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現(xiàn)代文閱讀Ⅰ
把握共性之“新”　打通應(yīng)考之“脈”
第5章　光的干涉、衍射和偏振
素養(yǎng)提升課(四)　干涉圖樣的特點(diǎn)和衍射的分辨本領(lǐng)
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1．掌握干涉圖樣的特點(diǎn)和產(chǎn)生的原理，并會(huì)分析解決相關(guān)問題。2．理解衍射對(duì)分辨本領(lǐng)的影響、衍射光柵的應(yīng)用。
關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成
考點(diǎn)1　干涉圖樣的特點(diǎn)和產(chǎn)生的原理
1．從屏上判斷亮暗條紋的條件
(1)判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值。
(2)路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋。
2．從時(shí)間的關(guān)系上，判斷屏上某處出現(xiàn)亮暗條紋的條件
(1)亮條紋：Δt＝nT(n＝0，1，2，…)。
(2)暗條紋：Δt＝(2n＋1)·(n＝0，1，2，…)。
式中Δt表示兩列光波到同一點(diǎn)的時(shí)間差，T＝為光波的周期。
【典例1】　如圖所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長為600 nm的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋(即P1到S1、S2的路程差為一個(gè)波長)，現(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則(　　)
A．P和P1仍為亮條紋
B．P為亮條紋，P1為暗條紋
C．P為暗條紋，P1為亮條紋
D．P、P1均為暗條紋
√
B　[從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點(diǎn)到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點(diǎn)的路程差為零，因此中央是亮條紋，無論入射光是什么顏色的光、波長多大，P點(diǎn)都是中央亮條紋。而分別由S1、S2射出的光到P1點(diǎn)的路程差剛好是橙色光的一個(gè)波長，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙。當(dāng)換用波長為400 nm的紫光時(shí)，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ紫，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)振動(dòng)情況完全相反，即分別由S1、S2射出的光到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)相互削弱，因此，在P1點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋。綜上所述，選項(xiàng)B正確。]
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
1．用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后(　　)
A．干涉條紋消失
B．彩色條紋中的紅色條紋消失
C．中央條紋變成暗條紋
D．中央條紋變成紅色
√
D　[當(dāng)用白光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，頻率相同的色光，相互疊加干涉，在光屏上形成彩色條紋，中央形成白色的亮條紋；當(dāng)在光源與單縫之間加上紅色濾光片后，只有紅光能通過單縫，然后通過雙縫后相互疊加干涉，在光屏上形成紅色干涉條紋，光屏中央為加強(qiáng)點(diǎn)，所以中央條紋變成紅色亮條紋，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。]
考點(diǎn)2　衍射對(duì)分辨本領(lǐng)的影響及衍射光柵的應(yīng)用
1．分辨本領(lǐng)和放大率
(1)光學(xué)儀器的透鏡就相當(dāng)于小圓孔，透鏡直徑越小，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)就越低。
(2)光學(xué)儀器不能通過增大儀器的放大率來提高它的分辨本領(lǐng)。增大放大率，雖然放大了像點(diǎn)之間的距離，但每個(gè)像的衍射斑也被放大了。原來不能分辨的物體，放得再大，仍然不能被我們的眼睛或照相底片所分辨。
2．光柵
(1)光通過光柵后，在接收屏上得到的光柵衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果。
(2)多縫干涉使得光柵衍射的亮條紋的亮度比單縫衍射時(shí)的更窄、亮度更亮。
(3)復(fù)色光經(jīng)光柵衍射后會(huì)彼此分開，被分解形成彩色條紋。光柵作為分光器件，常被用于單色儀和光譜儀中。
【典例2】　(雙選)關(guān)于光柵及其衍射圖樣，下列說法正確的是
(　　)
A．衍射光柵分為透射光柵和反射光柵
B．衍射光柵常被作為分光器件使用
C．衍射光柵形成的衍射圖樣沒有單縫衍射形成的圖樣清晰
D．衍射光柵形成的衍射圖樣與光的干涉無關(guān)
√
√
AB　[衍射光柵分為透射光柵和反射光柵，選項(xiàng)A正確；白光通過光柵后能被分解并形成彩色條紋，因此衍射光柵常被作為分光器件使用，選項(xiàng)B正確；衍射光柵形成的衍射圖樣比單縫衍射形成的圖樣更窄、更亮、更清晰，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；光柵衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
2．關(guān)于光的分辨本領(lǐng)，下列說法正確的是(　　)
A．顯微鏡的透鏡直徑越小，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)
B．顯微鏡的透鏡直徑越大，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)
C．顯微鏡的放大倍率越小，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)
