高中物理专题4光的干涉衍射折射中的色散课件教科选修34教科高二选修34物理课件

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二、光的干涉(gānshè)与衍射的辨析 光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明 了光的波动性．
1．光的干涉强调了两个或多个光束的叠加．例如从楔形肥皂膜 上观察到的钠黄光的明暗相间条纹，或从水面油膜上观察到 的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的 光就是相干光．
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解析 同一单色光的干涉条纹为明暗相间的单色条纹，选项 A 正确；路程差 Δr＝kλ(k＝0,1,2,3…)时，为亮条纹，选项 B 正确， C 错误；Δr＝2k2＋1λ(k＝0,1,2,3…)时，为暗条纹，选项 D 正确． 答案 ABD
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三、折射中的色散 1．同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，
对紫光的折射率最大． 2．由 n＝vc可知，各种色光在同一介质中的光速不同，红光速
度最大，紫光速度最小． 3．同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，该色光
在介质中的传播速度为 v＝nc＝λf，波长随之改变． 4．光的频率 f 越大，同一介质对光的折射率越大．
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解析 对于干涉条纹，亮条纹和暗条纹在比较多的条数之内都 保持宽度相等，且波长越大，条纹越宽，对于衍射条纹，条纹 宽度中间大，两边逐渐减小，由于(yóuyú)红光波长大于紫光波 长，故红光条纹比紫光条纹宽，因此甲是红光干涉图样，乙是 紫光干涉图样，丙是红光衍射图样，丁是紫光衍射图样，故选 项B对，A、C、D错． 答案 B
图4 (1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条 纹；移去B后，在屏上出现上不等间距条纹，此条纹是由于 ________产生的．
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(2)移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任意一个，C上均出现一窄亮 斑．出现以上实验结果的主要(zhǔyào)原因是________． 解析 (1)移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射形成条纹，故此 条纹是由于光的衍射产生的． (2)没有出现条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显， 故主要原因是双缝S1、S2太宽． 答案 (1)光的衍射 (2)双缝S1、S2太宽
(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测 微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观 察第1条亮条纹的位置(wèi zhi)如图2甲所示，观察第5条亮条纹的 位置(wèi zhi)如图乙所示．则可求出红光的波长λ＝________m.
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D．Q光束穿过玻璃砖所需时间长
图5
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解析 根据折射定律知 Q 相对 P 偏折更多，故 Q 光束在玻璃 砖中的折射率更大，Q 光束的频率更大，由于两光束在玻璃砖 中的路程相等，v＝nc，Q 光束速率小，穿过的时间长，P、Q 光束从玻璃砖进入空气中时，频率不变，波长会变长． 答案 BD
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3．双缝干涉图样的特点：单色光照射时为间距相同的明暗相
间的条纹，白光照射时为彩色条纹．
4．双缝干涉法测量光的波长：由相邻亮(或暗)条纹间距 Δx＝dl
λ 得 λ＝Δxl d. 5．薄膜干涉
(1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在 光源这一侧干涉形成的．
渐偏转，如果有色光自AB面射出，则哪
种色光首先射出？
(2)使入射光按图中所示的逆时针方向逐
渐偏转，哪种色光首先自AB面射出？
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解析 (1)白光垂直入射AC面后直线射到AB面，入射角为45°， 发生全反射说明棱镜的临界角C≤45°，这是对从红光到紫光的 所有色光说的．当入射光顺时针偏转时，在AC面上发生色散， 不同(bù tónɡ)色光偏折不同(bù tónɡ)，红光偏折小，紫光偏折大．如 图所示，射到AB面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们 都小于45°，另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角 大．因此，入射光线顺时针逐渐偏转时，在AB面上红光的入射 角将首先小于临界角而射出AB面．
图2
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解析 (1)要测量红光的波长，应用红色滤光片．由 Δx＝dl λ 可 知要想测 λ 必须测定双缝到屏的距离 l 和条纹间距 Δx. (2)由测量头的数据可知 a1＝0，a2＝0.640 mm， 所以 Δx＝an2－－a11＝0.6440 mm＝1.60×10－4 m， λ＝dΔl x＝3×10－3×0.710.60×10－4 m≈6.86×10－7 m. 答案 见解析
虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的
细光束经水面折射(zhéshè)后所成的像，由于水对
光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，
图8
l2表示蓝光成的像的长度，则( )
A．l1<l0<l2
B．l1>l2>l0
C．l2>l1>l0
D．l2<l1<l0
解析 根据视深公式 l＝ln0可知，由于水对红光的折射率比对 紫光的折射率小，则 l2＜l1＜l0，故 D 正确，A、B、C 错误．
(2)同一条纹上的点厚度相同，所以若用肥皂薄膜做实验，
条纹为横条纹．
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[复习过关] 1．(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(mínɡ àn)相 间的单色条纹 B．用同一单色光经双缝干涉后的亮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亮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
