第五章  光的波动性
1    光的干涉


(时间：60分钟)
知识点
基础
中档
稍难

光的干涉
1、2、3、4



双缝干涉
5、7
6、8


薄膜干涉

9、10


综合提升

11、12
13




知识点一　光的干涉
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．出自一个狭缝光再分成的两束光
解析　两个光源发出的光要产生干涉，它们的频率必须相同，相位差恒定，而且振动方向相同．相同亮度的烛光频率不一定相同，故A项错；相同规格的灯泡发出的光频率不一定相同，B错；双丝灯泡上，不同的发光点所发出光的频率也不一定相同，C项错；把同一束光线再分成两列光，能够确保这两列光波(视为新光源)的频率相同，相位差恒定，振动情况相同，所以D项正确．
答案　D
2．两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为
(　　)．
A．两个灯亮度不同              B．灯光的波长太短
C．两灯光的振动情况不同      D．电灯发出的光不稳定
解析　一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往不同，由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的，故正确选项为C.
答案　C
3．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不同
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
解析　本题考查相干光的条件，题中两光源发的光都是白光，频率不确定没法比较，选项A错误．光的强度对光是否发生干涉没有影响，选项B错误．光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没影响，选项C错误．题中是两个独立光源，二者产生的光振动情况不完全相同不是相干光，选项D正确．
答案　D
4．对于光波和声波，正确的说法是                                    (　　)．
A．它们都能在真空中传播
B．它们都能产生反射和折射
C．它们都能产生干涉
D．声波能产生干涉而光波不能
解析　它们都具备波所具有的特征，即反射、折射、干涉等现象，光能在真空中传播，而声波不能在真空中传播．
答案　BC
知识点二　双缝干涉
5．某同学利用如图5-1-8所示器材观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏，当他让一束阳光照射A时，屏C上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一窄亮斑，分析实验失败的原因，最大的可能是
(　　)．


图5-1-8
A．单缝S太窄                  B．单缝S太宽
C．S到S1和S2距离不等          D．阳光不能作光源
解析　双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看做是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是单缝太宽，得不到线光源．从S1、S2得不到相干光源．
答案　B
6．如图5-1-9所示，在双缝干涉实验中，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则
(　　)．


图5-1-9
A．不再产生干涉条纹
B．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置不变
C．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向上移
D．仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置略向下移
解析　本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移．
答案　D
7．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
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；光程差Δr＝kλ(k＝0,1,2,3，…)时，为明纹，选项B正确、C项错误；Δr＝λ(k＝0,1,2,3，…)时，为暗条纹，选项D正确．
答案　ABD
8．在一次杨氏双缝干涉实验时，所有光源是波长等于6 000 的橙光，光屏上有一点与双缝距离之差为18 000 ，则这一点将出现________条纹，若改用波长为4 000 的紫光进行实验，则这一点将出现________条纹．
解析　出现亮纹的条件是光程差Δr＝2n·，(n＝0,1,2，…)因为Δr＝18 000 ，λ＝6 000 ，故n＝3，满足条件，为亮纹；出现暗纹的条件是光程差Δr＝(2n＋1)·(n＝0,1,2，…)，因为Δr＝18 000 ，λ′＝4 000 ，故n′＝4，满足条件，为暗纹．
答案　明　暗
知识点三　薄膜干涉
9．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图5-1-10(1)所示．将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到干涉条纹如图(2)所示．干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图(1)装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下看到的干涉条纹


图5-1-10
A．变疏         B．变密          C．不变          D．消失
解析　由薄膜干涉的原理和特点可知，干涉条纹是由膜的上、下表面反射的光叠加干涉而形成的，某一明条纹或暗条纹的位置就由上、下表面反射光的路程差决定，且相邻明条纹或暗条纹对应的该路程差是恒定的，而该路程差又决定于条纹下对应膜的厚度，即相邻明条纹或暗条纹下面对应的膜的厚度也是恒定的．当抽去一纸片后，劈形空气膜的劈尖角－上、下表面所夹的角变小，相同的厚度差对应的水平间距离变大，所以相邻的明条纹或暗条纹间距变大，即条纹变疏．答案A正确.
答案　A
10．关于薄膜干涉现象，下列说法正确的是
(　　)．
A．在波峰和波峰叠加处，光得到加强，将出现亮条纹；在波谷和波谷叠加处，光将减弱，将出现暗条纹
B．观察肥皂液薄膜的干涉现象时，观察者和光源应该位于薄膜的同一侧
C．当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜厚度均匀变化
D．薄膜干涉中同一条纹上各点薄膜厚度都相同
解析　在波峰与波峰叠加处，光得到加强，出现亮条纹；在波谷与波谷叠加处，光也将加强，出现亮条纹，A项错误；观察肥皂液薄膜的干涉时，观察的是两束反射光的干涉．观察者和光源应位于薄膜的同侧，B项正确；同一条纹上的各点，两束反射光的路程差均相同，薄膜的厚度也相同，而不同条纹处的厚度是不相同的，所以当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度是不同的，且厚度是均匀变化的，所以C、D项正确．
答案　BCD


11．.雅敏干涉仪可以用来测定气体在各种温度和压强下的折射率，其光路如图5-1-11所示．图中S为光源， G1、G2为两块完全相同的玻璃板，彼此平行放置， T1、T2 为两个等长度的玻璃管，长度均为d.测量时，先将两管抽空，然后将气体徐徐充入一管中，在E处观察干涉条纹的变化，即可测得该气体的折射率．某次测量时，将待测气体充入T2管中，从开始进气到到达标准状态的过程中，在E处看到共移过N条干涉亮纹．待测光在空气中的传播波长为λ.试求该气体在标准状态下的折射率为
(　　)．


图5-1-11
A.－1             B.
C.＋1              D.＋2
解析　每看到一条亮纹移过，一定是光程差增大了一个波长．由于移动N条干涉亮纹．所以有：(n－1)d＝Nλ，解得：n＝＋1 .所以C正确．
答案　C
12．在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图5-1-12所示的干涉实验法．A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们间形成一个厚度均匀的空气膜．现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性地变化．当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一回到最亮．则                                                        (　　)．


图5-1-12
A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强
B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消
C．温度从t1升至t2过程中，A的高度减少
D．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加
解析　因A、B间为空气薄膜，在B板上方观察，光线最亮，说明从B的下表面反射的光与A的上表面反射的光叠加后加强，A、B错；设原来空气薄膜d1，升温后，空气薄膜厚度为d2，则光加强时有：2d1＝kλ，2d2＝(k－1)λ，所以：d1－d2＝，C错、D正确.
答案　D
13．如图5-1-13所示，登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014 Hz.


图5-1-13
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是________．
(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？
(3)以下有关薄膜干涉的说法正确的是
(　　)．
A．薄膜干涉说明光具有波动性
B．如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行
C．干涉条纹一定是彩色的
D．利用薄膜干涉也可以“增透”
解析　(1)为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射后形成的反射光叠加后加强，从而使透射的紫外线减弱．
(2)路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的，紫外线在真空中的波长是λ＝≈3.7×10－7 m．在膜中的波长是λ′＝≈2.47×10－7 m，故膜的厚度至少是1.23×10－7 m.
(3)干涉和衍射都证明光具有波动性；如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行；白光的干涉为彩色条纹，单色光的干涉则为该色光颜色；当膜的厚度为四分之一波长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”．故选项D正确．
答案　(1)两反射光叠加后加强
(2)1.23×10－7 m　(3)AD