2017-2018學(xué)年高中物理 專題4 光的干涉 衍射 折射中的色散學(xué)案 教科版選修3-4.doc

專題4 光的干涉 衍射 折射中的色散一、光的干涉1產(chǎn)生干涉的條件：兩列頻率相同、相位差恒定、振動情況相同的光2產(chǎn)生亮、暗條紋的條件：當(dāng)rk時(shí)出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)r(2k1)時(shí)出現(xiàn)暗條紋(其中k0,1,2)相鄰亮(或暗)條紋間距：x.3雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)：單色光照射時(shí)為間距相同的明暗相間的條紋，白光照射時(shí)為彩色條紋4雙縫干涉法測量光的波長：由相鄰亮(或暗)條紋間距x得.5薄膜干涉(1)薄膜干涉中的條紋是從薄膜前、后兩個表面反射的光在光源這一側(cè)干涉形成的(2)同一條紋上的點(diǎn)厚度相同，所以若用肥皂薄膜做實(shí)驗(yàn)，條紋為橫條紋復(fù)習(xí)過關(guān)1(多選)關(guān)于雙縫干涉條紋，以下說法中正確的是()A用同一單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，能觀察到明暗相間的單色條紋B用同一單色光經(jīng)雙縫干涉后的亮條紋距兩縫的距離之差為該單色光波長的整數(shù)倍C用同一單色光經(jīng)雙縫干涉后的亮條紋距兩縫的距離之差一定為該單色光波長的奇數(shù)倍D用同一單色光經(jīng)雙縫干涉后的暗條紋距兩縫的距離之差一定為該單色光半波長的奇數(shù)倍解析同一單色光的干涉條紋為明暗相間的單色條紋，選項(xiàng)A正確；路程差rk(k0,1,2,3)時(shí)，為亮條紋，選項(xiàng)B正確，C錯誤；r(k0,1,2,3)時(shí)，為暗條紋，選項(xiàng)D正確答案ABD2(多選)一束平行光照射在雙縫上，在縫后屏上得到干涉條紋，下列說法中正確的是()A增大雙縫到屏的距離，條紋間距變大B入射光波長變短，光強(qiáng)不變，條紋間距不變C入射光頻率變化時(shí)條紋間距跟著變化D在水里做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，同樣條件下的條紋間距會變化解析根據(jù)x可得增大雙縫的屏的距離l，條紋間距變大，故A正確；入射光的強(qiáng)度與入射光的波長無關(guān)，故入射光的強(qiáng)度不變，但波長變短時(shí)，條紋間距減小，故B錯誤；入射光的頻率改變時(shí)，入射光的波長就發(fā)生改變，則條紋間距會隨之發(fā)生改變，故C正確；在水里做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，使光的傳播速度變小，由于光的頻率不變，故波長變小，所以條件間距變小，故D正確答案ACD3在“用雙縫干涉測量光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖1所示雙縫間的距離d3 mm.圖1(1)若測量紅光的波長，應(yīng)選用_色的濾光片實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測定的物理量有_和_(2)若測得雙縫與屏之間的距離為0.70 m，通過測量頭(與螺旋測微器原理相似，手輪轉(zhuǎn)動一周，分劃板前進(jìn)或后退0.500 mm)觀察第1條亮條紋的位置如圖2甲所示，觀察第5條亮條紋的位置如圖乙所示則可求出紅光的波長_m.圖2解析(1)要測量紅光的波長，應(yīng)用紅色濾光片由x可知要想測必須測定雙縫到屏的距離l和條紋間距x.(2)由測量頭的數(shù)據(jù)可知a10，a20.640 mm，所以x mm1.60104 m， m6.86107 m.答案見解析二、光的干涉與衍射的辨析光的干涉與衍射都可以得到明暗相間的色紋，都有力地證明了光的波動性1光的干涉強(qiáng)調(diào)了兩個或多個光束的疊加例如從楔形肥皂膜上觀察到的鈉黃光的明暗相間條紋，或從水面油膜上觀察到的彩色條紋，就屬這類情況，從薄膜的前后表面反射出來的光就是相干光2光的衍射現(xiàn)象強(qiáng)調(diào)了光偏離直線傳播的現(xiàn)象例如從小孔觀察點(diǎn)光源或從狹縫觀察線光源就屬這種情況光經(jīng)過小孔或狹縫產(chǎn)生非直線傳播的現(xiàn)象，此時(shí)便可在光屏上形成明暗相間的條紋3干涉條紋與衍射條紋也是有區(qū)別的，以狹縫為例，干涉條紋是相互平行、等距(寬度相同)的；而衍射條紋是平行而不等距的，中間最寬，兩邊條紋寬度逐漸變窄4光的干涉和衍射，都證明了光的波動性，只有波才可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象5光的干涉和衍射有一定的聯(lián)系，光的雙縫干涉中就有光的衍射復(fù)習(xí)過關(guān)4如圖3所示為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則()圖3A甲為紫光的干涉圖樣B乙為紫光的干涉圖樣C丙為紅光的干涉圖樣D丁為紅光的干涉圖樣解析對于干涉條紋，亮條紋和暗條紋在比較多的條數(shù)之內(nèi)都保持寬度相等，且波長越大，條紋越寬，對于衍射條紋，條紋寬度中間大，兩邊逐漸減小，由于紅光波長大于紫光波長，故紅光條紋比紫光條紋寬，因此甲是紅光干涉圖樣，乙是紫光干涉圖樣，丙是紅光衍射圖樣，丁是紫光衍射圖樣，故選項(xiàng)B對，A、C、D錯答案B5(多選)下面有關(guān)光的干涉現(xiàn)象的描述中，正確的是()A在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，將入射光由綠光改為紫光，則條紋間隔變寬B白光經(jīng)肥皂膜前后表面反射后，反射光發(fā)生干涉形成彩色條紋C在