第4-3课-光的干涉-(解析版)(人教版2019选择性必修第一册).docx

第4.3课 光的干涉
解题要点梳理：
1.明暗条件：明纹ΔS=2n·λ2 ， 暗纹ΔS=(2n+1)·λ2 （n=0、1、2、3......）
2.条纹间距：ΔX=ldλ
基础巩固
1.（2022·全国·高二期末）煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A中为干净的空气，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。以下说法正确的是（　　）

A．如果屏的正中央仍是亮纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同不含瓦斯
B．如果屏的正中央是暗纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，不可能含有瓦斯
C．如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定
D．只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹
【答案】C
【详解】A．由于光经过两容器时折射率不同，光速不同，到达正中央的光程差可能是波长的整数倍，也可能是半波长的奇数倍，所以中央可能是亮条纹，也可能是暗条纹，故B中气体可能含有瓦斯，也可能没有，故A错误；B．如果屏的正中央是暗纹，必有光程差，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，一定含有瓦斯，故B错误；C．条纹不停地移动，则B中气体的折射率在变化，即瓦斯含量不稳定，故C正确D．单色光或复色光都能出现干涉条纹，故D错误。故选C。
2.（2022·江苏·海安高级中学高二阶段练习）如图甲所示为研究光的干涉现象的实验装置，狭缝S1、S2的间距d可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中在屏上得到了图乙所示图样（图中阴影部分表示暗条纹）。下列说法正确的是（　　）

A．图乙中双缝干涉图样的亮条纹，经过半个周期后变成暗条纹
B．仅减小狭缝S1、S2的间距d，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大
C．仅增加L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
D．若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是亮条纹
【答案】B
【详解】A．频率或波长相同相位相差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，形成稳定的干涉图样，故图乙中双缝干涉图样的亮条纹，经过半个周期后仍是亮条纹，故A错误；BC．根据双缝干涉公式，可知仅减小狭缝S1、S2的间距d乙中相邻亮条纹的中心间距增大，仅增加L时，图乙中相邻亮条纹的中心间距也增大，故B正确，C错误；D．照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，则两束光波发生相互削弱，即P点处为暗条纹，故D错误。故选B。
3.（2022·全国·高二期末）如图所示，圆形铁丝圈上附有一层肥皂液膜，灯泡发出一种单色光。先后把铁丝圈水平摆放在灯泡上方的a位置和竖直摆放在灯泡附近的b位置，则观察到的干涉条纹是（　　）

A．a、b位置都是横条纹 B．a、b位置都是环形条纹
C．a位置是横条纹，b位置是环形条纹 D．a位置是环形条纹，b位置是横条纹
【答案】D
【详解】单色光在光程差相同的位置干涉连成的线会形成条纹，在a位置，单色光垂直照射肥皂液膜，在凸面和平面反射形成，可知距离圆心相等的位置的光程差相同，不同位置在前后面的反符合牛顿环干涉的特点，故为环形条纹；在b位置，单色光垂直照射肥皂液膜，同一条水平线上的薄膜的厚度大致相同，光程差基本相同，会形成干涉横条纹。故选D。
4.（2022·广东·深圳实验学校高中部高二阶段练习）（多选）光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，下列说法正确的是（　　）

A．图甲中上板是标准样板，下板是待检查的光学元件
B．若换用频率更大的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变宽
C．若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处出现了凸起
D．用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的同心圆环
【答案】AD
【详解】A.图甲是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，图甲中上板是标准样板，下板是待检查的光学元件，故A正确；B.根据条纹间距公式,如果换用频率更大的单色光，则光的波长变短，其他条件不变则图乙中的干涉条纹变窄，故B 错误；C.若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明亮条纹提前出现，说明被检查的平面在此处出现了凹陷，故C错误；D.用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，牛顿环中的空气厚度不是均匀变化，空气膜厚度增加的越来越快，则亮条纹会提前出现，所以得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的同心圆环，故D正确。故选AD。
5.（2022·全国·高二期末）（多选）夏季常出现如图甲所示的日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，比较a、b两种光，下列说法正确的是（   ）

A．a光的频率比b光的低
B．在冰晶中，b光的传播速度比a光的大
C．用同一装置做双缝干涉实验时，b光相邻亮条纹的间距比a光的大
D．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光的大
【答案】AD
【详解】A．由题图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，根据棱镜色散规律可知a光的波长比b光的波长大，a光的频率比b光的频率低，A正确；B．冰晶对b光的折射率比对a光的折射率大，根据，可知在冰晶中，b光的传播速度较小，B错误；C．根据，b光波长小，则b光条纹间距更小，C错误；D．同种玻璃对a光的折射率比对b光的折射率小，根据，可知从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，D正确故选AD。
6.（2022·全国·高二期末）利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差（约为微米量级），实验装置如图甲所示。T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶，A0为标准金属丝，直径为D0；A为待测金属丝，直径为D；两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹如图乙所示，测得相邻条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是（　　）

