2019高中物理第十三章第3课时光的干涉（对点练巩固练）（含解析）新人教版 11页

第3课时　光的干涉[对点训练]知识点一·　杨氏干涉实验1．以下光源可作为相干光源的是(　　)A．两个相同亮度的烛焰B．两个相同规格的灯泡C．双丝灯泡D．出自一个光源的两束光答案　D解析　相干光的条件，必须是频率相同，相位差恒定，故只有D正确。2．由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象。这是因为(　　)A．两个光源发出光的频率相同B．两个光源发出光的强度不同C．两个光源的光速不同D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源答案　D解析　相干光源的条件为同频率的单色光源。而不同光源发出的光的频率一般不同，所以不会产生干涉现象，故D正确。3．关于杨氏实验，下列说法中错误的是(　　)A．单色光通过小孔后射向两个靠得很近的狭缝可作为振动情况总是相同的波源B．两波源发出的光波在波谷与波谷叠加的地方，光相互抵消或者削弱，屏上出现暗条纹C．两个波源发出的光波在波峰与波峰叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹D．两波源发出的光波在波峰与波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，屏上出现暗条纹答案　B解析　在杨氏实验中，两个狭缝的光源来自同一光源，频率、相位和振动方向均相同，具备干涉条件，所以通过两个狭缝的光在屏上叠加，波峰和波峰叠加的地方，波谷和波谷叠加的地方，光相互加强，屏上出现亮条纹，波峰和波谷叠加的地方，光相互抵消或削弱，形成暗条纹，B错误，A、C、D正确。4．(多选)如图所示是光的双缝干涉的示意图，下列说法中正确的是(　　)A．单缝S的作用是为了增加光的强度B．双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源nC．当S1、S2发出两列光波到P点的路程差为光的波长λ的1．5倍时，产生第二条暗条纹D．当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为波长λ时，产生中央亮条纹答案　BC解析　单缝是为了获得线光源，A错误。双缝是为了获得相干光源，B正确。当路程差为0时是中央亮纹，路程差为时产生第一条暗纹，则路程差为λ时产生第二条暗纹，故C正确，D错误。知识点二·对双缝干涉出现明暗条件的判断5．(多选)双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是(　　)A．O点是红光的亮条纹B．红光的第一条亮条纹在P点的上方C．O点不是蓝光的亮条纹D．蓝光的第一条亮条纹在P点的上方答案　AB解析　由于O点到双缝的光程差为零，所以为各种色光的亮条纹，A正确；P点由于是绿光的第一条亮条纹，红光的波长大于绿光的波长，红光的条纹间距大于绿光的条纹间距，因此B正确。6．如图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，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　)nA．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　由Δx＝λ知，减小S1与S2的间距d或增大双缝屏到光屏的距离l时，条纹间距变大，A、B错误；将绿光换为红光，波长变大，条纹间距变大，C正确；将绿光换为紫光，波长变小，条纹间距变小，D错误。7．某同学在做双缝干涉实验时，测得双缝间距d＝3．0×10－3m，双缝到光屏间的距离为1m，前两次测量头手轮上的示数分别为0．6×10－3m和6．6×10－3m，两次分划板中心刻线分别与第1条亮纹和第5条亮纹对齐，求该单色光的波长。答案　4．5×10－6m解析　Δx＝＝m＝1．5×10－3mλ＝＝m＝4．5×10－6m。知识点三·实验：用双缝干涉测量光的波长8．(多选)利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽(f蓝>f红)C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D．换一个双缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄E．去掉滤光片后，干涉现象消失其中正确的是(　　)答案　ABD解析　由条纹间距公式Δx＝λ(d指双缝间距离，l是双缝到屏的距离)，可知：A项中l减小，Δx变小；B项中λ变大，Δx变大；D项中d变大，Δx变小，去掉滤光片后，n屏上将出现白光干涉图样，故A、B、D正确。9．某同学在做“双缝干涉测定光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时(如图甲中的A)，游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B)，游标卡尺的示数如图丁所示。已知双缝间距d＝0．5mm，缝到屏的距离L＝1m。则：(1)图乙中游标卡尺的示数为________cm。(2)图丁中游标卡尺的示数为________cm。(3)所测光波的波长为________m。(保留两位有效数字)答案　(1)1．240　(2)1．770　(3)6．5×10－7解析　图中游标卡尺游标尺是20个等分刻度，精确度为0．05mm。(1)图乙中游标卡尺的读数为：x1＝12mm＋0．05mm×8＝12．40mm＝1．240cm。(2)图丁中游标卡尺的读数为：x2＝17mm＋0．05mm×14＝17．70mm＝1．770cm。(3)由题知条纹宽度：Δx＝＝1．3×10－3m。根据Δx＝λ可解得波长：λ＝Δx·＝1．3×10－3×m＝6．5×10－7m。10．某同学用图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离Δx。