D．顯微鏡的放大倍率越大，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)
B　[顯微鏡的透鏡直徑越大，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)，顯微鏡的分辨本領(lǐng)與它的放大率無關(guān)，選項(xiàng)B正確。]
√
素養(yǎng)提升練(四)　干涉圖樣的特點(diǎn)和衍射的分辨本領(lǐng)
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√
一、選擇題
1．點(diǎn)光源照在一個(gè)剃須刀片上，在屏上形成了它的影子，其邊緣較為模糊，原因是(　　)
A．光的反射　　　　　　 B．光強(qiáng)太小
C．光的干涉　　 D．光的衍射
D　[在刀片邊緣有部分光繞過障礙物進(jìn)入到陰影中去，從而看到影子的邊緣模糊，光繞過障礙物偏離直線傳播是光的衍射。D選項(xiàng)正確。]
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√
2．關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　)
A．光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理，衍射現(xiàn)象不遵循波的疊加原理
B．光的干涉條紋是彩色的，衍射條紋是明暗相間的
C．光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光的衍射現(xiàn)象不能說明這一點(diǎn)
D．光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果
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D　[光的干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果，兩者都表明光是一種波，既然是波就都具有波動(dòng)性，故A、C錯(cuò)誤，D正確；從條紋特點(diǎn)看，雖然條紋寬度、間距方面干涉條紋和衍射條紋有所區(qū)別，但單色光的干涉條紋、衍射條紋都是明暗相間的，白光的干涉條紋、衍射條紋是彩色條紋，故B錯(cuò)誤。故選D。]
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3．下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說法正確的是(　　)
A．單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源
B．雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源
C．光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋
D．在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生
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B　[在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單縫的作用是獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況，雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的相干光源，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；在兩個(gè)相干光源完全相同的情況下，光屏上距兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗紋，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；兩列光波只要相遇就會(huì)疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會(huì)發(fā)生光的干涉，用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]
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4．關(guān)于甲、乙、丙、丁四個(gè)實(shí)驗(yàn)，以下說法正確的是(　　)
甲　單色光通過劈尖　　乙　單色光通過牛頓
產(chǎn)生明暗條紋　 環(huán)產(chǎn)生明暗條紋
丙　單色光通過雙縫　　丁　單色光通過單縫
產(chǎn)生明暗條紋　　　　 產(chǎn)生明暗條紋
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A．四個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為干涉條紋
B．甲、乙兩實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為等距條紋
C．丙實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的條紋間距越大，該光的頻率越大
D．丁實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的明暗條紋為光的衍射條紋
√
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D　[甲、乙、丙實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為干涉條紋，而丁實(shí)驗(yàn)是光的衍射條紋，故A錯(cuò)誤；甲實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋為等間距條紋，而乙是牛頓環(huán)，產(chǎn)生條紋的空氣層厚度不均勻變化，則干涉條紋間距不相等，故B錯(cuò)誤；根據(jù)干涉條紋間距公式Δy＝λ，丙實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的條紋間距越大，則波長越長，頻率越小，故C錯(cuò)誤；丁實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的明暗條紋間距不相等，且通過單縫，則為光的衍射條紋，故D正確。]
