2018-2019學(xué)年高中物理 模塊專題復(fù)習(xí) 專題四 光的干涉 衍射 折射中的色散學(xué)案 魯科版選修3-4

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1、專題四 光的干涉 衍射 折射中的色散一、光的干涉1.產(chǎn)生干涉的條件:兩列頻率相同、相位差恒定、振動情況相同的光.2.產(chǎn)生亮、暗條紋的條件:當(dāng)rk時出現(xiàn)亮條紋;當(dāng)r(2k1)時出現(xiàn)暗條紋(其中k0,1,2).相鄰亮(或暗)條紋間距:y.3.雙縫干涉圖樣的特點:單色光照射時為間距相同的明暗相間的條紋,白光照射時為彩色條紋.4.雙縫干涉法測量光的波長:由相鄰亮(或暗)條紋間距y得.5.薄膜干涉(1)薄膜干涉中的條紋是從薄膜前、后兩個表面反射的光在光源這一側(cè)干涉形成的.(2)同一條紋上的點厚度相同,所以若用肥皂薄膜做實驗,條紋為橫條紋.復(fù)習(xí)過關(guān)1.如圖1所示為雙縫干涉實驗,甲圖為用綠光照射時的結(jié)果,a

2、為中央亮條紋,a為相鄰亮條紋;乙圖為換用另一種單色光照射的結(jié)果,a為中央亮條紋,a為相鄰亮條紋,兩次實驗中雙縫間距和雙縫到屏的距離都相等,以下說法正確的是()圖1A.乙圖可能是用紅光照射,表明紅光波長較長B.乙圖可能是用紫光照射,表明紫光波長較長C.乙圖可能是用紫光照射,表明紫光波長較短D.乙圖可能是用紅光照射,表明紅光波長較短答案C解析由題圖知甲圖中條紋間距大,由y可知,在l和d相同的情況下,x大,則大;x小,則?。凰砸覉D中所用單色光波長較短,因紫光比綠光波長短,故選項C正確.2.如圖2所示,在雙縫干涉實驗中,若單縫S從雙縫S1、S2的中央對稱軸位置處稍微向上移動,則()圖2A.不再產(chǎn)生干

3、涉條紋B.仍可產(chǎn)生干涉條紋,其中央亮條紋P的位置不變C.仍可產(chǎn)生干涉條紋,其中央亮條紋P的位置略向上移D.仍可產(chǎn)生干涉條紋,其中央亮條紋P的位置略向下移答案D解析本實驗中單縫S的作用是形成頻率一定的線光源,雙縫S1、S2的作用是形成相干光源,稍微移動S后,沒有改變傳到雙縫的光的頻率,因此S1、S2射出的仍是相干光,則單縫S發(fā)出的光到達屏上P點下方某點的路程差為零,故中央亮條紋下移.3.(多選)一束平行光照射在雙縫上,在縫后屏上得到干涉條紋,下列說法中正確的是()A.增大雙縫到屏的距離,條紋間距變大B.入射光波長變短,光強不變,條紋間距不變C.入射光頻率變化時條紋間距跟著變化D.在水里做雙縫干涉

4、實驗,同樣條件下的條紋間距會變化答案ACD解析根據(jù)y可得增大雙縫的屏的距離l,條紋間距變大,故A正確;入射光的強度與入射光的波長無關(guān),故入射光的強度不變,但波長變短時,條紋間距減小,故B錯誤;入射光的頻率改變時,入射光的波長就發(fā)生改變,則條紋間距會隨之發(fā)生改變,故C正確;在水里做雙縫干涉實驗,使光的傳播速度變小,由于光的頻率不變,故波長變小,所以條件間距變小,故D正確.二、光的干涉與衍射的辨析光的干涉與衍射都可以得到明暗相間的色紋,都有力地證明了光的波動性.1.光的干涉強調(diào)了兩個或多個光束的疊加.例如從楔形肥皂膜上觀察到的鈉黃光的明暗相間條紋,或從水面油膜上觀察到的彩色條紋,就屬這類情況,從薄

