vf，波长随之改变.4.光的频率f越大，同一介质对光的折射率越大.复习过关7.(多选)如图5所示，两束不同的单色光P和Q，以适当的角度射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是从圆心O点沿OF方向射出，则下面说法正确的是()图5A.P光束在玻璃砖中的折射率大B.Q光束的频率比P光束的频率大C.P光束穿出玻璃砖后频率变大D.Q光束穿过玻璃砖所需时间长答案BD解析根据折射定律知Q相对P偏折更多，故Q光束在玻璃砖中的折射率更大，Q光束的频率更大，由于两光束在玻璃砖中的路程相等，v，Q光束速率小，穿过的时间长，P、Q光束从玻璃砖进入空气中时，频率不变，波长会变长.8.(多选)如图6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()图6A.玻璃砖对a光的折射率为B.b光的频率比a光的频率大C.b光在玻璃中的传播速度比a光在玻璃中的传播速度大D.让a、b通过同一条狭缝，a光衍射现象较明显答案ABD解析a光的折射率n，故A对；由题图可知，a光的偏折程度比b光的小，所以a光的折射率小，频率也小，由n可得v，a光在玻璃中的传播速度比b光的大，故B对，C错；a光频率小，波长长，所以衍射现象更明显，D正确.9.ABC为一全反射棱镜，它的横截面是等腰直角三角形，如图7所示.一束白光垂直入射到AC面上，在AB面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自BC面反射的光线)，则：图7(1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光自AB面射出，则哪种色光首先射出？(2)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，哪种色光首先自AB面射出？答案(1)红光(2)没有光从AB面射出解析(1)白光垂直入射AC面后直线射到AB面，入射角为45，发生全反射说明棱镜的临界角C45，这是对从红光到紫光的所有色光说的.当入射光顺时针偏转时，在AC面上发生色散，不同色光偏折不同，红光偏折小，紫光偏折大.如图所示，射到AB面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们都小于45，另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大.因此，入射光线顺时针逐渐偏转时，在AB面上红光的入射角将首先小于临界角而射出AB面.(2)如果入射光逆时针偏转，则射到AB面上的红光、紫光的入射角都大于45，都发生全反射而不可能从AB面射出.10.发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图8所示.现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则()图8A.l1l0l2l0C.l2l1l0D.l2l1l0答案D解析根据视深公式l可知，由于水对红光的折射率比对紫光的折射率小，则l2l1l0，故D正确，A、B、C错误.