光的干涉(教科版)

1、5-1光的干涉光的干涉選修3-4 第五章 光的波動(dòng)性光學(xué)是物理學(xué)中最古老的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)光學(xué)是物理學(xué)中最古老的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)前科學(xué)研究中最活躍的學(xué)科之一。隨著人類對(duì)自然的前科學(xué)研究中最活躍的學(xué)科之一。隨著人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)不斷深入，光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了萌芽時(shí)期、幾認(rèn)識(shí)不斷深入，光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了萌芽時(shí)期、幾何光學(xué)時(shí)期、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期、量子光學(xué)時(shí)期、現(xiàn)代光何光學(xué)時(shí)期、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期、量子光學(xué)時(shí)期、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期等學(xué)時(shí)期等5個(gè)時(shí)期。個(gè)時(shí)期。光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)介：光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)介：光是什么？光是什么？在物理學(xué)的發(fā)展史上，光是什么的問(wèn)題經(jīng)在物理學(xué)的發(fā)展史上，光是什么的問(wèn)題經(jīng)歷過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的爭(zhēng)論，包括牛

2、頓、惠更斯歷過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的爭(zhēng)論，包括牛頓、惠更斯和愛(ài)因斯坦在內(nèi)的大批科學(xué)家均參與其中。正和愛(ài)因斯坦在內(nèi)的大批科學(xué)家均參與其中。正是他們大量的爭(zhēng)論，推動(dòng)了光學(xué)的發(fā)展。是他們大量的爭(zhēng)論，推動(dòng)了光學(xué)的發(fā)展。光到底是什么？光到底是什么？1717世紀(jì)明確形成世紀(jì)明確形成了兩大對(duì)立學(xué)說(shuō)了兩大對(duì)立學(xué)說(shuō)牛頓牛頓惠更斯惠更斯微粒說(shuō)微粒說(shuō)波動(dòng)說(shuō)波動(dòng)說(shuō)1919世紀(jì)初證明了世紀(jì)初證明了波動(dòng)說(shuō)的正確性波動(dòng)說(shuō)的正確性由于波動(dòng)說(shuō)沒(méi)有由于波動(dòng)說(shuō)沒(méi)有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微頓的威望使得微粒說(shuō)一直占上風(fēng)粒說(shuō)一直占上風(fēng)1919世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛(ài)因斯坦在愛(ài)因斯坦在2020世紀(jì)初提出了世

3、紀(jì)初提出了光子說(shuō)：光具有粒子性光子說(shuō)：光具有粒子性這里的光子完全不同于牛頓所說(shuō)的這里的光子完全不同于牛頓所說(shuō)的“微粒微?！辈ǖ母缮娌ǖ母缮?兩列頻率相同兩列頻率相同的波的波( (相干波相干波) )相遇時(shí)相遇時(shí), ,在某些在某些區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)( (波峰與波波峰與波峰、波谷與波谷疊加峰、波谷與波谷疊加),),而在某些區(qū)域振動(dòng)減弱而在某些區(qū)域振動(dòng)減弱( (波峰與波谷疊加波峰與波谷疊加););且振且振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域與振動(dòng)減動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域與振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔弱的區(qū)域相互間隔. .這種這種現(xiàn)象叫現(xiàn)象叫波的干涉波的干涉。ns 2) 12(ns加強(qiáng)加強(qiáng)減弱減弱到兩波源的路程差（波程差）到兩波源的路程

4、差（波程差）s s滿足滿足: :若兩波源振動(dòng)情況完全相同若兩波源振動(dòng)情況完全相同一、光的干涉一、光的干涉雙縫干涉實(shí)驗(yàn)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波證明光是一種波 1801年英國(guó)物理學(xué)家托馬斯年英國(guó)物理學(xué)家托馬斯揚(yáng)在實(shí)驗(yàn)室里成揚(yáng)在實(shí)驗(yàn)室里成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象. .1 1、裝置特點(diǎn)、裝置特點(diǎn)：如何獲得相干光？如何獲得相干光？ 不同的光源發(fā)出的光頻率不同；同一光源在不同的不同的光源發(fā)出的光頻率不同；同一光源在不同的位置發(fā)出的光頻率不同。位置發(fā)出的光頻率不同。 為了獲得相干光，就只能將頻率恒定的光分成兩束。為了獲得相干光，就只能將頻率恒定的光分成兩束。托馬斯托馬斯.楊利用單縫