A．|D-D0|=
B．A与A0直径相差越大，ΔL越大
C．轻压T1右端，若ΔL增大则有D＜D0
D．A与A0直径相等时可能产生图乙中的干涉条纹
【答案】A
【详解】A．设标准平面的玻璃晶之间的夹角为，由题可知，有,有空气薄膜干涉的条件可知,,,A正确；,B．由上述分析可知，与直径相差越大，越大，越小；，B错误；C．轻压T1右端，若ΔL增大则有减小，说明，C错误；D．当A与A0直径相等时， ，形不成图乙中的干涉条纹，D错误。故选A。
7.（2022·全国·高三课时练习）两个狭缝相距0.3mm，位于离光屏50cm处，现用波长为6000Å的光照射双缝，则两条相邻暗条纹间的距离为1mm；若将整个装置放于水中，那么两条相邻暗条纹间的距离是_______mm。（水的折射率为，1Å=10-10m）
【答案】0.75
【详解】光在水中的波长为,则将整个装置放于水中，那么两条相邻暗条纹间的距离为.
8.（2022·浙江·高三阶段练习）观察光的薄膜干涉的演示实验装置图如图所示，图乙是竖直放置雅铁丝圈里的肥皂膜，图甲是放置在肥皂膜左侧的黄色火焰酒精灯，观察者可以观测到肥皂膜上有火焰的像。

（1）观察者应该在肥皂膜的___________（填“左侧”或“右侧”）观察；
（2）下列对实验结论的说法正确的是___________
A．观察者看到的火焰像是由水平条纹构成的
B．本实验的火焰成像和平面镜成像原理是一样的
C．如果发现条纹是等间距的，说明肥皂膜是等厚的
D．如果发现条纹是上疏下密，则说明肥皂膜从上往下变厚是越来越快的
【答案】     左侧     AD
详解】（1）明暗相间的条纹是因为光通过肥皂膜的前后两个界面的反射光叠加而形成，所以观察者应该在火焰的同侧即肥皂膜的左侧观察；（2）A．由于重力的影响，观察肥皂膜从上到下越来越厚，相同高度是等厚的，所以看到的火焰像是由水平条纹构成的，A正确；B．本实验的火焰成像原理是光的干涉，而平面镜成像原理是光的反射，成像原理不一样，B错误；C．如果发现条纹是等间距的，说明肥皂膜从上到下是均匀变厚的，C错误；D．如果发现条纹是上疏下密，说明肥皂膜从上往下变厚是越来越快的，D正确；故选AD。
能力提升
9.（2022·浙江·高三阶段练习）如图所示，两束单色光a、b从水面下射向A点，光线经折射后合成一束光c则下列说法正确的是（　　）

A．在水中a光的频率比b光的频率大
B．水面上方介质的折射率大于水的折射率
C．保持a、b两束光的夹角不变的情况下，都绕A点顺时针方向旋转某一角度，出射后依然可以合成一束光
D．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
【答案】D
【详解】A．由光路的可逆性可知，a光在折射时的偏折程度小于b光的偏折程度，则a光的波长比b光的波长大，a光的频率比b光的频率小，A错误；B．由于出射后光线远离法线，水面上方的介质的折射率应该是小于水的折射率，B错误；C．保持a、b两束光的夹角不变的情况下，都绕A点顺时针方向旋转某一角度后，两光的偏折程度都会变化，且变化不一样，则出射后不可能合成一束光，C错误；D．因为a光的波长比b光的波长大，用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，由干涉条纹间距公式，可知 a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，D正确。故选D。
10.（2022·全国·高三课时练习）如图所示是杨氏双缝干涉实验示意图，其中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为中央亮条纹的中心，P1为第一级亮条纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则（　　）趁热

A．屏上的干涉条纹的间距将变大
B．屏上的O点可能出现暗条纹
C．屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心
D．屏上P1位置不可能为暗条纹的中心
【答案】A
【详解】A．由知，d变小，Δx变大，A正确；B．O点到S1、S2光程差仍然为零，仍为中央亮条纹，B错误；CD．Δx变大，第一级亮条纹的中心一定上移，P1不可能仍然是亮条纹的中心，但可能为暗条纹的中心，故CD错误。故选A。
11.（2022·云南师大附中高三阶段练习）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示的明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度随坐标的变化图像，可能正确的是（　　）

A．B．C．D．
【答案】D
【详解】由题意可知，从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为∆x=2d，即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差（n=1，2，3，⋯）时，此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度为（n=1，2，3，⋯）时，对应的条纹为亮条纹，相邻亮条纹之间的薄膜厚度差为，从题图中可知，从左向右相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离逐渐变小，则薄膜层的厚度逐渐减小，由斜率知厚度减小越来越快，ABC错误，D可能正确。故选D。
12.（2022·全国·高二单元测试）如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为a光的颜色（见图乙）。设b光的折射率为nb，则下列说法错误的是（　　）

A．在水中，a光的波长比b光的长
B．在水中，a光的传播速度比b光的大
C．复色光圆形区域的面积为S=
D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹间距比b光的窄
【答案】D
【详解】AB．a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，知a光的临界角较大，根据，知a光的折射率较小，再由，可知，在水中，a光的波长比b光大，a光的传播速度比b光大，故AB说法正确；C．依据，结合几何关系，可知，而复色光圆形区域的面积为，故C说法正确；D．a光的折射率小，波长长，根据双缝干涉条纹与波长成正比，可知相同条件下，a光干涉条纹比b光宽，故D说法错误。本题选错误的，故选D。