2017-2018学年高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振 章末小结与测评教学案 鲁科版选修3-4

第5章光的干涉衍射偏振
干涉与衍射的比较
1．图5­1是研究光的双缝干涉的示意图。

不透光的挡板上有两条平行狭缝S1、S2，用
单色红光照射双缝，由S 1和S 2发出的红光到达屏上时会产生干涉条纹，则以下说法正确的是
( )
图5­1
A ．若只减小两条狭缝S 1、S 2之间的距离，条纹间距将增大
B ．若只减小两条狭缝与屏之间的距离，条纹间距将增大
C ．若只在两条狭缝与屏之间插入一块与屏平行的平板玻璃砖，条纹间距将增大
D ．若只把用红光照射改用绿光照射，条纹间距将增大
解析：由Δy ＝l d
λ，d 减小，Δy 增加，故A 对；若减小狭缝与屏间距l ，Δy 减小，故B 错；若在狭缝与屏间放一平行玻璃砖，光在玻璃砖中的路程为原来的n 倍，由此可知
P 1S 2－P 1S 1＞λ，故中间条纹不动，一级条纹应靠近中央条纹，条纹间距变小，故C 错；将红
Δy ＝l
d
λ。

单缝衍射的条纹宽度与缝宽和波长有确定的关系，根据条纹宽度的变化情况即可确定缝宽的变化情况。

(4)利用偏振片改变光的强度
自然光经镜面反射后的反射光为偏振光，偏振片的偏振化方向与光的偏振方向的夹角不同，则透过偏振片的光强度也就不同，根据这一原理可以有效地减少反射光的影响。

2．下列关于光的现象的说法中正确的是( )
A．用白光做双缝干涉实验时，屏上从中央条纹向外，紫光的亮条纹偏离中央的距离最大
B．白光单缝衍射时，偏离中央亮条纹远的是红光
C．白光经三棱镜折射发生色散，红光偏向角最大
D．涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光的透射解析：白光中紫光的波长最短，根据双缝干涉实验知，明(暗)条纹间距Δy与波长λ成正比，由此可知紫光的亮条纹间距最小，因而其亮条纹偏离中央亮条纹的距离最小。

单缝衍射中，红光波长最长，其偏离中央亮条纹最远。

白光经三棱镜色散，因为紫光折射率最大，所以紫光的偏向角最大。

涂有增透膜的照相机镜头呈淡紫色，是因为薄膜干涉使白光中的绿光透射多，而红光和紫光反射较多。

故选项B正确。

答案：B
(时间：60分钟满分：100分)
一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分，每小题只有一个选项正确。

)
1．有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．两个光源发出的光的频率不同
B．两个光源发出的光的强度不同
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
解析：选D 本题考查相干光的条件。

题中两光源发出的光都是白光，频率不确定没法比较，选项A错误；光的强度对光是否产生干涉没有影响，所以B错误；光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没有影响，选项C错误；题中所给的是两个独立光源，二者产生的光不是相干光，选项D正确。

2．如图1所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上不发亮的是(起偏器上用箭头表示其透射方向)( )
图1
解析：选C 自然光通过起偏器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，故A 、B 、D 能发亮，C 不能。

3．(大纲全国卷)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm 的光，在距双缝1.00 m 的屏上形成干涉图样。

图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm ，则双缝的间距为( )
A ．2.06×10－7
m B ．2.06×10－4
m C ．1.68×10－4 m
D ．1.68×10－3
m
解析：选C 根据双缝干涉图样的相邻两明条纹间距公式Δy ＝l d λ ，可得：d ＝l
Δy λ
＝1.00×589×10－9
0.350×10
－2
m ＝1.68×10－4
m ，选项C 正确，ABD 错误。

4．下列应用激光的事例中错误的是( ) A ．利用激光进行长距离精确测量 B ．利用激光进行通信 C ．利用激光进行室内照明 D ．利用激光加工坚硬材料
解析：选C 利用激光的方向性强可进行长距离测距；利用激光通过光导纤维以及光的全反射原理进行光纤通信；利用激光的高能量可加工坚硬材料，所以本题应选C 。