5、和雙縫很巧妙地解決了這一問(wèn)題。楊利用單縫和雙縫很巧妙地解決了這一問(wèn)題。 一束單色光先通過(guò)單縫一束單色光先通過(guò)單縫S，單縫，單縫的作用是獲得一個(gè)頻率和振動(dòng)情況的作用是獲得一個(gè)頻率和振動(dòng)情況都唯一的線光源；都唯一的線光源； 線光源線光源S的光衍射后到達(dá)雙縫的光衍射后到達(dá)雙縫S1、S2，獲得頻率、振動(dòng)情況完全相同，獲得頻率、振動(dòng)情況完全相同的兩個(gè)相干光，以實(shí)現(xiàn)在右側(cè)干涉。的兩個(gè)相干光，以實(shí)現(xiàn)在右側(cè)干涉。 若要用紅光來(lái)做實(shí)驗(yàn)，可以在若要用紅光來(lái)做實(shí)驗(yàn)，可以在S的左側(cè)加一紅色濾光片。的左側(cè)加一紅色濾光片。1 1、裝置特點(diǎn)、裝置特點(diǎn)：1）屏上形成的明暗相間條紋叫做）屏上形成的明暗相間條紋叫做干涉圖樣干涉圖

6、樣2 2、干涉圖樣、干涉圖樣：2）干涉圖樣的特點(diǎn)）干涉圖樣的特點(diǎn): 屏上到屏上到S1S2距離相距離相等的點(diǎn)出現(xiàn)的是明條紋等的點(diǎn)出現(xiàn)的是明條紋,叫做叫做中央亮紋中央亮紋。明明(暗暗)條紋的寬度相同條紋的寬度相同明條紋形成的原因明條紋形成的原因S1S2PP中央亮紋 由于由于S1S2到中央亮紋的距離是相等到中央亮紋的距離是相等的的, 又又由于從由于從S S1 1S S2 2發(fā)出的光是振動(dòng)情況發(fā)出的光是振動(dòng)情況完全相同，那么完全相同，那么, ,當(dāng)其中一條光傳來(lái)的當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是是“波峰波峰”時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是是“波峰波峰”，其中一條光傳來(lái)的是，其中一條光傳來(lái)的是“波谷波

7、谷”時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是“波谷波谷”，在，在P P點(diǎn)總是點(diǎn)總是“波峰波峰”與與“波波峰峰”相遇或相遇或“波谷波谷”與與“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”A AA A1 1+A+A2 2為最大，為最大，P P點(diǎn)總是振點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋動(dòng)加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋雙縫S1S2屏幕“中央明紋中央明紋”的形成原因的形成原因= S1PS2PP1 第一亮紋雙縫S1S2屏幕S1S2P1 取取P P點(diǎn)上方的點(diǎn)點(diǎn)上方的點(diǎn)P P1 1，從，從S S1 1S S2 2發(fā)出的光到發(fā)出的光到P P1 1點(diǎn)的光程差，正好等點(diǎn)的光程差，正好等于一個(gè)波長(zhǎng)于一個(gè)波長(zhǎng)= S= S1 1S

8、S2 2=，當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是，當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是“波峰波峰”時(shí)，時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是另一條傳來(lái)的也一定是“波峰波峰”，其中一條光傳來(lái)的是，其中一條光傳來(lái)的是“波谷波谷”時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是“波谷波谷”，在，在P P1 1點(diǎn)總是點(diǎn)總是“波峰波峰”與與“波峰波峰”相遇或相遇或“波谷波谷”與與“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”A AA A1+A+A2為最大，為最大，P P1 1點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋。點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋。第一條亮紋的形成原因分析第一條亮紋的形成原因分析 取取P P點(diǎn)上方的點(diǎn)點(diǎn)上方的點(diǎn)P P2 2，從，從S S1 1S S

9、2 2發(fā)出的光到發(fā)出的光到P P2 2點(diǎn)的光程差，正好等點(diǎn)的光程差，正好等于一個(gè)波長(zhǎng)于一個(gè)波長(zhǎng)= S= S1 1S S2 2=2=2，當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是，當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是“波峰波峰”時(shí)，時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是另一條傳來(lái)的也一定是“波峰波峰”，其中一條光傳來(lái)的是，其中一條光傳來(lái)的是“波谷波谷”時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是“波谷波谷”，在，在P P2 2點(diǎn)總是點(diǎn)總是“波峰波峰”與與“波峰波峰”相遇或相遇或“波谷波谷”與與“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”A AA A1 1+A+A2 2為為最大，最大，P P2 2點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋。點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，

