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
2、性2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、 3 所示，双缝 S1、S 2之间的距离为 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 rr 2r 1.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2k 122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，ldd 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ld距离 l 及相邻两亮条纹
4、(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dl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
5、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an 1纹间距，然后利用公式 x，求出此单色光的波长 (d、l 仪器中都已给出)dl(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 .an 1一、杨氏干涉实验及干涉图样
6、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
7、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_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ld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f15.010 14Hz 和 f27.510 14Hz 的单色光垂直照射双缝，则 P 点出现
8、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 1 m0.6m.cf1 31085.01014单色光 f2的波长 2 m0.4m.cf2 31087.51014可见 r 1，r 2，故用单色光 f1照射时，P 点出现亮条纹，用单色光 f2照射时
9、，P 点32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
10、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(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
11、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、S 2，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、S 2距离相等，S 到 S1、S 2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干涉条纹间距发生改变D干涉条纹间距不变答案 BC解析 光的路程差 r2r 1k(k0,1,2)时，光屏上出现亮条纹，光的路程差r
12、2r 1(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2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2 ld两个狭缝 S1、S 2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条纹，则 P 到双缝的路程
13、差 x ，当cf 32 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
14、狭缝，屏上将呈现彩色条纹答案 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
15、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
16、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ld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 S1、S 2的中央对称轴
17、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、S 2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、S 2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7(多选) 关于光的干涉及双缝干涉实验的认识，下列说法正确的是( )A只有频率相同的两列光波才能产生干涉B频率不同的两列光波也能产生干涉现
18、象C单色光从两个狭缝到达屏上某点的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹D用同一单色光做双缝干涉实验，能观察到明暗相间的不等间距的单色条纹答案 AC8如图 3 所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝 S 时，在光屏 P 上观察到干涉条纹，若仅改变一个条件，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )图 3A增大 S1与 S2的间距 B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光 D将绿光换为紫光答案 C解析 双缝干涉的条纹间距公式：x ，增大 S1与 S2的间距就是增大 d，所以条纹间距ld变小，A 错误；减小双缝屏到光屏的距离就是减小 l，条纹间距减小，B 错误；红光波长比绿光波长长，紫光波长比绿光波长短
19、，所以将绿光换为红光可使条纹间距增大，C 正确，D 错误9某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图 4 甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示他改变的实验条件可能是( )图 4A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源答案 B解析 由题图可知，双缝干涉图样的条纹间距增大，由 x 可知，A、C 错误，B 正确；ld增大光的频率，则波长减小，双缝干涉图样的条纹间距减小，所以 D 错误10(多选) 用波长为 的单色光照射单缝 O，经过双缝 M、N 在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图 5 所示，图中 a、b、c、d、e 为相
20、邻亮条纹的位置，c 为中央亮条纹，则( )图 5AO 到达 a、b 的路程差为零BM、N 到达 b 的路程差为 CO 到达 a、c 的路程差为 4DM、N 到达 e 的路程差为 2答案 BD解析 振动一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足 rk (k0,1,2,3)11.如图 6 所示，在利用双缝干涉测量光的波长时，激光投射到两条相距为 d 的狭缝上，双缝到屏的距离为 l，屏上 P 点到两狭缝距离相等，该点出现_(填“亮”或“暗”)条纹，A、B 两点分别为第 5 条和第 10 条亮条纹的中心位置，它们间的距离为 x，则激光的波长为_图 6答案 亮 xd5l解析 P 点到两个光源 S1
21、、S 2的距离差为 0，即满足|PS 1PS 2|n (n0)，故 P 点是亮条纹；第 5 条与第 10 条亮条纹的距离为 x，则相邻亮条纹间距 x ，所以 .x5 ld xd5l12如图 7 所示，用频率为 f 的单色光垂直照射双缝，在光屏上 P 点出现第 2 条暗条纹，已知光速为 c，则 P 点到双缝的距离之差(r 2r 1)应为多大？图 7答案 3c2f解析 由光的干涉出现亮、暗条纹的条件可知，当屏上某点到双缝的距离之差为半波长的奇数倍时，出现暗条纹，即到双缝的距离之差 r2r 1(2k1) ，其中 k0,1,2,3.所以当2出现第 2 条暗条纹时，取 k1，所以 r2r 1 .又因为 cf，所以 r2r 1 .32 3c2f
