杨氏干涉实验

一、杨氏干涉实验
二、决定条纹间距的条件
三、实验：用双缝干涉测量光的波长
光的衍射和干涉
知识点
四、光的衍射
五、偏振现象
横波只沿某一特定方向振动，自然光通过偏振片后得到了偏振光，只有横波才有偏振现象.自然光：从光源（如太阳、亮着的灯等）直接发出的光，包含着在垂直于传播方向的一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.
偏振光：①自然光通过偏振片后，在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱,这样的光叫偏振光.②自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时的反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直.我们通常看到的绝大多数光都是偏振光.
六、光的颜色色散
光的色散：当白光经过三棱镜后能形成彩色个光带，这个现象叫色散；
1、发生色散后在光屏上从上至下，依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫；
2、从红到紫光的频率由小到大；波长由大到小；
3、在同种介质中，折射率由小到大；传播速度由大到小；
4、从红光到紫光衍射现象逐渐减弱；
七、薄膜干涉中的色散
八、激光的特点及其应用
光是从物质的原子中发射出来的．
激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性．
激光额另一个特点是平行度很好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度．这个特点使它可以用来进行精确的测距．
激光还有一个特点使亮度高．可以利用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔．
高考考纲
一、 杨氏干涉实验
1、在双缝干涉实验中，下列说法正确的是（）
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 ．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
D ．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹
【答案】 B D
【解析】
用白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，选项A 错；红光双缝干涉的图样为红黑相间的条纹，选项B 正确；红光和紫光频率不同，不能产生干涉图样，选项C 错；遮住一条狭缝时，紫光将发生单缝衍射，形成衍射图样，选项D 正确．
2、（2011北京高考）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（）
A ．增大1S 与2S 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】
由于双缝干涉中，相邻条纹间距离L
x d
λ∆=
，增大1S 与2S 的间距d ，相邻条纹间距离x ∆减小，A 错误；减小双缝屏到光屏的距离L ，相邻条纹间距离x ∆减小，B 错误；将绿光换为红光，使波长λ增大，相邻条纹间距离x ∆
增大，C 正确；
将绿光换为紫光，使波长λ减小，
S 1 S 2
P
单缝屏双缝屏光屏
单色光
知识点
相邻条纹间距离x ∆减小，D 错误．
3、在用双缝干涉测光的波长的实验中，准备了下列仪器：
①白炽灯 ②双窄缝片 ③单窄缝片 ④滤光片 ⑤毛玻璃光屏
（1）把以上仪器安装在光具座上，自光源起合理的顺序是_________（填字母）；
（2）在某次实验中，用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹，其中亮纹a c 、的位置利用测量头上的分划板确定，如图所示；其中表示a 纹位置（图甲）的手轮读数为_________mm ，c 纹位置（图乙）的手轮读数为_________mm ； （3）已知双缝间的距离为0.18mm ，双缝与屏的距离为500mm ，则单色光的波长为_________m .μ
【答案】
（1）①④③②⑤（2）1.790 1.792～，4.940 4.942～（3）0.567
【解析】 （1）双缝干涉实验让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让白炽灯光通过滤光片，再经过单缝形成单色光，再通过双缝．故自光源起合理的顺序是①④③②⑤
（2）图甲中螺旋测微器固定刻度为1.5mm ，可动刻度为0.0129.0mm 0.290mm ⨯=，最终读数为1.790mm ．
图乙中的螺旋测微器固定刻度为4.5mm ，可动刻度读数为0.0144.00.440mm ⨯=，最终读数为4.940mm ． （3）干涉条纹的间距1.575mm x = ．根据双缝干涉条纹的间距公式L x d λ= 得，xd
L
λ=
代入数据得，75.6710m 0.567μm λ-=⨯=
二、 决定条纹间距的条件
4、（2011高考西城二模）用单色光做双缝干涉实验，在屏上会得到明暗相间的条纹．关于这个实验，下列说法中正确的是（）
A ．屏上中央亮条纹明显最宽，两边的亮条纹宽度明显变窄
B ．若减小实验中双缝的距离，屏上条纹间距也减小
C ．在同样实验装置的情况下，红光的条纹间距大于蓝光的条纹间距
D ．同样条件下，在水中做双缝干涉实验屏上所得条纹间距比在空气中的大
【答案】 C
【解析】
A 、根据双缝干涉条纹的间距公式L
x d
λ= 知，同种光的条纹间距相等．故A 错误． B 、根据双缝干涉条纹的间距公式L
x d
λ= 知，若减小实验中双缝的距离，屏上条纹间距会增大，故B 错误；
C 、由上公式，可知，红光的波长大于蓝光，则红光的亮条纹间距较宽．故C 正确．
D 、由是分析可知，同样条件下，在水中做双缝干涉实验，因波长的变短，则干涉间距应变小，故D 错误；
5、（2015高考顺义一模）两种单色光束a b 、分别照射在同一套双缝干涉演示实验装置时，得到的干涉图样如图（a ）、（b ）所示，则（）
A ．a 光的波长大于b 光的波长
B ．a 光的光子能量大于b 光的光子能量
C ．a 光在真空中的速度大于b 光在真空中的速度