10、故出現(xiàn)亮紋。光程差= 2S1S2P1 2第二條亮紋的形成原因分析第二條亮紋的形成原因分析雙縫S1S2屏幕P1 第一亮紋 =P 中央亮紋 =0P2 第二亮紋 =2P3 / 第三亮紋 =3P3 第三亮紋 =3P3 / 第二亮紋 =2P3 / 第一亮紋 =當(dāng)光程差當(dāng)光程差= n= n時(shí)出現(xiàn)亮紋時(shí)出現(xiàn)亮紋以此類推以此類推當(dāng)光程差當(dāng)光程差= n，那么，那么, ,當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是“波峰波峰”時(shí)，另一條傳時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是來(lái)的也一定是“波峰波峰”，其中一條光傳來(lái)的是其中一條光傳來(lái)的是“波谷波谷”時(shí)，另一條傳時(shí)，另一條傳來(lái)的也一定是來(lái)的也一定是“波谷波谷”，在在PnPn點(diǎn)總是點(diǎn)總

11、是“波峰波峰”與與“波峰波峰”相遇或相遇或“波谷波谷”與與“波谷波谷”相遇，相遇，“振振幅幅”A AA A1 1+A+A2 2為最大，為最大，PnPn點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋。方，故出現(xiàn)亮紋。Q1 第一暗紋Q1 當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是“波峰波峰”，另一條傳來(lái)的就是另一條傳來(lái)的就是“波谷波谷”，其，其中一條光傳來(lái)的是中一條光傳來(lái)的是“波谷波谷”，另，另一條傳來(lái)的一定是一條傳來(lái)的一定是“波峰波峰”，Q Q1 1點(diǎn)總是點(diǎn)總是“波峰波峰”與與“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”最小，最小，Q Q1 1點(diǎn)總是點(diǎn)總是“振動(dòng)振動(dòng)”減弱的地方，故出現(xiàn)暗紋。減弱的地方

12、，故出現(xiàn)暗紋。/2S1S2/2雙縫S1S2屏幕P 中央亮紋暗條紋形成的原因暗條紋形成的原因取取P點(diǎn)上方的點(diǎn)點(diǎn)上方的點(diǎn)Q1，與兩個(gè)狹縫，與兩個(gè)狹縫S1、S2路程差路程差= S1S2/2Q2 第二暗紋雙縫S1S2屏幕3/2Q1 第一暗紋P 中央亮紋取取P點(diǎn)上方的點(diǎn)點(diǎn)上方的點(diǎn)Q2，與，與兩個(gè)狹縫兩個(gè)狹縫S1、S2路程差路程差= S1S23/2當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是當(dāng)其中一條光傳來(lái)的是“波峰波峰”，另一條傳來(lái)的，另一條傳來(lái)的就是就是“波谷波谷”，其中一條，其中一條光傳來(lái)的是光傳來(lái)的是“波谷波谷”，另，另一條傳來(lái)的一定是一條傳來(lái)的一定是“波波峰峰”，Q Q2 2點(diǎn)總是點(diǎn)總是“波峰波峰”與與“波谷波谷”相遇

13、，相遇，“振幅振幅”最小，最小，Q Q2 2點(diǎn)總是振動(dòng)減弱點(diǎn)總是振動(dòng)減弱的地方，故出現(xiàn)暗紋。的地方，故出現(xiàn)暗紋。雙縫S1S2屏幕Q2 第二暗紋Q 1 第一暗紋Q3 第三暗紋Q3 / 第三暗紋Q2 / 第二暗紋Q1 / 第一暗紋=5/2=/2=3/2=5/2=3/2=/2當(dāng)光程差= 半波長(zhǎng)的奇數(shù)時(shí)出現(xiàn)暗紋（1 1）空間的某點(diǎn)距離光源空間的某點(diǎn)距離光源S S1 1和和S S2 2的路程差為的路程差為0 0、1 1 、2 2 、3 3 、等波長(zhǎng)的整數(shù)倍（、等波長(zhǎng)的整數(shù)倍（半波半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍長(zhǎng)的偶數(shù)倍）時(shí)，該點(diǎn)為振動(dòng)）時(shí)，該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)加強(qiáng)點(diǎn)點(diǎn)。 （2 2）空間的某點(diǎn)距離光源）空間的某點(diǎn)距離光源S S

14、1 1和和S S2 2的路程差為的路程差為 /2 /2、3 /23 /2、5/25/2、等、等半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，時(shí)，該點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。該點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。暗紋干涉條紋的間距干涉條紋的間距1 1、什么是干涉條紋的間距、什么是干涉條紋的間距( (條紋寬度條紋寬度)?)?xx 條紋間距的含義：亮紋和亮紋條紋間距的含義：亮紋和亮紋之間的距離或暗紋和暗紋之間的距之間的距離或暗紋和暗紋之間的距離叫做條紋間距。離叫做條紋間距。 我們所說(shuō)的亮紋是指最亮的地方，我們所說(shuō)的亮紋是指最亮的地方，暗紋是最暗的地方，從最亮到最暗暗紋是最暗的地方，從最亮到最暗有一個(gè)過(guò)渡，條紋間距實(shí)際上是最有一個(gè)過(guò)渡，條紋間距

