廣西專版新教材高中物理第4章光3光的干涉課件新人教版選擇性必修第一冊(cè)

1、3光的干涉課前基礎(chǔ)認(rèn)知課堂重難突破素養(yǎng)目標(biāo)定位隨 堂 訓(xùn) 練素養(yǎng)目標(biāo)定位目 標(biāo) 素 養(yǎng)1.了解楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,形成正確的物理觀念。2.了解相干光源的概念及產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件,形成正確的物理觀念。3.能闡述干涉現(xiàn)象的成因及明暗條紋的位置和特點(diǎn),培養(yǎng)科學(xué)思維能力。4.知道干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系。5.理解薄膜干涉中的色散現(xiàn)象,并了解薄膜干涉的應(yīng)用,培養(yǎng)分析解決實(shí)際問題的能力。知 識(shí) 概 覽課前基礎(chǔ)認(rèn)知一、光的雙縫干涉1.物理史實(shí):1801年,英國物理學(xué)家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象,用實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了光的波動(dòng)性。2.雙縫干涉:讓一束平行的單色光束垂直照射到一個(gè)有兩條狹縫S1

2、和S2的擋板上,兩狹縫相距很近,兩狹縫就成了兩個(gè)波源,它們的頻率、相位和振動(dòng)方向總是相同的。兩個(gè)光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加發(fā)生干涉,在屏上得到明暗相間的條紋。光的干涉現(xiàn)象表明光是一種波。3.出現(xiàn)亮、暗條紋的條件:S1和S2相當(dāng)于兩個(gè)相干波源。(1)當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于波長的整數(shù)倍時(shí),兩列光波在這點(diǎn)相互加強(qiáng),出現(xiàn)亮條紋。(2)當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長 的奇數(shù)倍時(shí),兩列光波在這點(diǎn)相互減弱,出現(xiàn)暗條紋。微判斷1 1.若用白光作光源,干涉條紋是明暗相間的條紋。()2.若用單色光作光源,干涉條紋是明暗相間的條紋。()3.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中單縫屏的作用是為了獲得一個(gè)線

3、光源。()4.兩只手電筒射出的光束在空間相遇,能觀察到光的干涉現(xiàn)象。()微訓(xùn)練1以下光源可以作為相干光源的是()A.兩個(gè)相同亮度的燭焰B.兩個(gè)相同規(guī)格的燈泡C.雙絲燈泡D.出自一個(gè)光源的兩束光答案:D解析:相干光的條件是頻率相同、相位差恒定和振動(dòng)方向相同。二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系干涉條紋和波長之間的關(guān)系:相鄰兩條亮條紋或者暗條紋的中心間距是_,其中d為雙縫的寬度,l為雙縫到屏的距離,為單色光的波長。微思考影響相鄰兩條亮條紋或者暗條紋的中心間距的因素有哪些?提示:雙縫的寬度越窄,雙縫到屏的距離越大,單色光的波長越長,相鄰兩條亮條紋或者暗條紋的中心間距越大。三、薄膜干涉1.薄膜干涉的原理:

4、光照在厚度不同的薄膜上時(shí),在薄膜的不同位置,前后兩個(gè)面的反射光的路程差不同。在某些位置,這兩列波疊加后相互加強(qiáng),于是出現(xiàn)亮條紋;在另一些位置,兩列波疊加后相互削弱,于是出現(xiàn)暗條紋。2.薄膜干涉在技術(shù)上的應(yīng)用:可以在光學(xué)元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜,增加光的透射或者反射,還可以利用薄膜干涉的原理對(duì)鏡面或其他精密的光學(xué)平面的平滑度進(jìn)行檢測(cè)。微判斷2 1.只有厚度不均勻的楔形薄膜,才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。()2.觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí),觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè)。()微訓(xùn)練2下圖是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置,所用單色光為普通光加濾光片產(chǎn)生的,檢查中所觀察到的條紋是由下列哪兩個(gè)表面