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数如图丙所示，再转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丁的示数x2＝________mm。如果实验所用双缝之间的距离d＝0．20mm，双缝到屏的距离L＝60cm。根据以上数据可得出光的波长λ＝________nm(保留一位小数)。n答案　8．95　590．0解析　由游标卡尺的读数规则以及干涉条纹与波长的关系分析求解。x2＝8mm＋19×0．05mm＝8．95mm，由Δx＝λ，Δx＝，x1＝2×0．05mm＝0．10mm，所以λ＝590．0nm。11．在双缝干涉实验中，从光源发出的光经过滤光片后成为______光，经过跟单缝互相平行的双缝后变为________光，从而在屏上可以观察到________图样。若去掉滤光片，在屏上观察到的干涉条纹是________色的。这是因为白光是由______复合而成的，而不同色光的________不同，产生的亮暗条纹________也不同，所以在屏上出现了________色条纹。答案　单色　相干　干涉　彩　单色光　波长　位置　彩易错点·双缝干涉中明暗条纹的判定12．在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1＝0．75μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2＝1．5μm，如果用频率为6．0×1014Hz的黄光照射双缝，则(　　)A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹B．Q点出现亮条纹，P点出现暗条纹C．两点均出现亮条纹D．两点均出现暗条纹易错分析　屏上某点到双缝的路程差为半个波长的偶数倍为亮条纹，路程差为半个波长的奇数倍为暗条纹，有时计算出路程差，在对比时忘记了是与半个波长作比较，而与波长比较，出现错误。答案　B解析　由波长与波速的关系式可知λ黄＝＝0．5μm。而P点的光程差Δs1＝1．5λ黄，即半波长的奇数倍，所以P点出现暗条纹。而Q点的光程差Δs2＝3λ黄，即半波长的偶数倍，所以Q点出现亮条纹。综上所述，B正确。n[提升训练]一、选择题1．如图所示，在双缝干涉实验中，若把单缝S从双缝S1、S2的中心对称轴位置稍微向上移动，则(　　)A．不再产生干涉条纹B．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹的位置不变C．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹的位置略向上移D．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹的位置略向下移答案　D解析　光的干涉条件仍满足，故一定能产生干涉条纹，A错误；两列波到中央亮条纹的路程相同，因为光源发出的两束光到S2路程稍长，所以中央亮条纹应离S2较近些，D正确，B、C错误。2．在利用测量头测量条纹宽度时，应使分划板中心刻线最好(　　)A．与亮条纹的边缘线对齐B．与暗条纹的边缘线对齐C．与亮条纹的中心位置对齐D．与暗条纹的中心位置对齐答案　C解析　在利用测量头测量条纹宽度时，应使分划板中心刻线最好与亮条纹的中心位置对齐，因为条纹的边缘轮廓不清晰，如果对准边缘测量误差较大，故C正确。3．(多选)某同学在做双缝干涉实验时，按图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于(　　)A．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大B．没有安装滤光片C．单缝与双缝不平行D．光源发出的光束太强答案　AC解析　安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功。当然还要使光源发出的光束不至太暗。据上分析，可知A、C符合题意。4．如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，图丙为换用另一种颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法中正确的是(　　)nA．图丙可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．图丙可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．图丙可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．图丙可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短答案　A解析　对比乙、丙两图可以看出丙图中条纹间距大，由Δx＝λ可知，Δx是由波长决定的，所以图丙对应入射光的波长比绿光大，由此可判断A正确。5．(多选)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。关于上面操作步骤②中应注意的问题正确的是(　　)A．使各元件的中心位于遮光筒的轴线上B．单缝和双缝间距大约为5～10cmC．单缝和双缝应互相垂直D．单缝和双缝应互相平行n答案　ABD解析　C项中如果单缝与双缝垂直，通过双缝的光的能量有限，在屏上很难看到清晰的干涉条纹A、B、D正确。6．激光散斑测速是一种崭新的技术，它应用了光的干涉原理，用二次曝光照相所获得的“散斑对”相对于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光的时间间隔的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之距离l以及相邻亮纹间距Δx，若所用的激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式为(　　)A．v＝B．v＝C．v＝D．