D ．同一种介质对a 光的折射率大于对b 光的折射率 【答案】 A
【解析】
A 、由图知，a 光产生的干涉条纹间距大于b 光产生的干涉条纹间距，根据双缝干涉条纹的间距公式L
x d
λ=
知，a 光的波长大于b 光的波长，故A 正确． B 、光的波长大于b 光的波长，由公式c λγ=知，a 光的频率小于b 光的频率，而光子的能量与频率成正比，则a 光的光子能量小于b 光的光子能量．故B 错误． C 、在真空所有色光的速度都相等，都为8310m/s c =⨯，故C 错误．
D 、a 光的频率小于b 光的频率，所以同一种介质对a 光的折射率小于b 光的折射率，故D 错误．
三、 实验：用双缝干涉测量光的波长
6、（2008高三上期末朝阳区）某同学用如图1所示的实验装置做“双缝干涉测光的波长”的实验，相邻两条亮纹间的距离用带有螺旋测微器的测量头（如图2所示）测出．测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数为0.070mm ，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，如图2所示，此时手轮上的示数为_______mm ．已知双缝的距离为0.400mm d =，测得双缝到毛玻璃屏的距离为
0.600m L =，求得相邻亮纹的间距为x ，写出计算被测量波长的表达式λ=_____，并算出
其波长λ=_______nm ．（取二位有效数字）
【答案】
4.948，d
x L
λ=
∆，36.510⨯
【解析】
螺旋测微器的固定刻度读数为4.5mm ，可动刻度读数为0.0144.80.448mm ⨯=，所以最终读数为4.948mm ．
根据双缝干涉条纹的间距公式L x d λ∆=得，d
x L
λ=∆，代入数据得，36.510nm λ=⨯．
7、在用双缝干涉测光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题．
（1）如图所示，甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________．
（2）将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长．
序应为________．(填写元件代号)
（3）已知该装置中双缝间距0.50 mm d =，双缝到光屏的距离0.50 m l =，在光屏上得到的干涉图样如图a 所示，分划板在图中A 位置时游标卡尺如图b 所示，则其示数为________
mm ；在B 位置时游标卡尺如图c 所示．由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________ m ．
【答案】
（1）甲（2）EDBA （3）111.10；76.410⨯－
【解析】
（1）光的干涉条纹是等间距的，故题图中的干涉条纹是图甲．
（2）根据实验原理可知，图丙中的光具座上自左向右放置的光学元件依次为白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏，故答案为EDBA ．
（3）由图b 可知，A 位置所对应的条纹位置为1111 mm 20.05 mm 111.10 mm x =+⨯=，由图c 可知，B 位置所对应的条纹位置为2115 mm 120.05 mm 115.60 mm x =+⨯=，故条纹间距Δ210.64 mm 7x x x -=
≈，将其代入L x d λ∆=，解得76.410m d
x L
λ=∆=⨯－．
四、 光的衍射
8、甲、乙两束单色光同时射到两种介质的分界面MN 上，由于发生折射后合为一束，如图所示(反射光未画出)，则下列判断正确的是（）
A ．甲光的频率比乙光的频率大
B ．相同条件下，甲光比乙光容易发生衍射
C ．对同种介质，甲光的折射率比乙光的折射率大
D ．在同种介质中甲光的光速比乙光的光速小
B
【解析】
由折射光路图可以看出，乙光的折射率较大，由此可知，乙光的频率较高，波长较短，在同种介质中光速较小，所以，选项B正确．
9、一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后面的光屏上呈现明暗相间的干涉条
纹．现将其中一条缝挡住，让这束红光只通过一条缝，则在光屏上可以看到（）
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的亮条纹
D．无条纹，只存在一片红光
【答案】
B
【解析】
这束红光通过双缝时产生了干涉现象，说明每一条缝都很窄，满足这束红光发生干涉的条件．这束红光通过双缝时在光屏上形成的干涉图样的特点是：中央出现亮条纹，两侧对称地出现等间距的明暗相间条纹．而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是：中央出现较宽的亮条纹，两侧出现对称的不等间距的明暗相间条纹，且距中央亮条纹远的亮条纹亮度迅速减弱，所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少．故B正确．
10、在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是(黑线为暗线)（）
A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明的圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
【答案】
A
【解析】
中央是亮斑，然后是较粗的暗环，随后是明暗相间的圆环，这是典型的泊松亮斑，故正确答
五、 偏振现象
11、有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（）
A ．只有光波才能发生偏振，机械波不能发生偏振
B ．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振
C ．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光
D ．除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
【答案】 B D
【解析】