5．如图2所示的四个图形中，著名的泊松亮斑的衍射图样是( )
图2
解析：选B 泊松亮斑的图样特点为中心是一个亮点，亮点周围有一个大的阴影区，然后才是明暗相间的条纹。

6.某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图3所示的衍射图样。

据此可以判断出( )
图3
A ．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样
B ．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样
C ．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大
D ．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大
解析：选A 甲图的衍射图样为明暗相间的圆环，而乙图为在影的中心有一个亮斑——
泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，故A 正确。

7．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( ) A ．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 B ．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C ．在光导纤维束内传送信号是利用光的色散现象 D ．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
解析：选 D 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，故A 错误。

用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，故B 错误。

在光导纤维束内传送信号是利用光的全反射现象，故C 错误。

光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D 正确。

8．如图4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( )
图4
A ．增大S 1与S 2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
解析：选C 由双缝干涉条纹间距公式Δy ＝l
d
λ可知：增大S 1与S 2的间距d ，Δy 将减小，A 项错误；减小双缝屏到光屏的距离l ，Δy 将减小，B 项错误；红光波长大于绿光，λ变大，Δy 将变大，C 项正确；紫光波长小于绿光，λ变小，Δy 将变小，D 项错误。

二、非选择题(共4小题，共52分。

解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9．(8分)(上海高考)如图5，在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将________(选填：“增大”“减小”或“不变”)；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有在________________________________________
情况下，光才可以看作是沿直线传播的。

图5
解析：根据缝的宽度越小衍射现象越明显可知，增加缝宽，可以使条纹间距离减小；光遇到障碍物时，当障碍物的尺寸与波长接近时，会发生明显的衍射现象，当障碍物较大时，光近似沿直线传播。

答案：减小 光的波长比障碍物小得多
10．(16分)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，某同学安装实验装置如图6所示，调试好后能观察到清晰的干涉条纹。

图6
(1)根据实验装置知，②③④依次是______、________、________。

(2)某次实验时，该同学调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心，如图7所示，此时螺旋测微器的读数为________ mm 。

图7
(3)转动手轮，使分划线向一侧移动到另一条亮纹的中心位置，再次从螺旋测微器上读数。

若实验测得4条亮纹中心间的距离为Δx ＝0.960 mm ，已知双缝间距为d ＝1.5 mm ，双缝到屏的距离为l ＝1.00 m ，则对应的光波波长λ应为多少？
解析：(1)滤光片 单缝 双缝 (2)螺旋测微器的读数为1.180 mm 。

(3)相邻两条亮(暗)纹间的距离： Δx ′＝Δx n －1＝0.960
4－1
mm ＝0.320 mm λ＝
d Δx ′l ＝1.5×0.3201.00×10
3 mm ＝4.8×10－4
mm 。

答案：见解析
11．(14分)如图8所示，在真空中波长为600 nm 的激光束从A 点射入圆形玻璃介质。

图8
(1)试证明：无论入射角多大，该激光束都能从玻璃中射出。

(2)若该激光束经折射从B 点射出，射出玻璃与射入玻璃的光线夹角为30°，AB 弧所对的圆心角为120°，求该激光束在玻璃中的波长。

解析：(1)证明：设从A 点入射的入射角为θ1，折射角为θ2，根据对称性，射出时的入射角也为θ2，sin θ1
sin θ2
＝n ，
sin θ2＝1n sin θ1＜1
n
，所以θ2＜C ，所以无论入射角多大，该激光束都能从玻璃中射
出。

(2)由几何关系得：激光进入玻璃时，入射角θ1＝45°，折射角θ2＝30°。

根据折射定律：sin θ1
sin θ2＝n ，得n ＝2。

激光在玻璃中的波长λ＝λ0
n
＝300 2 nm 。

答案：(1)见解析 (2)300 2 nm
12．(14分)在做双缝干涉实验时，用波长λ1＝0.60 μm 的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上，结果发现已知波长的第4级明条纹和未知波长的第5级明条纹重合，则未知光的波长是多少？
解析：设未知光的波长为λ2，根据条纹间距公式Δy ＝l
d
λ， 有y 4＝4l λ1d
y 5′＝
5l λ
2
d
依题意有y 4＝y 5′
故λ2＝45λ1＝4
5×0.6 μm ＝0.48 μm 。

答案：0.48 μm。