v＝答案　C解析　由题意可得：vΔt＝d，由干涉条纹间距的计算公式：Δx＝λ，联立解得：v＝，故C正确。7．(多选)关于双缝干涉条纹，以下说法中正确的是(　　)A．用同一单色光做双缝干涉实验，能观察到明、暗相间的单色条纹B．用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差为该单色光波长的整数倍C．用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差一定为该单色光波长的奇数倍D．用同一单色光经双缝干涉后的暗条纹距两缝的距离之差一定为该单色光半波长的奇数倍答案　ABD解析　同一单色光干涉条纹为明、暗相间的单色条纹，A正确；光程差Δx＝kλ(k为整数)时，为明纹，B正确；Δx＝(k＝0,1,2…)时，为暗纹，D正确。8．如图所示，是双缝干涉的实验装置，当用波长为0．75μm的单色光照射单缝S时，在屏中央P处观察到明条纹，P1处于上方第一条明纹的中心。若换用波长为0．50μm的单色光，照射单缝S，则(　　)A．P为明纹，P1为暗纹B．P和P1仍为明纹C．P和P1都为暗纹D．P为暗纹，P1为明纹n答案　A解析　当用波长λ1＝0．75μm的单色光照射时，根据题意知，P1点对应的光程差Δx＝λ1，P点的光程差为零。当换用波长λ2＝0．50μm的单色光照射时，P1点处的光程差Δx＝λ1＝λ2，所以P1点处应为暗纹，而P点的光程差仍为零，为明纹。故A正确。二、非选择题9．图①是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置。测得双缝屏到毛玻璃屏的距离为0．2m、双缝的距离为0．4mm。图②是通过该仪器的观测装置看到毛玻璃屏上的干涉图样，其中1、2、3、4、5……是明条纹的编号。图③、图④是利用该仪器测光的波长时观察到的情景，图③是测第1号明条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为________mm，图④是测第4号明条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为________mm。根据上面测出的数据可知，被测光的波长为________nm。答案　0．508(0．506～0．509)　1．509(1．506～1．509)　667(665～669)解析　螺旋测微器的读数为：0．5mm＋0．01mm×0．8＝0．508mm。1．5mm＋0．01mm×0．9＝1．509mm，两相邻明条纹之间的间距为：Δx＝mm＝0．334mm由Δx＝·λ有λ＝·Δx＝m＝0．667×10－6＝667nm。10．在《用双缝干涉测光的波长》实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图1)，并选用缝间距d＝0．20mm的双缝屏，从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700mm。然后，接通电源使光源正常工作。n(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图2(a)所示。图3(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图2(b)中游标尺上的读数x1＝1．16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图3(a)所示，此时图3(b)中游标尺上的读数x2＝________mm；(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm。答案　(1)15．02　(2)2．31　6．6×102解析　由图知，两次读数间移动了6个条纹间距的宽度，则有Δx＝＝2．31(mm)；再由Δx＝λ，可求出λ＝mm＝6．6×102nm。11．光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用。光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0．85μm的单色光，上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1．06μm的单色光。这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息，回答下列问题：(已知光纤纤芯的折射率为1．47)(1)在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？答案　(1)1．56μm　(2)见解析n解析　(1)设信号频率为f，真空中的波长为λ0，c＝λ0f，光在纤芯中的频率仍为f，波长为λ，则光在纤芯中的速度v＝λf，又n＝，可以得出λ0＝nλ＝1．47×1．06μm≈1．56μm。(2)如果上行光信号和下行光信号的频率相同，将发生干涉现象而互相干扰。12．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。(1)洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源，M为一平面镜，试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域；(2)设光源S到平面镜的垂直距离和光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。答案　(1)见解析　(2)Δx＝λ解析　(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出S在镜中的像，画出边沿光线，范围如图所示，在P、N之间。(2)要求记住杨氏双缝干涉实验中干涉条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系式Δx＝λ，因为d＝2a，所以Δx＝λ。