偏振是横波的特有现象，机械波中的横波能发生偏振．偏振光的获取除了自然光通过偏振片形成偏振光外，还可以让自然光从一种介质射入另一种介质发生反射和折射形成的反射光和折射光只要互相垂直，这样的反射光和折射光都是偏振光．
12、如图所示，a 是一偏振片，a 的透振方向为竖直方向．下列四种入射光束哪几种照射a 时能在a 的另一侧观察到透射光（）
A ．太阳光
B ．沿竖直方向振动的光
C ．沿水平方向振动的光
D ．沿与竖直方向成45︒的光
【答案】 A B D
【解析】
根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片．当光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过．当二者间的夹角在090︒～逐渐增加时，透射光逐渐减弱．太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45︒角振动的光均能通过偏振片．
13、实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n 随波长λ的变化符合科西经验公式：2
4
B
C
n A λλ=+
+
，其中A B C 、、是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示，
A．屏上c处是紫光
B．屏上d处是红光
C．屏上b处是紫光
D．屏上a处是红光
【答案】
D
【解析】
可见光中红光波长最长，折射率最小，折射程度最小，所以a为红光，而紫光折射率最大，所以d为紫光．
14、光的干涉现象在技术中有重要应用．人们常用干涉法检查精密的光学平面的平整程度．如图所示，在被检查平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面和被检查平面之间形成一个楔形空气薄层．现用红光从上面照射，则下列说法中正确的是（）
A．干涉条纹是由样板的上下a b
、两个面反射的光形成的
B．干涉条纹是由空气薄层的上下b c
、两个面反射的光形成的
C．改用紫光照射，条纹间距将变宽
D．改用紫光照射，条纹间距不会发生变化
【答案】
B
【解析】
干涉条纹是空气层的上、下两面(即b和c面)反射光叠加产生的，故A错、B对．改用紫光照射，因光波波长变小，故条纹间距变窄，选项C、D均错．
15、如图所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（）
A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等距是因为空气膜厚度不是均匀变化
D．干涉条纹不等距是因为空气膜厚度是均匀变化
【答案】
A C
【解析】
由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化，形成不等间距的干涉条纹
六、激光的特点及其应用
16、将激光束的宽度聚集到纳米级(-9
10m)范围内，可以修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病等彻底根除，这是应用了激光的（）
A．方向性强的特性
B．单色性好的特性
C．亮度高的特性
D．粒子性好的特性
【答案】
C
【解析】
应用激光修复人体损坏的器官主要是利用了激光的亮度高的特性，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．故C对．
17、准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗．用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦．关于这个治疗，以下说法中正确的是（）
A．近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体
B．激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术
C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复
D．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
【答案】
【解析】
激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果．人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体．当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼，A 对；激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术，B 对；激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上，C 错，D 对．
1、下面有关光的干涉现象的描述中，正确的是（）
A ．在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽
B ．白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹
C ．在光的双缝干涉实验中，若缝1S 射入的是绿光，2S 射入的是紫光，则干涉条纹是彩色的
D ．光的干涉现象说明光是一种波
【答案】
B D
【解析】
根据公式L x d
λ∆=，光的双缝干涉实验中，条纹间距与波长成正比，所以在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，绿光波长长，则条纹间隔将变窄，选项A 错误．选项B 是发生薄膜干涉，形成彩色条纹，所以选项B 正确．相干波必须满足频率相等，所以C 错误，光的干涉现象说明光是一种波，选项D 正确，故选BD
2、在观察光的双缝干涉现象的实验中：
（1
）将激光束照在如图乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的________
．
（2）换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将
