人教版選修34 光的干涉 第1課時 教案.docx

13.3光的干涉【教學(xué)目標】（一）知識與技能1通過實驗觀察認識光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。2掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。（二）過程與方法1通過楊氏雙縫干涉實驗，體會把一個點光源發(fā)出的一束光分成兩束，得到相干光源的設(shè)計思想。2通過根據(jù)波動理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學(xué)生比較推理，探究知識的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過對光的本性的初步認識，建立辯證唯物主義的世界觀?！窘虒W(xué)重點】雙縫干涉圖象的形成實驗及分析?！窘虒W(xué)難點】亮紋（或暗紋）位置的確定?！窘虒W(xué)方法】復(fù)習(xí)提問，實驗探究，計算機輔助教學(xué)教學(xué)過程：新課導(dǎo)入：光到底是什么？有些物理學(xué)家提出光是一種波，如果光真是一種波，它應(yīng)該具有波的特征，就一定能觀察到光的干涉現(xiàn)象，1801年，英國物理學(xué)家托馬斯楊成功地觀察到光的干涉現(xiàn)象，這節(jié)課我們共同探究光的干涉的相關(guān)知識 光的干涉雙縫干涉實驗a實驗過程：讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫s1和s2的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，兩個光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加發(fā)生干涉b實驗現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋c實驗結(jié)論：光是一種波d現(xiàn)象解釋：s1和s2相當于兩個頻率、相位和振動方向相同的波源，當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時(即恰好等于波長的整數(shù)倍時)，兩列光波在這點相互加強，出現(xiàn)明條紋；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩列光波在這點相互削弱，出現(xiàn)暗條紋光產(chǎn)生干涉的條件干涉條件兩列光的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定相干光源：發(fā)出的光能夠產(chǎn)生干涉的兩個光源為什么一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象？【提示】由于不同光源發(fā)出的光的頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差，在一般情況下，很難找到那么小的縫和那些特殊的裝置 楊氏雙縫干涉實驗1. 雙縫干涉的裝置示意圖圖1331實驗裝置如圖1331所示，有光源、單縫、雙縫和光屏 2. 單縫屏的作用獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏楊氏那時沒有激光，因此他用強光照射一條狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫產(chǎn)生相干光 3. 雙縫屏的作用平行光照射到單縫s上，又照射到雙縫s1、s2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光 4. 屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件觀察相同的兩列波在同一點引起的振動的疊加，如亮條紋處某點同時參與的兩個振動步調(diào)總是一致，即振動方向總是相同；暗條紋處振動步調(diào)總相反具體產(chǎn)生亮、暗條紋的條件為：(1)亮條紋的條件：屏上某點p到兩條縫s1和s2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍即：|ps1ps2|k2k(k0，1，2，3)k0時，ps1ps2，此時p點位于屏上的o處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋k為亮條紋的級次(2)暗條紋的條件：屏上某點p到兩條縫s1和s2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍即：|ps1ps2|(2k1)(k1，2，3)k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開(3)時間上的關(guān)系：亮條紋：tnt(n0，1，2，3)暗條紋：t(2n1)(n0，1，2，3，)式中t表示兩列光波到同一點的時間差；t為光波的周期強調(diào)：1.雙縫干涉的條件是必須有相干光源，且雙縫間的間距必須很小 2.