5、反射的光線疊加而成的()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的上表面D.a的下表面和b的下表面答案:C解析:a是樣本,b是被檢查的平面,而形成干涉的兩束反射光是a、b間的空氣薄層與玻璃的分界面反射的,所以選項(xiàng)C正確。課堂重難突破一 對(duì)光的雙縫干涉的理解重難歸納1.干涉條件。兩列光的頻率相同,振動(dòng)方向相同且相位差恒定。能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波,兩個(gè)光源稱為相干光源,相干光源通常可用同一束光分成兩列而獲得,稱為分光法。2.雙縫干涉的裝置示意圖。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,有光源、單縫、雙縫和光屏。3.單縫屏的作用。獲得一個(gè)線光源,使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況,如果用激光

6、直接照射雙縫,可省去單縫屏。托馬斯楊那時(shí)沒有激光,因此他用強(qiáng)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。4.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(dòng)情況完全一致的相干光。5.屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件。(1)亮條紋的條件:屏上某點(diǎn)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l=|lPS1-lPS2|=k=2k (k=0,1,2,3,)。(2)暗條紋的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍。即l=|lPS1-lPS2|=(2k-1) (k=1,2,3,)。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,以白光為光

7、源,在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋,若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光),已知紅光與綠光頻率、波長均不相等,這時(shí)在屏上可看到什么現(xiàn)象?提示:兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等,分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后,紅光和綠光頻率不等,不能發(fā)生干涉,因此屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋,但屏上仍有亮光。典例剖析右圖為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,當(dāng)使用波長為610-7 m的橙色光做實(shí)驗(yàn)時(shí),光屏P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋。若使用波長為410-7 m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),在P和P1點(diǎn)形成的亮、暗條紋的情況是()A.P和P1都是亮條紋B.P是亮條紋,P1是暗條紋C

8、.P是暗條紋,P1是亮條紋D.P和P1都是暗條紋答案:B因?yàn)橛贸裙鈺r(shí)P1與P點(diǎn)有相鄰的亮條紋,所以n=1,用紫光時(shí)P1點(diǎn)是暗條紋。對(duì)P點(diǎn),因?yàn)閞=0,所以仍是亮條紋,選項(xiàng)B正確。規(guī)律總結(jié)雙縫干涉中亮條紋或暗條紋的判斷方法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)的路程差與波長的比值。2.路程差等于波長的整數(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。學(xué)以致用在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,光屏上某點(diǎn)P到雙縫S1、S2的路程差為7.510-7 m,如果用頻率為6.01014 Hz的單色光照射雙縫,則()A.單色光的波長是210-7 m,P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋B.單色光的波長是210-7 m,P點(diǎn)

9、出現(xiàn)亮條紋C.單色光的波長是510-7 m,P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋D.單色光的波長是510-7 m,P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋答案:C二 干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系重難歸納1.相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離x與入射光波長之間的定量關(guān)系推導(dǎo)。如圖所示,雙縫間距為d,雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0。對(duì)屏上與P0距離為x的一點(diǎn)P,兩縫與P的距離分別為r1、r2。在線段PS2上取一點(diǎn)M,使PM的長度為r1,則S2M的長度為r2-r1,因dl,三角形S1S2M可看作直角三角形,有r2-r1=dsin (令S2S1M=)。2.單色光的干涉圖樣。若用單色光作光源,則干涉條紋是明暗相間的條紋,且

10、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。3.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。(1)從雙縫射出的兩列光波中,各種色光都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,即紅光的亮紋間寬度最大,紫光亮紋間寬度最小,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。用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),彩紋的特點(diǎn)如何?提示:用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),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(qiáng),混合成白色

11、,但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色,而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅。典例剖析如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),用綠光照射單縫S時(shí),在光屏P上觀察到干涉條紋,要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣,可以()A.增大S1與S2的間距B.減小雙縫屏到光屏的距離C.將綠光換為紅光D.將綠光換為紫光答案:C解析:雙縫干涉的條紋間距公式為 ,增大S1與S2的間距就是增大d,所以條紋間距變小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;減小雙縫屏到光屏的距離就是減小l,條紋間距變小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;紅光波長比綠光波長長,紫光波長比綠光波長短,所以將綠光換為紅光,條紋間距增大,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。規(guī)律總結(jié)1.白光可以分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種色光,從紅光到紫