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若縫S1射入綠光，S2射入紫光，則條紋是彩色的D光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性解析根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式x，紫光的波長比綠光短，所以條紋間隔變窄，故A錯誤；白光是復(fù)色光，不同的色光波長不一樣，當(dāng)兩列光的路程差等于半波長的偶數(shù)倍，出現(xiàn)亮條紋，當(dāng)路程差是半波長的奇數(shù)倍，出現(xiàn)暗條紋，所以白光經(jīng)肥皂膜前后表面反射后，反射光發(fā)生干涉形成彩色條紋，故B正確；干涉的條件是兩列光頻率相同，不同頻率的光不能發(fā)生干涉，故C錯誤；光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波，故D正確答案BD6某同學(xué)自己動手制作如圖4所示的裝置觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，整個裝置位于一暗箱中，實(shí)驗(yàn)過程如下：圖4(1)該同學(xué)用一束太陽光照射A屏?xí)r，屏C上沒有出現(xiàn)干涉條紋；移去B后，在屏上出現(xiàn)上不等間距條紋，此條紋是由于_產(chǎn)生的(2)移去A后，遮住縫S1或縫S2中的任意一個，C上均出現(xiàn)一窄亮斑出現(xiàn)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要原因是_解析(1)移去B后只剩下單縫，故發(fā)生單縫衍射形成條紋，故此條紋是由于光的衍射產(chǎn)生的(2)沒有出現(xiàn)條紋而只出現(xiàn)一個窄亮斑，說明衍射現(xiàn)象不明顯，故主要原因是雙縫S1、S2太寬答案(1)光的衍射(2)雙縫S1、S2太寬三、折射中的色散1同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大2由n可知，各種色光在同一介質(zhì)中的光速不同，紅光速度最大，紫光速度最小3同一頻率的色光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變，該色光在介質(zhì)中的傳播速度為vf，波長隨之改變4光的頻率f越大，同一介質(zhì)對光的折射率越大復(fù)習(xí)過關(guān)7(多選)如圖5所示，兩束不同的單色光P和Q，以適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚，其出射光線都是從圓心O點(diǎn)沿OF方向射出，則下面說法正確的是()圖5AP光束在玻璃磚中的折射率大BQ光束的頻率比P光束的頻率大CP光束穿出玻璃磚后頻率變大DQ光束穿過玻璃磚所需時(shí)間長解析根據(jù)折射定律知Q相對P偏折更多，故Q光束在玻璃磚中的折射率更大，Q光束的頻率更大，由于兩光束在玻璃磚中的路程相等，v，Q光束速率小，穿過的時(shí)間長，P、Q光束從玻璃磚進(jìn)入空氣中時(shí)，頻率不變，波長會變長答案BD8(多選)如圖6所示，一束復(fù)色光從空氣中沿半圓形玻璃磚半徑方向射入，從玻璃磚射出后分成a、b兩束單色光則()圖6A玻璃磚對a光的折射率為Bb光的頻率比a光的頻率大Cb光在玻璃中的傳播速度比a光在玻璃中的傳播速度大D讓a、b通過同一條狹縫，a光衍射現(xiàn)象較明顯解析a光的折射率n，故A對；由題圖可知，a光的偏折程度比b光的小，所以a光的折射率小，頻率也小，由n可得v，a光在玻璃中的傳播速度比b光的大，故B對，C錯；a光頻率小，波長長，所以衍射現(xiàn)象更明顯，D正確答案ABD9ABC為一全反射棱鏡，它的橫截面是等腰直角三角形，如圖7所示一束白光垂直入射到AC面上，在AB面上發(fā)生全反射，若光線入射點(diǎn)O的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮自BC面反射的光線)，則：圖7(1)使入射光按圖中所示的順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，如果有色光自AB面射出，則哪種色光首先射出？(2)使入射光按圖中所示的逆時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，哪種色光首先自AB面射出？解析(1)白光垂直入射AC面后直線射到AB面，入射角為45，發(fā)生全反射說明棱鏡的臨界角C45，這是對從紅光到紫光的所有色光說的當(dāng)入射光順時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)，在AC面上發(fā)生色散，不同色光偏折不同，紅光偏折小，紫光偏折大如圖所示，射到AB面上時(shí)紅光入射角小，紫光入射角大，但它們都小于45，另一方面，棱鏡對紅光的臨界角比紫光的臨界角大因此，入射光線順時(shí)針逐漸偏轉(zhuǎn)時(shí)，在AB面上紅光的入射角將首先小于臨界角而射出AB面(2)如果入射光逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，則射到AB面上的紅光、紫光的入射角都大于45，都發(fā)生全反射而不可能從AB面射出答案(1)紅光(2)沒有光從AB面射出10發(fā)出白光的細(xì)線光源ab，長度為l0，豎直放置，上端a恰好在水面以下，如圖8所示現(xiàn)考慮線光源ab發(fā)出的靠近水面法線(圖中的虛線)的細(xì)光束經(jīng)水面折射后所成的像，由于水對光有色散作用，若以l1表示紅光成的像的長度，l2表示藍(lán)光成的像的長度，則()圖8Al1<l0<l2Bl1>l2>l0Cl2>l1>l0Dl2<l1<l0解析根據(jù)視深公式l可知，由于水對紅光的折射率比對紫光的折射率小，則l2l1l0，故D正確，A、B、C錯誤答案D