光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差，所以一般情況很難觀察到光的干涉現(xiàn)象，楊氏雙縫干涉實驗采用將一束光“一分為二”的方法獲得相干光源圖1332如圖1332所示是雙縫干涉實驗裝置，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，p點上方的p1點處于第一級亮紋中心(即p1到s1、s2的光程差為一個波長)，現(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則()ap和p1仍為亮條紋bp為亮條紋，p1為暗條紋cp為暗條紋，p1為亮條紋dp、p1均為暗條紋【審題指導(dǎo)】在兩相干波相遇的區(qū)域中，判斷各點的明暗情況是通過該點到兩縫的路程差的大小與波長的關(guān)系判斷【解析】從單縫s射出的光波被s1、s2兩縫分成的兩束光為相干光，由題意知屏中央p點到s1、s2距離相等，即由s1、s2分別射出的光到p點的路程差為零，因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，p點都是中央亮條紋的中心而p1點到s1、s2的路程差剛好是橙光的一個波長，即|p1s1p1s2|600 nm橙，則兩列光波到達p1點振動情況完全一致，振動得到加強，因此，出現(xiàn)亮條紋當換用波長為400 nm的紫光時，|p1s1p1s2|600 nm紫，則兩列光波到達p1點時振動情況完全相反，即由s1、s2射出的光波到達p1點時相互減弱，因此，出現(xiàn)暗條紋綜上所述，選項b正確【答案】b 針對練習(xí)：1. 由兩個不同光源所發(fā)出的兩束白光落在同一點上，不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象這是因為()a兩個光源發(fā)出光的頻率不同b兩個光源發(fā)出光的強度不同c兩個光源的光速不同d這兩個光源是彼此獨立的，不是相干光源【解析】題中兩光源發(fā)出的光都是白光，頻率不確定沒法比較，選項a錯誤光的強度對光是否產(chǎn)生干涉沒有影響，所以b錯誤光速在真空中是確定的，但它對光的干涉也沒影響，選項c錯誤題設(shè)中的是兩個獨立光源，根據(jù)物體的發(fā)光機理(原子躍遷)，二者產(chǎn)生的不是相干光，選項d正確【答案】d 雙縫干涉圖樣的特點1. 單色光的干涉圖樣圖1333若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等中央為亮條紋，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長有關(guān)，波長越大，條紋間距越大 2. 白光的干涉圖樣若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的這是因為：(1)從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋(2)兩側(cè)條紋間距與各色光的波長成正比，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋用白光做干涉實驗，從紅光到紫光其波長由大到小，它們的干涉條紋間距也是從大到小，屏中央各色光都得到加強，混合成白色，但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色，而且同一級條紋內(nèi)紫外紅在雙縫干涉實驗中，如果()a用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋b用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋c用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋d用紫光作為光源，比用紅光作為光源產(chǎn)生的條紋間距更大【解析】白光為復(fù)合光，各色光波長不同，干涉圖樣為彩色條紋，a錯；紅光為單色光，b正確；干涉條件是頻率相同，故c錯誤；紫光作為光源比用紅光作為光源產(chǎn)生的條紋間距小，d錯【答案】b圖1334 2. 如圖1334所示是單色光雙縫干涉實驗?zāi)骋粫r刻的波形圖，實線表示波峰，虛線表示波谷在此時刻，介質(zhì)中a點為波峰相疊加點，b點為波谷相疊加點，a、b連線上的c點為某中間狀態(tài)相疊加點如果把屏分別放在a、b、c三個位置，那么()aa、b、c三個位置都出現(xiàn)亮條紋bb位置處出現(xiàn)暗條紋cc位置出現(xiàn)亮條紋或暗條紋要由其他條件決定d以上結(jié)論都不對【解析】在干涉現(xiàn)象中，所謂“振動加強的點”是指兩列波在該點引起的振動方向總是相同，該點的振幅是兩列波的振幅之和，而不要理解為該點始終處于波峰或波谷，在某些時刻它也可以位于平衡位置(如題圖中c點)所謂“振動減弱的點”是指兩列波在該點引起的振動方向總是相反的，該點的振幅是兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，則該點始終在平衡位置，對光波而言，該點是完全暗的【答案】a雙縫干涉實驗裝置如圖1335所示，綠光通過單縫s后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫s1和s2與單縫的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋屏上o點距雙縫s1和s2的距離相等，p點是距o點最近的第一條亮條紋如果將入射的單色光換成紅光或藍光，討論屏上o點的干涉條紋的情況及其上方第一條亮條紋的位置是：o點是紅光的亮條紋；紅光的第一條亮條紋在p點的上方；o點不是藍光的亮條紋；藍光的第一條亮條紋在p點的上方其中正確的是()圖1335a只有正確 b只有正確c只有正確 d只有正確【規(guī)范解答】o點到兩縫的距離相等，故不論換用紅光還是藍光，o點均為亮條紋，所以正確，錯誤；因為s2ps1p綠，又因為綠紅，所以s2ps1p紅所以紅光第一條亮紋到中心亮紋o點的距離比綠光的第一條亮紋到中心亮紋o點的距離大，所以紅光的第一條亮紋在p點上方，正確；同理，藍光的波長比綠光的小，藍光的第一條亮條紋在p點的下方，錯誤綜上所述，只有a正確故正確答案為a.