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高三物理光的波动性同步练习


学科:物理 教学内容:光的波动性

【重点知识点拔】 1.光的干涉 (1)产生光的干涉的条件:两列光波必须是由频率相同的两个光源(相干光源)发出。 (2)光的干涉现象:两列相干光波在空间相遇时发生叠加,使得某些区域的光互相加 强,某些区域的光互相削弱或抵消,产生明暗相间的条纹或彩色条纹(干涉图样) 。 (3)常见的干涉现象:A、双缝(孔)干涉;利用双缝(孔)将

一束光分成两束,实 现相干光源;通过光屏可以观察干涉图样。B、薄膜干涉:利用薄膜的前,后表面的反射光, 实现相干光源;人眼可观察到叠加区域内的干涉图样。 2.光的衍射: (1)产生明显的衍射现象的条件:障碍物或孔径的尺寸跟光波波长相比差不多,或比 光波波长还小。 (2)光的衍射现象:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。 3.光的电磁本性 (1)光是一种电磁波,光波只是电磁波谱中的一段。光在真空中的传播速度与电磁波 在真空中的传播速度相同,取 c ? 3.0 ? 10 m /s。
8

(2)电磁波谱:电磁波谱按频率从低到高的顺序排列为:无线电波、红外线、可见光、 紫外线、x 射线、γ 射线。 【难点解析】 1.光的干涉与波的干涉的比较: (1)研究方法相似,都是同频率的波叠加的结果。 (2)呈现强、弱的规律相似:两列波从波源到达观察点 P 的路程差△γ 等于波长λ 的 整数倍时,即△γ =nλ (n=0,1,2,……)时,为加强处;当路程差为半波长的奇数倍时, 即△γ = (2n ? 1)

?
2

(n=1,2,3……)时,为减弱处。

(3)叠加量不同:机械波的叠加是介质中质点的位移的叠加,光的叠加是电磁场矢量 (E 和 B)的叠加。 2.为什么光的干涉实验直到 1801 年才做成功? 机械波的干涉实验很容易做成,但光的干涉实验直到 1801 年才由托·马斯·杨做成功, 这是因为光波的波长很短, 而且发光过程由很多的原子在跃迁过程中实现, 具有很高的不稳 定性,要得到满足相干条件的两个独立的光源几乎是做不到的。 要得到相干光源,采用的办法是把一束光设法分成两束,再使这两束光叠加。例如:

(1) 双缝干涉:让自然光先通过单缝,再照射到两个相距很近的双缝上,就把从单缝 射出一束光分成两束,形成了频率相同的相干光源,满足了干涉的条件。 (2)薄膜干涉:光射到薄膜上,先、后经过薄膜的前表面和后表面的反射,形成了两 束频率相同的相干光源,满足了干涉的条件。 正是难以找到相干光源,才使光的干涉实验推迟到 1801 年才实验成功。 3.处理有关双缝干涉问题中要注意哪些问题? 处理有关双缝干涉问题时,要注意三点: (1)干涉的条件:只有同频率的光才可能产生 干涉; (2)干涉时在光屏上呈现强、弱的条件:当光程差为波长的整数倍(即半波长的偶数 倍)时为亮条纹;当光程差为半波长的奇数倍时为暗条纹; (3)双缝干涉的现象:当用复色 光时呈现彩色条纹;当用单色光时呈现明暗相间条纹,且中心区为亮条纹,两旁为等间距明 暗相间条纹,波长越大的色光其间距越大。 4.处理有关薄膜干涉问题时要注意哪些问题? 处理有关薄膜问题时, 要注意三点: (1) 成因: 是薄膜的前后表面反射的光叠加所形成; (2)现象:复色光为彩色条纹,单色光为明暗相间条纹; (3)实例:如油膜、肥皂膜、空 气膜等。 5.处理有关光的衍射问题时应注意哪些问题? 处理有关光的衍射问题时,应注意三点: (1)产生明显衍射现象的条件:小孔或障碍物的尺寸可以与光的波长相比拟时; (2) 现象:衍射图样不同于干涉图样,单缝衍射时,中心亮区较大,条纹不等间距,用复色光照 射时为彩色条纹,单色光时为明暗相间条纹; (3)实例:如单缝(小孔) 、多缝等,还有泊 松亮斑。 【典型例题分析】 例题 1 下列关于光的双缝干涉实验的描述中,正确的是() A. 一束单色光经双缝后射到光屏上某处的路程差等于光的波长的奇数倍时呈现暗条纹 B.一束单色光经双缝后射到光屏上某处的路程差等于光的半波长的奇数倍时呈暗条纹 C.一束单色光经双缝后射到光屏上某处的路程差等于光的半波长的偶数倍时呈亮条纹 D.分别用红光和紫光做双缝干涉实验,在不改变实验装置时,屏上的红光相邻亮条纹 间距比紫光的宽 解析:当双缝到屏上某处的路程差为波长的整数倍(半波长的偶数倍)时为亮条纹,当 路程差为半波长的奇数倍时为暗条纹,可见选项 B 和 C 是正确的,选项 A 是错误的。 在实验装置相同时, 波长大的红光比波长小的紫光的相邻亮条纹的间距要宽一些, 因此 选项 D 正确。 综上所述,选项 B、C、D 正确。 例题 2 在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双 缝中的一缝前放一红色滤光片 (只能透过红光) 另一缝前放一绿色滤光片 , (只能透过绿光) , 这时() A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在