12、光波長由大到小。2.在其他條件相同時(shí),波長越大,干涉條紋的間距越大。學(xué)以致用1.(多選)用a、b兩種單色光分別照射同一雙縫干涉裝置,在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖所示的干涉圖樣,其中圖甲是a光照射形成的,圖乙是b光照射形成的。則關(guān)于a、b兩束單色光,下述說法正確的是()A.a光的頻率比b光的大B.在水中a光傳播的速度比b光的大C.水對(duì)a光的折射率比對(duì)b光的大D.b光的波長比a光的短答案:AC解析:從題圖中可以看出,a光的條紋間距小,說明a光的波長小,頻率大,故選項(xiàng)A正確,D錯(cuò)誤。水對(duì)頻率低的單色光的折射率小,即水對(duì)b光的折射率小,選項(xiàng)C正確。折射率小的光在水中的傳播速度大,即b光在水中的傳播速

13、度大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。2.如圖所示,由波長為1和2的單色光組成的一束復(fù)色光,經(jīng)半反半透鏡后分成透射光和反射光。透射光經(jīng)擴(kuò)束器后垂直照射到雙縫上并在屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置,P1和P2分別是波長為1和2的光形成的距離O點(diǎn)最近的亮條紋中心位置。反射光入射到三棱鏡一側(cè)面上,從另一側(cè)面M和N位置出射,則()A.12,M是波長為1的光的出射位置B.12,M是波長為1的光的出射位置D.12,N是波長為1的光的出射位置答案:D解析:雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中相鄰兩亮紋之間的距離 ,由題圖可得x1x2,故12,故A、B錯(cuò)誤;光的波長越長,頻率越小,在同一分界面上折射后的偏折程度越小,故M是波長為2的

14、光的出射位置,N是波長為1的光的出射位置,故C錯(cuò)誤,D正確。三 薄膜干涉重難歸納1.豎放肥皂膜干涉現(xiàn)象。(1)白光照射圖樣是彩色的:豎直放置的肥皂液膜,因重力的作用,上面薄、下面厚,由于不同顏色的光波長不同,從前后兩個(gè)表面反射的光,在不同的位置被加強(qiáng),換句話說,不同顏色的光對(duì)應(yīng)亮條紋的位置不同,不能完全重合,因此看起來是彩色的。(2)條紋是水平方向的:因?yàn)樵谕凰礁叨忍?薄膜的厚度相同,從前后兩表面的反射光的路程差均相同,如果此時(shí)兩反射光互相加強(qiáng),則此高度水平方向各處均加強(qiáng),因此,明暗相間的干涉條紋應(yīng)為水平方向。2.用干涉法檢查平面平整度。如圖甲所示,兩板之間形成一層空氣膜,用單色光從上向下

15、照射,如果被檢測(cè)平面是光滑的,得到的干涉圖樣必是等間距的。如果被測(cè)表面某處凹下,則對(duì)應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn),如圖乙中P條紋所示;如果某處凸起來,則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn),如圖乙中Q所示。(注:“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上,而是指由左到右的位置順序上)3.增透膜。為了減少光學(xué)裝置中的反射光的損失,可在元件表面涂一層透明薄膜,一般是氟化鎂。如圖所示,在增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波,相互疊加,當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí),在兩個(gè)表面反射的光產(chǎn)生相消干涉,反射光的能量幾乎等于零。一般取最小厚度d滿足 (此波長為光在該種介質(zhì)中的波長),由于白光中含有多種波長的光,所以增透膜只能使其中一定波

16、長的光相消。因?yàn)槿藢?duì)綠光最敏感,一般選擇對(duì)綠光起增透作用的膜,所以在反射光中綠光幾乎沒有,而其他波長的光并沒有完全抵消,所以增透膜呈現(xiàn)淡紫色。增透膜是怎樣增加透射光的?提示:兩束反射光相互抵消,反射光的能量減少,由于總的能量是守恒的,反射光的能量被削弱了,透射光的能量就必然得到增強(qiáng)。增透膜是通過“消反”來確?！霸鐾浮钡?。典例剖析下圖為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,P是附有肥皂膜的鐵絲圈,S是一點(diǎn)燃的酒精燈。往火焰上灑些鹽后,在圖示的情況下()A.從肥皂薄膜的右面觀察時(shí),在薄膜上可看到黃黑相間水平條紋B.從肥皂薄膜的右面觀察時(shí),在薄膜上可看到黃黑相間豎直條紋C.從肥皂薄膜的左面觀察時(shí),在薄膜上可