5、膜的前后表面反射出來的光就是相干光.2.光的衍射現(xiàn)象強調(diào)了光偏離直線傳播的現(xiàn)象.例如從小孔觀察點光源或從狹縫觀察線光源就屬這種情況.光經(jīng)過小孔或狹縫產(chǎn)生非直線傳播的現(xiàn)象,此時便可在光屏上形成明暗相間的條紋.3.干涉條紋與衍射條紋也是有區(qū)別的,以狹縫為例,干涉條紋是相互平行、等距(寬度相同)的;而衍射條紋是平行而不等距的,中間最寬,兩邊條紋寬度逐漸變窄.4.光的干涉和衍射,都證明了光的波動性,只有波才可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象.5.光的干涉和衍射有一定的聯(lián)系,光的雙縫干涉中就有光的衍射.復(fù)習(xí)過關(guān)4.如圖3所示為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣,則()圖3A.甲為紫光的干涉圖樣B.乙為紫光的干涉圖

6、樣C.丙為紅光的干涉圖樣D.丁為紅光的干涉圖樣答案B解析對于干涉條紋,亮條紋和暗條紋在比較多的條數(shù)之內(nèi)都保持寬度相等,且波長越大,條紋越寬,對于衍射條紋,條紋寬度中間大,兩邊逐漸減小,由于紅光波長大于紫光波長,故紅光條紋比紫光條紋寬,因此甲是紅光干涉圖樣,乙是紫光干涉圖樣,丙是紅光衍射圖樣,丁是紫光衍射圖樣,故選項B對,A、C、D錯.5.(多選)下面有關(guān)光的干涉現(xiàn)象的描述中,正確的是()A.在光的雙縫干涉實驗中,將入射光由綠光改為紫光,則條紋間隔變寬B.白光經(jīng)肥皂膜前后表面反射后,反射光發(fā)生干涉形成彩色條紋C.在光的雙縫干涉實驗中,若縫S1射入綠光,S2射入紫光,則條紋是彩色的D.光的干涉現(xiàn)象

7、說明光具有波動性答案BD解析根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式y(tǒng),紫光的波長比綠光短,所以條紋間隔變窄,故A錯誤;白光是復(fù)色光,不同的色光波長不一樣,當(dāng)兩列光的路程差等于半波長的偶數(shù)倍,出現(xiàn)亮條紋,當(dāng)路程差是半波長的奇數(shù)倍,出現(xiàn)暗條紋,所以白光經(jīng)肥皂膜前后表面反射后,反射光發(fā)生干涉形成彩色條紋,故B正確;干涉的條件是兩列光頻率相同,不同頻率的光不能發(fā)生干涉,故C錯誤;光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波,故D正確.6.某同學(xué)自己動手制作如圖4所示的裝置觀察光的干涉現(xiàn)象,其中A為單縫屏,B為雙縫屏,整個裝置位于一暗箱中,實驗過程如下:圖4(1)該同學(xué)用一束太陽光照射A屏?xí)r,屏C上沒有出現(xiàn)干涉條紋;移去B后,在屏上

8、出現(xiàn)上不等間距條紋,此條紋是由于_產(chǎn)生的.(2)移去A后,遮住縫S1或縫S2中的任意一個,C上均出現(xiàn)一窄亮斑.出現(xiàn)以上實驗結(jié)果的主要原因是_.答案(1)光的衍射(2)雙縫S1、S2太寬解析(1)移去B后只剩下單縫,故發(fā)生單縫衍射形成條紋,故此條紋是由于光的衍射產(chǎn)生的.(2)沒有出現(xiàn)條紋而只出現(xiàn)一個窄亮斑,說明衍射現(xiàn)象不明顯,故主要原因是雙縫S1、S2太寬.三、折射中的色散1.同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同,對紅光的折射率最小,對紫光的折射率最大.2.由n可知,各種色光在同一介質(zhì)中的光速不同,紅光速度最大,紫光速度最小.3.同一頻率的色光在不同介質(zhì)中傳播時,頻率不變,該色光在介質(zhì)中的傳播速度為v