C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 解析:根据产生双缝干涉的条件,应使通过双缝的光为同频率的相干光源。当双缝前分 别放置红色或绿色滤光片后,通过双缝的两列光的频率不同,将不发生干涉,屏幕上将观察 不到干涉条纹,因此选项 A、B 是错误的。 当双缝前分别放置红色或绿色滤光片后, 虽然不发生干涉, 但每个缝分别发生红光或绿 光的衍射,因此屏上仍有光亮,可见选项 C 正确,选项 D 是错误的。 总之,只有选项 C 正确。 例题 3 图 1 所示是用干涉法检验某块厚玻璃板的表面是否平的装置。 所用单色光是用 普通光源加滤光片产生的。 检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加 而成的?()

图1 A.a 的上表面和 b 的下表面 B.a 的上表面和 b 的上表面 C.a 的下表面和 b 的下表面 D.a 的下表面和 b 的上表面 解析: 用干涉法检验厚玻璃板表面是否平时, 是应用薄膜干涉呈现的干涉图样加以分析 得出结论的。 这一薄膜是标准样板和厚玻璃板之间通过垫上薄片形成的空气薄膜, 因此应是 a 的下表面和 b 的上表面为此薄膜的前、后两个反射面,可见只有选项 D 是正确的。

例题 4 红光在水中的波长与绿光在真空中的波长相等,水对红光的折射率为 的频率为 4.0 ? 10 Hz ,求绿光在真空中的波长和频率。
14

4 ,红光 3

解析:根据光在真空中有 c ? ? 0 f ,知红光在真空中的波长

?0 红 ?

c 3.0 ? 10 8 3 ? m ? ? 10 ?6 m 14 f 红 4.0 ? 10 4

光在介质中有 v ? ?f ,且 v ?

c , n

?6 c / n红 ?0红 ( 3 4 ) ? 10 v 得红光在水中的波长 ?红 ? ? ? ? m 4 f红 f红 n红 3 9 ? ? 10 ?6 m 16

根据题设,知绿光在真空中的波长

?0绿 ?

9 ? 10 ?6 m ? 5.625 ? 10 ?7 m 16
f绿 ? c

绿光的频率

?0绿

?

3.0 ? 10 8 Hz 5.625 ? 10 ?7

? 5.33 ? 1014 Hz

【同步达纲练习】 1.在下列现象中,属于光的干涉现象的有( A.天空中出现彩虹 B.肥皂泡在阳光下呈现出彩色 C.阳光通过三棱镜形成彩色光带 D.单色光通过双缝时形成明暗相间条纹



2.某单色光在折射率为 n1 的介质中的速度为? 1 ,波长为 ?1 ;在折射率为 n 2 的介质中 的速度为? 2 ,波长为 ? 2 。若 n1 ? n2 ,则( A.? 1 ? ? 2 , ?1 ? ?2 B.? 1 ? ? 2 , ?1 ? ?2 C.? 1 ? ? 2 , ?1 ? ?2 D.? 1 ? ? 2 , ?1 ? ?2 3.在做双缝干涉实验时,若光屏上 P 点到双缝的距离之差是 0.60μ m,分别用频率为 )

f1 ? 5.0 ? 1014 Hz和f 2 ? 7.5 ? 1014 Hz 的单色光照射双缝, P 点各出现何种条纹 求 (答明条
纹或暗条纹)?

0

4.一细束波长为 A 的绿光,由空气以 45°入射角射入介质甲时,测得折射角为 30°; 这束光以 60°的入射角由空气射入介质乙时,测得折射角也是 30°,求此绿光在甲、乙两 介质中的波长及速度的比值。

参考答案 【同步达纲练习】 1.B、D 2.D 3.解:根据 c ? ?f1 知波长

c 3.0 ? 10 8 ?1 ? ? m ? 6.0 ? 10 ?7 m 14 f1 5.0 ? 10

?2 ?

c 3.0 ? 10 8 ? m ? 4.0 ? 10 ?7 m 14 f 2 7.5 ? 10

由于 ?? ? ?1 ,可见 P 点出现亮条纹; 由于 ?? ? 1.5? 2 ?

3 ?1 ,可见 P 点出现暗条纹。 2

4.解:由折射定律知

n甲 ?

sin 45? sin 60? ? 2 , n乙 ? ? 3 sin 30? sin 30? c ? ?0 ,得 ? ? ? f n n

根据 c ? ? 0 f 及? ? ?f , 且? ?

光在两种介质中的波长之比值为:

?甲 ?0 n甲 n乙 3 6 ? ? ? ? ?乙 ?0 n乙 n甲 2 2
光在两种介质中的传播速度之比值为:

? 甲 c n甲 n乙 3 6 ? ? ? ? ? 乙 c n乙 n甲 2 2


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