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5．如圖所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二條暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實(shí)驗(yàn)(其他條件不變，屏足夠大)，則同側(cè)第二條暗條紋的位置(　　)
A．仍在P處
B．在P點(diǎn)上方
C．在P點(diǎn)下方
D．要將屏向雙縫方向移近一些才能看到
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B　[由λ＝知，f變小，λ變大。若出現(xiàn)第二條暗條紋，則P到雙縫的路程差Δr＝λ，當(dāng)λ變大時(shí)，Δr也要變大，故第二條暗條紋的位置向上移，在P點(diǎn)上方，B正確。]
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6．(雙選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是(　　)
A．改用紅色激光
B．改用藍(lán)色激光
C．增大雙縫間距
D．將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)
√
題號(hào)
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AD　[在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中相鄰亮條紋的間距Δy＝λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距可減小雙縫間的距離，增大屏幕與雙縫的距離，換用波長更長或頻率更小的光做光源。故選A、D。]
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7．(雙選)在照相機(jī)鏡頭上常涂有增透膜，關(guān)于增透膜的說法正確的是(　　)
A．增透膜的厚度為綠光在真空中波長的
B．增透膜的厚度為綠光在增透膜中波長的
C．綠光從增透膜前后表面的反射光互相抵消
D．綠光從增透膜前后表面的反射光互相疊加使綠光振動(dòng)加強(qiáng)
√
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題號(hào)
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BC　[在選擇增透膜時(shí)，一般是使對(duì)人眼靈敏的綠色光在垂直入射時(shí)增透膜前后表面反射的光相互抵消，因此增透膜的厚度應(yīng)等于綠光在薄膜中的波長的，從薄膜前后表面的反射綠光相互抵消，故B、C正確。故選B、C。]
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8．(雙選)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是(n為自然數(shù)，λ為光波波長)(　　)
A．在距雙縫的路程相等的點(diǎn)形成暗條紋
B．在距雙縫的路程差為nλ的點(diǎn)形成亮條紋
C．在距雙縫的路程差為n的點(diǎn)形成亮條紋
D．在距雙縫的路程差為λ的點(diǎn)形成暗條紋
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BD　[在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)某處距雙縫距離之差Δx為波長的整數(shù)倍時(shí)，即Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)這些點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，該處出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)某處距雙縫距離之差Δx為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，即Δx＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)這些點(diǎn)為減弱點(diǎn)，該處出現(xiàn)暗條紋；故選項(xiàng)B、D正確，A、C錯(cuò)誤。]
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二、非選擇題
9．在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中，若單色光的波長λ＝5.89×10-7 m，雙縫間的距離d＝1 mm，雙縫到屏的距離l＝2 m。求第1個(gè)亮條紋到第11個(gè)亮條紋的中心間距。
[解析]　相鄰兩亮條紋的中心間距Δy＝λ
第1個(gè)亮條紋到第11個(gè)亮條紋的中心間距L＝10Δy
代入數(shù)據(jù)得L＝1.178×10-2 m。
[答案]　1.178×10-2 m
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10．利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以測定液體中的光速。該裝置是由兩塊平板玻璃組成的劈形，其中傾角θ很小，其間形成空氣薄膜(空氣可視為真空，光速為c)，光從平板玻璃上方垂直入射后，從上往下看到干涉條紋，測得相鄰條紋間距為Δx1；若在兩塊平板玻璃之間充滿透明液體，然后用同種單色光垂直照射玻璃板，測得相鄰條紋間距為Δx2。則光在該液體中的傳播速度為多少？
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[解析]　根據(jù)薄膜干涉原理，干涉條紋平行等寬，當(dāng)光垂直射向玻璃板時(shí)，得到干涉條紋，相鄰兩條紋對(duì)應(yīng)劈尖厚度差Δy＝
由于θ很小，根據(jù)幾何關(guān)系有tan θ＝＝
則Δx＝
即＝
又v＝λf
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同種單色光頻率相同，則＝
則v＝＝。
[答案]　
謝 謝！

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