【答案】a課堂練習(xí)：1. 下列關(guān)于雙縫干涉實驗的說法中正確的是()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振動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【解析】在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況，雙縫的作用是獲得兩個振動情況完全相同的相干光源，故選項a錯誤，b正確在兩個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，選項c錯誤兩列光波只要相遇就會疊加，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d錯誤【答案】b 2. 關(guān)于光的干涉，下列說法正確的是()a只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉b頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定c兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋d兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋【解析】兩列波產(chǎn)生干涉時，頻率必須相同，否則不可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而不是干涉不穩(wěn)定，故a正確，b錯兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋；若該路程差是光半波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋(注意是半波長而不是波長)，故c正確，d錯【答案】ac 3一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是()a各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同b各色光的速度不同，造成條紋的間距不同c各色光的強度不同，造成條紋的間距不同d各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同【解析】各色光的頻率不同，波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋a正確【答案】a 4. 以下關(guān)于雙縫干涉條紋的說法中正確的是()a用同一種單色光做雙縫干涉實驗，能觀察到明暗相間的單色條紋b用同一種單色光經(jīng)雙縫干涉的明條紋到兩縫的距離之差為該色光波長的整數(shù)倍c用同一種單色光經(jīng)雙縫干涉的明條紋到兩縫的距離之差一定為該色光波長的奇數(shù)倍d用同一種單色光經(jīng)雙縫干涉的暗條紋到兩縫的距離之差一定為該色光半波長的奇數(shù)倍【解析】同一單色光干涉條紋為明、暗相間的單色條紋，選項a正確；光程差rk(k為整數(shù))時，為明紋，選項b正確；r(k0，1，2，)時，為暗紋，選項d正確【答案】abd 5. 如圖1336所示，用頻率為f的單色光垂直照射雙縫，在光屏上p點出現(xiàn)第2條暗條紋，已知光速為c，則p點到雙縫的距離之差(r2r1)應(yīng)為多大？圖1336【解析】由光的干涉出現(xiàn)亮、暗條紋的條件可知，到雙縫的距離之差為半波長的奇數(shù)倍時，出現(xiàn)暗條紋，即到雙縫的距離之差r2r1(2k1)，其中k1，2，3為條紋的級數(shù)所以當出現(xiàn)第2條暗條紋時，取k2，所以r2r1.又因為cf，所以r2r1 .【答案】作業(yè)：1. 以下光源可作為相干光源的是()a兩個相同亮度的燭焰b兩個相同規(guī)格的燈泡c雙絲燈泡d出自一個光源的兩束光【解析】相干光的條件，必須是頻率相同，相位差恒定，故只有d正確【答案】d2. 對兩列光波在空中疊加，以下說法中正確的是()a不同的色光有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象b不同的色光不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象c光的強度不同有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象d光的強度不同不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象【解析】兩列光波疊加是否發(fā)生干涉現(xiàn)象關(guān)鍵看兩列光波是否是相干光，即是否滿足頻率相同、相位差恒定的條件，不同的色光頻率不同，所以不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故b項正確；光的強度不同，但仍有可能滿足相干條件，也就是有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故選項c正確，d錯誤【答案】bc 3. 