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1、3光的干涉*实验：用双缝干涉测量光的波长学习目标1.知道光的干涉现象，知道光是一种波.2.理解相干光源和产生干涉现象的条件.3.理解杨氏干涉实验明暗条纹的特点、成因及出现明暗条纹的条件.4.了解用双缝干涉测量光的波长的实验原理，能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长一、杨氏干涉实验导学探究如图1所示，机械波可以产生波的干涉现象，形成稳定的干涉图样；如果我们先假设光是一种波，那么按照我们所学的波的知识，光要发生干涉现象需要满足什么条件？图1答案两光源必须有相同的频率，即两光源为相干光源知识梳理11801年，英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光具有波动性2杨氏双缝干涉实
2、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、双缝和光屏图2(2)单缝屏的作用：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)双缝屏的作用：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3光产生干涉的条件：两列光的频率相同、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4干涉图样：(1)若用单色光作光源，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的5实验结论：证明了光是一种波二、决定条纹间距的条件1屏上某处出现亮、暗条纹的条件实验装置如图3所示，双缝S1、S2之间
3、的距离为d，双缝到屏的距离为l，屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差rr2r1.图3(1)若满足路程差为波长的整数倍，即rk(其中k0,1,2,3，)，则出现亮条纹(2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即r(其中k0,1,2,3，)，则出现暗条纹2相邻亮条纹(暗条纹)间的距离x与波长的关系：x，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝之间的距离*三、实验：用双缝干涉测量光的波长1实验原理由公式x可知，在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的；只要测出双缝到屏的距离l及相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)的中心间距x，即可由公式x计算出入射光的波长而测量x是本实验的关键2实验步骤(1)按如图4所示安
4、装仪器图4(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上(3)使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过调节遮光筒上测量头的目镜，观察单色光的干涉条纹；撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)(4)加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐某一亮(或暗)条纹的中心，记下此时手轮的读数，然后继续转动手轮使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一亮(或暗)条纹中心，再次记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n.(5)将两次手轮的读数相减，求出n个亮(或暗)条纹间的距离a，利用公式x算出条纹间距，然
5、后利用公式x，求出此单色光的波长(d、l仪器中都已给出)(6)换用不用颜色的滤光片，重复步骤(3)、(4)，并求出相应的波长3注意事项(1)单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等(2)测双缝到屏的距离l时用毫米刻度尺多次测量取平均值(3)测条纹间距x时，用测量头测出n条亮(或暗)条纹间的距离a，求出相邻两条亮(或暗)条纹间的距离x.一、杨氏干涉实验及干涉图样特点例1在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏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)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时()A
6、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有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮答案C解析两列光能发生干涉的条件之一是频率相等利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍会有光亮，故选C.例2如图5甲是双缝干涉实验装置示意图图乙、丙是用红光和紫光在同一装置做实验得到的干涉图样，a、b分别表示中央亮条纹已知红光波长大于紫光波长，回答下列问题：图5(1)双缝的作用是_(2)乙、丙分别是_
7、光和_光答案(1)形成相干光源(2)紫红解析(1)根据实验原理，双缝的作用是形成相干光源(2)根据干涉条纹间距公式x，知题图丙的波长较长，即为红光，则题图乙为紫光二、决定条纹间距的条件例3在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6m，若分别用频率为f15.01014Hz和f27.51014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是()A单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹B单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C单色光f1照射时出现亮条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现亮条纹答案C解析判定某处是亮条纹还是暗条纹，关键是看
8、该处到两光源的路程差是该光波长的倍数情况，若是整数倍，该处为亮条纹；若为半波长的奇数倍，则为暗条纹单色光f1的波长1m0.6m.单色光f2的波长2m0.4m.可见r1，r2，故用单色光f1照射时，P点出现亮条纹，用单色光f2照射时，P点出现暗条纹1.(杨氏双缝干涉实验)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光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹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干涉发生答案B解析在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情
9、况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确在两个完全相同的相干光源情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了方便肉眼观察，故选项D错误2(杨氏双缝干涉实验)英国物理学家托马斯杨第一次在实验室用如图6甲所示的实验装置观察到光的干涉现象图中M为光源，N是有一个小孔的屏，O是有两个非常靠近大小相同的小孔屏，两小孔与N上小孔的距离相同，P为像屏图6(1)该实验设置O屏的目的是_；(2)呈现在P屏上的光的干涉图样应该是图_(填“乙”或“丙”)答案(1)获得相干光源(
10、或产生频率相同的两束光)(2)丙解析该实验设置O屏的目的是获得相干光源(或产生频率相同的两束光)3.(决定条纹间距的条件)(多选)利用光的干涉，两台相距很远(几千公里)联合动作的射电望远镜观察固定的射电恒星，可以精确测定大陆板块漂移速度模型可简化为如图7所示的双缝干涉，射电恒星看成点光源S，分布在地球上不同大陆的两个望远镜相当于两个狭缝S1、S2，它们收到的光满足相干条件，汇集两望远镜信号的接收器相当于光屏设某时刻光屏上P点到S1、S2距离相等，S到S1、S2的距离也相等，当S2向上远离S1时，下列说法中正确的有()图7AP点接收到的干涉信号先变强BP点接收到的干涉信号先变弱C干涉条纹间距发生
11、改变D干涉条纹间距不变答案BC解析光的路程差r2r1k(k0,1,2)时，光屏上出现亮条纹，光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2)时，光屏上出现暗条纹，当S2向上远离S1时，光的路程差先达到，P点接收到的干涉信号先变弱，A错误，B正确；根据条纹间距公式x，可知两个狭缝S1、S2的距离增大，干涉条纹间距减小，C正确，D错误4(决定条纹间距的条件)如图8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)时，则同侧第二条暗条纹的位置()图8A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答案B解析由知f变小，变大若出现第二条暗
12、条纹，则P到双缝的路程差x，当变大时，x也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在P点上方，B正确考点一杨氏双缝干涉实验及干涉图样的特点1从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为()A手电筒射出的光是单色光B干涉图样太细小看不清楚C周围环境的光太强D这两束光为非相干光答案D解析这两束光的相位差不恒定，且都不是单色光，故不是相干光，因此不能产生干涉图样2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蓝光，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
13、呈现彩色条纹答案B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，B对将红光改为蓝光，变小，x变小，C错红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错3(多选)用红光做光的双缝干涉实验，如果将其中一缝改用蓝光，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频率不同的两列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答案BD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
14、频率不同，不能产生干涉现象，不会产生干涉条纹，A、C错误4一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()A各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C各色光的强度不同，造成条纹的间距不同D各色光通过双缝到达一确定点的距离不同答案A解析各色光的频率不同、波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹5如图1所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样：图甲为用绿光进行实验的图样，a为中央亮条纹；图乙为换用另一种单色光进行实验的图样，a为中央亮条纹则以下说法正确的是()图1A图乙可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较长B图乙可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较长C图乙可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较短D图乙可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较短答案A解析由题图可知，图乙中的条纹间距较大，由x可知乙甲，故A正确考点二决定条纹间距的条件6如图2所示，在双缝干涉实验中，若单缝S从双缝S