15、實(shí)際上是最亮和最亮或最暗和最暗之間的距離。亮和最亮或最暗和最暗之間的距離。 d d、不變，只改變屏不變，只改變屏與縫之間的距離與縫之間的距離L L，L L越大，越大，條紋間距越大條紋間距越大 L L、不變，只改不變，只改變雙縫距離變雙縫距離d d，d d越小，越小，條紋間距越大條紋間距越大2 2、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)? ? 保持保持L L、d d不變，用不同的單色光進(jìn)行不變，用不同的單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)紅光的條紋間距最大，紫光的最小。實(shí)驗(yàn)紅光的條紋間距最大，紫光的最小。 與光的波與光的波長(zhǎng)長(zhǎng) 有關(guān)有關(guān)亮（暗）紋間距的公式亮（暗）紋間距的公式波長(zhǎng)和頻率的乘積等于波

16、速波長(zhǎng)和頻率的乘積等于波速不同色的光在真空中不同色的光在真空中的傳播速度相同。所以：的傳播速度相同。所以：波長(zhǎng)和頻率波長(zhǎng)和頻率 波長(zhǎng)越長(zhǎng)頻率越小，波長(zhǎng)越短頻率越大。波長(zhǎng)越長(zhǎng)頻率越小，波長(zhǎng)越短頻率越大。Lxd白光的干涉圖樣是什么樣的？白光的干涉圖樣是什么樣的？明暗相間的彩色條紋；明暗相間的彩色條紋；中央為白色亮條紋；中央為白色亮條紋；干涉條紋是以中央亮紋為對(duì)稱點(diǎn)排列的；干涉條紋是以中央亮紋為對(duì)稱點(diǎn)排列的；在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。 嘗試解釋出現(xiàn)這樣的圖樣的原因嘗試解釋出現(xiàn)這樣的圖樣的原因二、薄膜干涉二、薄膜干涉形成干涉圖樣的原因是：形

17、成干涉圖樣的原因是：重力作用下，薄膜的厚度隨高重力作用下，薄膜的厚度隨高度變化，當(dāng)入射光射到肥皂泡度變化，當(dāng)入射光射到肥皂泡液薄膜上時(shí)，由液膜前的兩個(gè)液薄膜上時(shí)，由液膜前的兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光是相干表面反射回來(lái)的兩列光是相干光，相互疊加產(chǎn)生干涉。光，相互疊加產(chǎn)生干涉。三、薄膜干涉三、薄膜干涉4.4.像上出現(xiàn)明暗相間的黃色條紋像上出現(xiàn)明暗相間的黃色條紋5.5.隨著時(shí)間的推移，條紋間距越來(lái)大。隨著時(shí)間的推移，條紋間距越來(lái)大。1、點(diǎn)燃酒精燈，并在酒精燈火焰里灑一些食鹽，發(fā)出黃光。、點(diǎn)燃酒精燈，并在酒精燈火焰里灑一些食鹽，發(fā)出黃光。3、在火焰的同側(cè)觀察火焰的反射像。、在火焰的同側(cè)觀察火焰的反射像。

18、2、用金屬環(huán)在肥皂液中浸一下，制成肥皂薄膜。、用金屬環(huán)在肥皂液中浸一下，制成肥皂薄膜。 由于重力的作用，肥皂薄膜將形由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上薄下厚的楔形。成上薄下厚的楔形。 光從薄膜的前后兩個(gè)光從薄膜的前后兩個(gè)表面反射出來(lái)兩個(gè)光波，表面反射出來(lái)兩個(gè)光波，這兩列光波的頻率相同，這兩列光波的頻率相同，產(chǎn)生干涉。產(chǎn)生干涉?，F(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋前表面前表面后表面后表面 光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，形成黃色的亮條紋。形成黃色的亮條紋。 光程差為半波長(zhǎng)的奇光程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，形成暗條紋。數(shù)倍，形成暗條紋。現(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋在重力的作用下，薄膜隨著時(shí)間越來(lái)越薄。在重力的作用下，薄膜隨著時(shí)間越來(lái)越薄?，F(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋四、光的干涉在技術(shù)上的應(yīng)用四、光的干涉在技術(shù)上的應(yīng)用楔性空氣薄層思考：若墊高樣板的墊子厚度變化，干涉圖樣如何變化？思考：若墊高樣板的墊子厚度變化，干涉圖樣如何變化？22234d牛頓環(huán)牛頓環(huán)壓緊兩塊小玻璃片可看到彩色環(huán)壓緊兩塊小玻璃片可看到彩色環(huán)BD例例2在下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中，正確的在下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中，正確的是是:( )A、將雙縫間距變小，則干涉條紋寬度增大；、將雙縫間距變小，則干涉條紋寬