高中物理选修3-4第五章学案4习题课后作业,有详细解答

学案4章末总结一、双缝干涉及干涉法测光波波长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．产生明暗条纹的条件：当Δs＝kλ时出现明条纹；当Δs＝(2k－1)λ2时出现暗条纹(其中k＝0，±1，±2……)．3．相邻明(或暗)条纹间距：Δx＝ldλ4．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．例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，表明红光波长较短解析本题主要考查双缝干涉条纹间距的决定因素．由题图知甲图中条纹间距大，由Δx＝ldλ可知，在l和d相同的情况下，Δx大，则λ大；Δx小，则λ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．答案C例2利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图所示，则：图2(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝________mm，xB＝________mm，相邻两条纹间距Δx＝________mm；(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长λ＝________m；(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变大”“不变”或“变小”)．解析游标卡尺读数时：一要注意精确度，二要注意读数时主尺读数应为游标尺零刻度线所对主尺位置的读数；三要注意单位，无论是主尺读数还是游标尺读数都要以mm为单位读取．本题中还要注意主尺上的数字单位是cm，不是mm.从λ＝dlΔx可知，波长越长的光，干涉条纹间距越大．根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长越短，干涉条纹间距越小．答案(1)11.115.60.75(2)dlΔx6.0×10－7(3)变小二、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(观察者应与光源在同一侧才能看到干涉条纹)．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．3．薄膜干涉要求膜的厚度与波长相差不大．例3劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图3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()图3A．变疏B．变密C．不变D．消失解析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＝12λ.设条纹间距为Δl，则由几何关系得：d2－d1Δl＝tanθ，即Δl＝λ2tanθ.当抽去一张纸片时，θ减小，Δl增大，即条纹变疏．答案A三、对光的干涉和衍射现象的比较单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同的两列相干光波相遇叠加条纹特点条纹宽度和亮度不等，中央条纹最宽最亮，两侧条纹逐渐变窄变暗条纹宽度相等；各条纹间距相等；亮度基本不变相同点都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果；都是波特有的现象，表明光是一种波例4一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹．现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到()A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些C．只有一条与缝宽对应的明条纹D．无条纹，只存在一片红光解析开始时产生了干涉现象，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，挡住一条窄缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样．衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹；干涉图样为等间距的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间距的明暗相间的条纹且亮度迅速减弱，所以本题正确选项为B.答案B1．(干涉和衍射比较)如图4所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是()图4A．a、b是光的干涉图样B．c、d是光的干涉图样C．形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短D．形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短答案A解析干涉条纹是等间距的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝ldλ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误，c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误．2．(干涉实验)1834年，洛埃利用单面镜得到了杨氏干涉的结果．洛埃镜实验的基本装置如图5所示，S为单色光源，M为一平面镜．S经平面镜反射光和直接发出的光在光屏上相遇叠加形成干涉条纹，其光路如图所示，若已知光源到平面镜的距离为a，光源到屏的距离为l，相邻两条亮纹的距离为Δx，则光波的波长λ＝________.图5答案2aΔxl解析光源S到像点S′的距离d＝2a，相当于双缝间距离．由Δx＝ldλ得λ＝Δxdl＝2a·Δxl.