2019-2020学年高考物理 主题3 光及其应用 3 光的干涉课件（必修1）

主题3光及其应用3光的干涉学科素养与目标要求物理观念：1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波.2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.科学探究：做杨氏双缝干涉实验，在屏上得到明暗相间的条纹，说明光是一种波.科学态度与责任：体会物理学的发展改变了人类对自然界的认识.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双基强化落实自主预习一、杨氏干涉实验1.1801年，英国物理学家成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有.2.双缝干涉实验(1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生.(2)实验现象：在屏上得到的条纹.(3)实验结论：光是一种.托马斯·杨波动性干涉现象明暗相间等间距波二、决定条纹间距的条件1.干涉条件：两波源的、方向都相同，相位差恒定.2.出现明暗条纹的判断(1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的(填“奇”或“偶”)数倍时，出现亮条纹.(2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的(填“奇”或“偶”)数倍时，出现暗条纹.频率振动偶奇即学即用1.判断下列说法的正误.(1)用白光做双缝干涉实验时屏幕各处均是彩色条纹.()(2)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定.()(3)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹.()(4)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹.()×√××2.如图1所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7m.则在这里出现的应是________(填“亮条纹”或“暗条纹”).图1暗条纹重点探究一、杨氏干涉实验如图为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况.(1)两条狭缝起什么作用？导学探究答案光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源.(2)在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？答案在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹.1.杨氏双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图2所示，有光源、单缝、双缝和光屏.(2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况.也可用激光直接照射双缝.(3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光.2.光产生干涉的条件两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同.杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的.知识深化图23.干涉图样(1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.(2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹.例1(2018·北京卷)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色√解析在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹，中央条纹变成红色.例2在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮√解析分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮.[学科素养]例2回顾了双缝干涉实验，两束光发生干涉的条件是两束光的频率相同、相位差恒定、振动情况相同.一方面让学生对物理规律的认识更加深刻，另一方面也让学生进一步熟悉了双缝干涉发生的条件.这很好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.二、决定条纹间距的条件(1)若屏上某点是两列光波的波峰与波峰相遇，该点的振动是加强还是减弱？若屏上某点是两列光波的波峰与波谷相遇，该点的振动是加强还是减弱？导学探究答案波峰与波峰相遇，振动加强；波峰与波谷相遇，振动减弱.(2)如图所示是几种单色光的双缝干涉图样.①用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样有什么不同？②如果将屏幕远离双缝移动，条纹间距如何变化？答案红光的条纹间距最宽，紫光的条纹间距最窄.答案屏幕离双缝越远，条纹间距越大.③改变双缝间的距离，条纹间距如何变化？④双缝干涉条纹的间距与哪些因素有关？答案双缝间距越大，条纹间距越小.答案与光波波长、双缝到屏的距离及双缝间距离有关.1.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大.白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹.两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹.知识深化2.亮、暗条纹的判断如图3所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差Δr＝r2－r1.图3(1)若满足路程差为波长的整数倍，即Δr＝kλ(其中k＝0，1，2，3，…)，则出现亮条纹.k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.k为亮条纹的级次.(2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即Δr＝2k－12λ(其中k＝1，2，3，…)，则出现暗条纹.k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.例3在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是A.用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光B.用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光C.相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D.在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽√解析条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确，B错误；双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等间距的，故C错误；红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，故D错误.例4如图4所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则A.P和P1仍为亮条纹B.P为亮条纹，P1为暗条纹C.P为暗条纹，P1为亮条纹D.P、P1均为暗条纹√图3针对训练如图5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的路程差|r1－r2|应为图5A.c2fB.3c2fC.3cfD.5c2f√解析出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为52λ，而λ＝cf，所以|r1－r2|＝52λ＝5c2f，D项正确.达标检测解析用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间的条纹，B对；若仅将入射光由红光改为紫光，波长变小，条纹间距变小，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错.12341.(杨氏双缝干涉实验)在杨氏双缝干涉实验中，如果A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C.若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹√2.(决定条纹间距的条件)(2018·北京101中学高二下学期期中)如图6所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样，甲图为绿光进行实验的图样，乙图为换用另一种单色光进行实验的图样，则以下说法中正确的是图61234A.乙图可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较长B.乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较短D.乙图可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较短√解析题图乙中条纹的间距比题图甲大，故题图乙中光的波长较长，即比绿光的波长长.红光的波长比绿光长，紫光的波长比绿光短，A正确.3.(决定条纹间距的条件)如图7所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变，屏足够大)，则同侧第二条暗条纹的位置1234图7A.仍在P处B.在P点上方C.在P点下方D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到√4.(亮、暗条纹的判断)在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，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，则P点出现亮、暗条纹的情况是A.用单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹B.用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C.用单色光f1照射时出现亮条纹，用单色光f2照射时出现暗条纹D.用单色光f1照射时出现暗条纹，用单色光f2照射时出现亮条纹1234√课时对点练一、选择题考点一双缝干涉实验1.用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是A.明暗相间的条纹B.彩色条纹C.一片红光D.晃动的条纹√123456789101112解析两灯泡不是相干光源，故选C.2.(多选)用红光做光的双缝干涉实验，如果将其中一条缝改用蓝光，下列说法正确的是A.在光屏上出现红蓝相间的干涉条纹B.只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象，此时不产生干涉现象C.频率不同的两束光也能发生干涉现象，此时出现彩色条纹D.尽管亮、暗条纹都是光波相互叠加的结果，但此时红光与蓝光只叠加不产生干涉现象123456789101112√√解析频率相同、相位差恒定、振动方向相同是产生干涉现象的条件，红光和蓝光频率不同，不能产生干涉现象，不会产生干涉条纹，A、C错误.3.某同学自己动手利用如图1所示器材观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏.当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一窄亮斑.分析实验失败的原因，最大的可能性是A.单缝S太窄B.单缝S太宽C.S到S1与到S2的距离不等D.阳光不能作为光源123456789101112√图1考点二决定条纹间距的条件4.(多选)用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图2所示的干涉图样，其中图甲是a光照射形成的，图乙是b光照射形成的，则关于a、b两束单色光，下述说法中正确的是123456789101112A.a光的频率比b光的大B.在水中a光传播的速度比b光的大C.水对a光的折射率比b光的大D.b光的波长比a光的短√√图25.(2017·泉州高二检测)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的A.传播速度不同B.强度不同C.振动方向不同D.频率不同123456789101112解析两侧条纹间距与各色光的波长成正比，不同色光的频率不同、波长不同.这样除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了彩色条纹.√6.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完全相同的相干光源C.用红光和绿光分别做双缝干涉实验(λ红λ绿)，绿光干涉图样的条纹间距比红光大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发生干涉123456789101112√考点三亮、暗条纹的判断7.(2017·郑州高二检测)瓦斯在隧道施工、煤矿采掘等方面危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现