白光通過雙縫后在屏上產(chǎn)生彩色條紋，若在兩個縫上分別安裝紅色和綠色濾光片，則屏上將出現(xiàn)()a黃色干涉條紋b紅、綠相間的條紋c黑、白相間的條紋 d無干涉條紋【解析】在兩縫上分別安裝紅色和綠色濾光片后，到達屏上的兩束光分別是紅光和綠光，由于紅光和綠光頻率不同，不是相干光，不會出現(xiàn)干涉條紋，故正確答案為d.【答案】d 4 楊氏雙縫干涉實驗中，下列說法正確的是(n為自然數(shù)，為光波波長)()a在距雙縫的光程差相等的點形成暗條紋b在距雙縫的光程差為n的點形成明條紋c在距雙縫的光程差為n的點形成明條紋d在距雙縫的光程差為(n)的點形成暗條紋【解析】在雙縫干涉實驗中，當某處距雙縫距離之差為波長的整數(shù)倍時，即n，n0、1、2、3這點為加強點，該處出現(xiàn)明條紋；當距離之差為半波長的奇數(shù)倍時，即(2n1)，n0、1、2、3這點為減弱點，該處出現(xiàn)暗條紋b、d正確【答案】bd 5. 下圖1337為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則()圖1337a甲為紫光的干涉圖樣 b乙為紫光的干涉圖樣c丙為紅光的干涉圖樣 d丁為紅光的干涉圖樣【解析】由雙縫干涉的圖樣的特點及紅光的波長大于紫光的波長知，b正確【答案】b圖1338 6 .某同學(xué)利用如圖1338所示實驗觀察光的干涉現(xiàn)象，其中a為單縫屏，b為雙縫屏，c為光屏當他讓一束陽光照射a屏?xí)r，c屏上并沒有出現(xiàn)干涉條紋，他移走b后，c上出現(xiàn)一窄亮斑分析實驗失敗的原因可能是()a單縫s太窄b單縫s太寬cs到s1和s2距離不相等d陽光不能作光源【解析】雙縫干涉中單縫的作用是獲得線光源，而線光源可以看做是由許多個點光源沿一條線排列組成的，這里觀察不到光的干涉現(xiàn)象是由于單縫太寬，得不到線光源故選項b正確【答案】b 7 .在雙縫干涉實驗中，光屏上p點到雙縫s1、s2的距離之差s10.75 m，光屏上q點到雙縫s1、s2的距離之差s21.5 m.若用頻率6.01014 hz的黃光照射雙縫，則()ap點出現(xiàn)亮條紋，q點出現(xiàn)暗條紋bp點出現(xiàn)暗條紋，q點出現(xiàn)亮條紋c兩點均出現(xiàn)亮條紋d兩點均出現(xiàn)暗條紋【解析】由光的頻率6.01014 hz，知光的波長c/5107 mp點到雙縫s1、s2的距離之差s10.75 m7.5107 m1.5.q點到雙縫s1、s2的距離之差s21.5 m15107 m3，因此，p點出現(xiàn)暗條紋，q點出現(xiàn)亮條紋，本題的正確答案是選項b.【答案】b 8. 如圖1339所示，在雙縫干涉實驗中，若單縫s從雙縫s1、s2的中央對稱軸的位置稍微向上移動，則()圖1339a不會產(chǎn)生干涉條紋b仍然產(chǎn)生干涉條紋，且中央亮紋的位置不變c仍然產(chǎn)生干涉條紋，且中央亮紋的位置略上移d仍然產(chǎn)生干涉條紋，且中央亮紋的位置略下移【解析】在雙縫干涉實驗中，若單縫s從雙縫s1、s2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，通過雙縫s1、s2的光仍是相干光，仍可產(chǎn)生干涉條紋；中央亮條紋p的位置經(jīng)過s1、s2到s的路程差仍等于零，所以中央亮條紋p的位置略向下移故選項d正確【答案】d 9 .在楊氏干涉實驗中，從兩個狹縫到達屏上的某點的光走過的路程相等，該點即為中央亮條紋的位置(即k0對應(yīng)的那條亮條紋)，雙縫屏上有上下兩狹縫，設(shè)想在雙縫屏后用一塊極薄的透明玻璃片遮蓋下方的縫，則屏上中央亮條紋的位置將()a向上移動b向下移動c不動d可能向上移動，也可能向下移動【解析】本題考查對形成明暗條紋條件的理解雙縫到屏上中央亮條紋o點的距離相等，當下方的狹縫用一塊極薄的玻璃片遮蓋住后，由于波在玻璃中傳播的波長變小，因此下縫到o點的距離內(nèi)的波長個數(shù)變多，所以屏上對應(yīng)的到雙縫波長個數(shù)相等的點下移，即屏上中央亮條紋的位置將向下移動，故本題選b項【答案】b圖13310 10 煤礦中的瓦斯危害極大，某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是他根據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設(shè)計了一個監(jiān)測儀，其原理如圖13310所示：在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器a、b，容器a與干凈的空氣相通，在容器b中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛热绻恋恼醒雘點變?yōu)榘导y，說明b中氣體()a一定含瓦斯 b一定不含瓦斯c不一定含瓦斯 d無法判斷【解析】如果屏的正中央o變?yōu)榘导y，說明從兩個子光源到屏的光程差發(fā)生變化，所以b中氣體一定含瓦斯a正確【答案】a 11 如圖13311所示為雙縫干涉實驗裝置示意