9、f,波長隨之改變.4.光的頻率f越大,同一介質(zhì)對光的折射率越大.復(fù)習(xí)過關(guān)7.(多選)如圖5所示,兩束不同的單色光P和Q,以適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚,其出射光線都是從圓心O點沿OF方向射出,則下面說法正確的是()圖5A.P光束在玻璃磚中的折射率大B.Q光束的頻率比P光束的頻率大C.P光束穿出玻璃磚后頻率變大D.Q光束穿過玻璃磚所需時間長答案BD解析根據(jù)折射定律知Q相對P偏折更多,故Q光束在玻璃磚中的折射率更大,Q光束的頻率更大,由于兩光束在玻璃磚中的路程相等,v,Q光束速率小,穿過的時間長,P、Q光束從玻璃磚進入空氣中時,頻率不變,波長會變長.8.(多選)如圖6所示,一束復(fù)色光從空氣中沿半圓形

10、玻璃磚半徑方向射入,從玻璃磚射出后分成a、b兩束單色光.則()圖6A.玻璃磚對a光的折射率為B.b光的頻率比a光的頻率大C.b光在玻璃中的傳播速度比a光在玻璃中的傳播速度大D.讓a、b通過同一條狹縫,a光衍射現(xiàn)象較明顯答案ABD解析a光的折射率n,故A對;由題圖可知,a光的偏折程度比b光的小,所以a光的折射率小,頻率也小,由n可得v,a光在玻璃中的傳播速度比b光的大,故B對,C錯;a光頻率小,波長長,所以衍射現(xiàn)象更明顯,D正確.9.ABC為一全反射棱鏡,它的橫截面是等腰直角三角形,如圖7所示.一束白光垂直入射到AC面上,在AB面上發(fā)生全反射,若光線入射點O的位置保持不變,改變光線的入射方向(不

11、考慮自BC面反射的光線),則:圖7(1)使入射光按圖中所示的順時針方向逐漸偏轉(zhuǎn),如果有色光自AB面射出,則哪種色光首先射出?(2)使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉(zhuǎn),哪種色光首先自AB面射出?答案(1)紅光(2)沒有光從AB面射出解析(1)白光垂直入射AC面后直線射到AB面,入射角為45,發(fā)生全反射說明棱鏡的臨界角C45,這是對從紅光到紫光的所有色光說的.當(dāng)入射光順時針偏轉(zhuǎn)時,在AC面上發(fā)生色散,不同色光偏折不同,紅光偏折小,紫光偏折大.如圖所示,射到AB面上時紅光入射角小,紫光入射角大,但它們都小于45,另一方面,棱鏡對紅光的臨界角比紫光的臨界角大.因此,入射光線順時針逐漸偏轉(zhuǎn)時,在AB面上紅光的入射角將首先小于臨界角而射出AB面.(2)如果入射光逆時針偏轉(zhuǎn),則射到AB面上的紅光、紫光的入射角都大于45,都發(fā)生全反射而不可能從AB面射出.10.發(fā)出白光的細線光源ab,長度為l0,豎直放置,上端a恰好在水面以下,如圖8所示.現(xiàn)考慮線光源ab發(fā)出的靠近水面法線(圖中的虛線)的細光束經(jīng)水面折射后所成的像,由于水對光有色散作用,若以l1表示紅光成的像的長度,l2表示藍光成的像的長度,則()圖8A.l1l0l2l0C.l2l1l0D.l2l1l0答案D解析根據(jù)視深公式l可知,由于水對紅光的折射率比對紫光的折射率小,則l2l1l0,故D正確,A、B、C錯誤.6

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