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5．(多选)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 (xíngchéng)彩色条纹 C．在光的双缝干涉实验中，若缝S1射入绿光，S2射入紫 光，则条纹是彩色的 D．光的干涉现象说明光具有波动性
解析 根据 Δx＝dl λ 可得增大双缝的屏的距离 l，条纹间距变大， 故 A 正确；入射光的强度与入射光的波长无关，故入射光的强 度不变，但波长变短时，条纹间距减小，故 B 错误；入射光的 频率改变时，入射光的波长就发生改变，则条纹间距会随之发 生改变，故 C 正确；在水里做双缝干涉实验，使光的传播速度 变小，由于光的频率不变，故波长变小，所以条件间距变小， 故 D 正确． 答案 ACD
2．(多选)一束平行光照射在双缝上，在缝后屏上得到干涉条 纹，下列(xiàliè)说法中正确的是( ) A．增大双缝到屏的距离，条纹间距变大 B．入射光波长变短，光强不变，条纹间距不变 C．入射光频率变化时条纹间距跟着变化 D．在水里做双缝干涉实验，同样条件下的条纹间距会变化
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2．光的衍射现象强调了光偏离直线传播的现象．例如从小孔观 察点光源或从狭缝观察线光源就属这种情况．光经过小孔或 狭缝产生非直线传播的现象，此时便可在光屏上形成明暗相 间的条纹．
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3．干涉条纹与衍射条纹也是有区别的，以狭缝为例，干涉条纹 是相互平行(píngxíng)、等距(宽度相同)的；而衍射条纹是平行 (píngxíng)而不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄．
专题四
光的干涉 衍射 折射(zhéshè)中的色散
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一、光的干涉 1．产生干涉的条件：两列频率相同、相位差恒定、振动情况
相同的光． 2．产生亮、暗条纹的条件：当 Δr＝kλ 时出现亮条纹；当 Δr
＝(2k＋1)2λ时出现暗条纹(其中 k＝0,1,2……)． 相邻亮(或暗)条纹间距：Δx＝dl λ.
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9．ABC为一全反射棱镜，它的横截面是等腰
直角三角形，如图7所示．一束白光垂直
入射到AC面上，在AB面上发生全反射，
若光线入射点O的位置保持(bǎochí)不变，改
变光线的入射方向(不考虑自BC面反射的
图7
光线)，则：
(1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐
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解析 根据双缝干涉条纹的间距公式 Δx＝dl λ，紫光的波长比绿
光短，所以条纹间隔变窄，故 A 错误；白光是复色光，不同的
色光波长不一样，当两列光的路程差等于半波长的偶数倍，出
现亮条纹，当路程差是半波长的奇数倍，出现暗条纹，所以白
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，
故 B 正确；干涉的条件是两列光频率相同，不同频率的光不能
发生干涉，故 C 错误；光的干涉现象说明光是一种波，故 D 正
确．
答案 BD
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6．某同学自己动手制作如图4所示的装置观察光的干涉现象， 其中(qízhōng)A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱 中，实验过程如下：
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3．在“用双缝干涉测量光的波长(bōcháng)”的实验中，装置如图1 所示．双缝间的距离d＝3 mm.
图1 (1)若测量红光的波长，应选用________色的滤光片．实验时 需要测定的物理量有________和________．
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8．(多选)如图6所示，一束复色光从空气中沿 半圆形玻璃砖半径(bànjìng)方向射入，从玻璃 砖射出后分成a、b两束单色光．则( )
A．玻璃砖对 a 光的折射率为 2
B．b 光的频率比 a 光的频率大
图6
C．b 光在玻璃中的传播速度比 a 光在玻璃中的传播速度大
答案 D
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内容(nèiróng)总结
专题四。(1)若测量红光的波长，应选用________色的滤光片．实验时需要测定的物理量有________和 ________．。1．光的干涉强调了两个或多个光束的叠加．例如(lìrú)从楔形肥皂膜上观察到的钠黄光的明暗
No 相间条纹，或从水面油膜上观察到的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的光就是相干
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(2)如果入射光逆时针偏转，则射到 AB 面上的红光、紫光的入 射角都大于 45°，都发生全反射而不可能从 AB 面射出． 答案(dáàn) (1)红光 (2)没有光从AB面射出
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10 ． 发 出 白 光 的 细 线 光 源 ab ， 长 度 为 l0 ， 竖 直 放 置，上端a恰好在水面以下，如图8所示．现考
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[复习过关]
7．(多选)如图5所示，两束不同的单色光P和Q，以适当(shìdàng)的
角度射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是从圆心O点沿OF方
向射出，则下面说法正确的是( )
A．P光束在玻璃砖中的折射率大
B．Q光束的频率比P光束的频率大
C．P光束穿出玻璃砖后频率变大
4．光的干涉和衍射，都证明了光的波动性，只有波才可以发生 干涉和衍射现象．
5．光的干涉和衍射有一定的联系，光的双缝干涉中就有光的衍 射．
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[复习过关] 4．如图3所示为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现(chéngxiàn)的图
样，则( )
图3 A．甲为紫光的干涉图样 B．乙为紫光的干涉图样 C．丙为红光的干涉图样 D．丁为红光的干涉图样
D．让 a、b 通过同一条狭缝，a 光衍射现象较明显
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解析 a 光的折射率 n＝ssiinn 4350°°＝ 2，故 A 对；由题图可知， a 光的偏折程度比 b 光的小，所以 a 光的折射率小，频率也小， 由 n＝vc可得 v＝nc，a 光在玻璃中的传播速度比 b 光的大，故 B 对，C 错；a 光频率小，波长长，所以衍射现象更明显，D 正 确． 答案 ABD