17、看到黃黑相間水平條紋D.從肥皂薄膜的左面觀察時(shí),在薄膜上可看到黃黑相間豎直條紋答案:A解析:肥皂薄膜前后表面的反射光在前表面發(fā)生疊加,所以在薄膜的右側(cè)出現(xiàn)條紋,則應(yīng)該從肥皂薄膜的右面觀察。路程差(膜的厚度的兩倍)是半波長的偶數(shù)倍時(shí),振動(dòng)加強(qiáng),為亮條紋;路程差是半波長的奇數(shù)倍時(shí),振動(dòng)減弱,為暗條紋。所以出現(xiàn)亮條紋時(shí),膜的厚度相同,則條紋水平排列。故選項(xiàng)A正確。規(guī)律總結(jié)1.薄膜干涉是通過膜前后表面的反射取得相干光的。2.薄膜厚度不同,光程差不同,從而形成了干涉條紋。學(xué)以致用(多選)如圖甲所示,用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來檢查被檢體N的上表面的平直情況,觀察到的現(xiàn)象如圖乙所示,條紋中的P和Q的情況說明

18、()A.N的上表面A處向上凸起B(yǎng).N的上表面B處向上凸起C.N的上表面A處向下凹陷D.N的上表面B處向下凹陷答案:BC解析:P處所在的條紋是同一條紋,若為直線,則說明該處為同一水平線,線上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空氣層厚度都相同,但實(shí)際上P處條紋向左彎曲,意味著后一級(jí)條紋提前出現(xiàn),可見P處對(duì)應(yīng)的檢測(cè)平板上的A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空氣層厚度與后一級(jí)條紋對(duì)應(yīng)的空氣層厚度相同,而后一級(jí)條紋本來對(duì)應(yīng)的空氣層厚度比前一級(jí)大,可見A處向下凹陷,才能實(shí)現(xiàn)該處空氣層厚度與下一級(jí)條紋對(duì)應(yīng)的空氣層厚度一樣,故選項(xiàng)C符合題意,A不符合題意。薄膜干涉是等厚干涉,即同一條明紋處空氣膜的厚度相同;從彎曲的條紋可知,Q點(diǎn)應(yīng)該在同一條紋上,厚度相同

19、,但現(xiàn)在推遲出現(xiàn)條紋,故知Q處空氣薄膜凹陷,即N的上表面B處向上凸起,故選項(xiàng)B符合題意,D不符合題意。隨 堂 訓(xùn) 練1.在光的雙縫干涉現(xiàn)象里,下列描述正確的是()A.用白光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),偏離中央亮條紋最遠(yuǎn)的是波長較長的紅光B.用白光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),偏離中央亮條紋最遠(yuǎn)的是波長較短的紫光C.相鄰兩亮條紋或相鄰兩暗條紋的間距是不等的D.在雙縫干涉現(xiàn)象里,把入射光由紅光換成紫光,相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變寬答案:A解析:條紋間距與光的波長成正比,在可見光中,紅光波長最長,紫光波長最短,故偏離中央亮條紋最遠(yuǎn)的是紅光,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋或兩暗條紋是等間距的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。紅光

20、的波長比紫光的波長長,所以換成紫光后,相鄰兩亮條紋間距將變窄,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.(多選)一束平行光照射在雙縫上,在縫后屏上得到干涉條紋,下列判斷正確的是()A.改變雙縫到屏的距離,條紋間距不變B.入射光波長變短,光的強(qiáng)弱不變,條紋間距不變C.入射光頻率變化時(shí)條紋間距跟著變化D.在水里做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),同樣條件下的條紋間距會(huì)變小答案:CD解析:根據(jù)公式 ,可知改變雙縫到屏的距離,即l改變,則條紋間距改變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。根據(jù)公式可知入射光波長變短,條紋間距減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。入射光頻率變化,則入射光波長發(fā)生變化,則間距變化,選項(xiàng)C正確。在水里,入射光波長比在空氣中的波長小,所以條紋間距變小,選項(xiàng)D正確。3.用一單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),測(cè)得雙縫間的距離為0.1 cm,雙縫擋板與像屏間的距離為200 cm,第1條亮線中心與第6條亮線中心間的距離為0.5 cm。則該單色光的波長為()A.110-6 mB.2.510-6 mC.110-7 mD.510-7 m答案:D4.(多選)把一平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