随堂练习
________(以上均选填“变宽”、“变窄”或“不变”)．
【答案】
（1）A（2）变宽；变窄
【解析】
（1）双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确；
（2）根据
L
x
d
λ
∆=知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离L减小
时，条纹间距变窄．
3、用游标卡尺观察光的衍射现象的实验中，用日光灯作为被观察的对象，对于以下的做法
和观察结果，下列说法正确的是（）
A．卡尺的两个测脚间距很小，大约是0. 5 mm或更小
B．卡尺的两个测脚形成的狭缝要与灯管平行
C．狭缝离日光灯近一些效果较好
D．观察到的是在灯管上下边缘形成黑白相间的条纹
【答案】
A B
【解析】
在用游标卡尺观察光的衍射现象的实验中，卡尺的两个测脚间距很小，大约是0. 5 mm或更小，A项正确；卡尺的两个测脚形成的狭缝要与灯管平行，否则就看不到衍射条纹，B项正确；狭缝离日光灯远近效果都较好，C项错误；观察到的是彩色条纹，D项错误．
4、两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，下列说法中正确的是（）
A．两盏白炽灯相同，为相干光源，故能产生干涉现象
B．只要两盏灯亮度相同，就能产生干涉现象
C．由于两灯光的振动情况不同，故不能产生干涉现象
D．以上说法都不正确
【答案】
D
【解析】
相干光源发出的光频率相同、振动方向相同、相位差恒定．一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的．
5、如图甲所示，现有一束白光从图示位置射向棱镜Ⅰ，在足够大的光屏M上形成彩色光谱，下列说法中正确的是（）
A ．屏M 自上而下分布的色光的波长由小到大
B ．在各种色光中，红光通过棱镜的时间最长
C ．若入射白光绕入射点顺时针旋转，在屏M 上最先消失的是紫光
D ．若在棱镜Ⅰ和屏M 间放置与棱镜Ⅰ完全相同的棱镜Ⅱ，相对面平行(如图乙所示)，则在屏M 上形成的是彩色光谱
【答案】
C D
【解析】
光线经三棱镜后向底部偏折，折射率越大，偏折越明显，故屏M 自上而下分布的色光的波长由大到小；红光的折射率最小，在介质中速度最大，传播时间最短；紫光的折射率最大，临界角最小，最易发生全反射；将两个三棱镜合在一起，可看成平行玻璃砖，中间空气的两面也是平行的，平行介质不改变光线的方向，只是使光线侧移，折射率不同侧移量不同．
6、科学家在研究地月组成的系统时，从地球向月球发射激光，测得激光往返时间为t ．若还已知万有引力常量G ，月球绕地球旋转(可看成匀速圆周运动)的周期T ，光速c (地球到月球的距离远大于它们的半径)．则可以求出（）
A ．月球到地球的距离
B ．地球的质量
C ．月球受地球的引力
D ．月球的质量
【答案】
A B
【解析】
由题意可求得月球到地球的距离/2s R ct ≈=，由于地球到月球的距离远大于各自半径，因此可认为月球绕地球运行的轨道半径即为R ，根据万有引力提供向心力， (其中M 为地球质量，m 为月球质量
)
根据题中所给条件无法得知月球质量，也无法求得地球与月球之间的引力．
课后作业
1、在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)：
（1）下列说法哪一个是错误的______．(填选项前的数字) ①调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
②测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
③为了减少测量误差，可用测微目镜测出n 条亮纹间的距离a ，求出相邻两条亮纹间距1
a x n ∆=- （2）测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为_____mm ．
【答案】
（1）①（2）1.970
【解析】
（1）应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝，①选项不正确．目镜分划板中心应与亮纹中心对齐，使得移动过程测出的条纹间距较为准确，②选项正确．目镜移过n 条亮纹，则亮条纹间距1
a x n ∆=-③选项正确，故选①． （2）主尺读数是1.5 mm ，螺旋读数是47.00.01 mm ⨯，因此示数为1.970 mm ．
2、如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是（）
A ．甲、乙是光的干涉图样
B ．丙、丁是光的干涉图样
C ．形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长短
D．形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长短
【答案】
A
【解析】
由图样可得甲和乙是等间距的，丙和丁是不等间距的且中间最宽，所以甲和乙是干涉条纹，丙和丁是衍射条纹，A正确，B错误；其中甲比乙的条纹间距大，故形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长长，C项错；丙比丁的条纹间距大，形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长长，D项错．
3、一束只含红光和紫光的复色光沿PO方向射入玻璃三棱镜然后分成两束光，并沿OM和ON方向射出(如图所示)，已知OM和ON两束光中只有一束是单色光，则（）
A．OM为复色光，ON为紫光
B．OM为复色光，ON为红光
C．OM为红光，ON为复色光
D．OM为紫光，ON为复色光
【答案】
C
【解析】
AB、光线只要遇到两种介质的界面就可以发生反射现象，而要发生折射必须不能发生全反射，故可以判断ON一定为复色光，题目中又说只有一束是单色光，故只能判断OM为单色光
C、红光和紫光以相同的入射角射到三棱镜的上面，因为只有一束是单色光可得必然有一种色光发生了全反射，红光的临界角大于紫光的临界角，若红光发生了全反射，则紫光一定发生了全反射，就不存在OM光线了，故红光没有发生全反射，发生折射现象，即OM光线
D、将红光与紫光的折射率搞混，或者说将红光与紫光的临界角搞混，导致错误认为OM为紫光。