物理選修3-4課件：13-3光的干涉

知識與技能1．知道光的干涉現(xiàn)象，并知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。2．理解雙縫干涉現(xiàn)象是如何產生的，并能判斷出何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。3．知道什么是相干光源。過程與方法1．通過實驗現(xiàn)象認識光的干涉現(xiàn)象。2．掌握雙縫干涉中波的疊加形成明暗條紋的條件及判斷方法。情感態(tài)度與價值觀1．培養(yǎng)學生實際動手能力。2．鍛煉學生觀察實驗、處理實驗數(shù)據的能力。1.1801年，英國物理學家________成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。楊氏實驗證明，光的確是________。2．雙縫干涉實驗：讓一束________光投射到一個有兩條狹縫的擋板上，狹縫相距很近，這時在擋板后面的屏上就可以觀察到________的條紋。3．當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的________時(即恰好等于波長的________時)，兩列光在這點相互________，這里出現(xiàn)亮條紋；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的________時，兩列光在這點相互________，這里出現(xiàn)暗條紋。答案：1．托馬斯·楊一種波2．單色明暗相間3．偶數(shù)倍整數(shù)倍加強奇數(shù)倍削弱知識點1 楊氏干涉實驗(1)楊氏干涉實驗如圖13－3－1所示，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，狹縫S1和S2相距很近。如果光是一種波，狹縫就成了兩個波源，它們的振動情況總是相同的。這兩個波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加，發(fā)生干涉現(xiàn)象，光在一些位置相互加強，在另一些位置相互削弱，因此在擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋。這就是楊氏干涉實驗。圖13－3－1雙縫干涉實驗示意圖(2)干涉現(xiàn)象若兩列光波在空間傳播時相遇，將在相遇區(qū)域發(fā)生波的疊加，如果在某些區(qū)域加強，而在另一些區(qū)域減弱，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域是相互間隔的，這種現(xiàn)象稱為光的干涉現(xiàn)象。(3)干涉條件：兩列光的頻率相同，振動情況相同且相差恒定。能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波，兩個光源稱為相干光源，相干光源可用同一束光分成兩列而獲得，稱為分光法。注意：一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象的原因：由于不同光源發(fā)出的光頻率一般不同，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差，在一般情況下，很難找到那么小的縫和那些特殊的裝置，形不成相干光源，故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象?！纠?】從兩只手電筒射出的光，當它們照到同一屏上時看不到干涉條紋，這是因為 (

)A．干涉圖樣太細小看不清楚B．手電筒射出的光不是單色光C．周圍環(huán)境的漫反射光太強D．兩個光源是非相干光源【答案】D【解析】兩束光的頻率不同，不滿足干涉條件——相干光源?！舅季S點悟】相干光源是指兩束光的頻率和振動情況完全一樣，在傳播過程中互相疊加，形成干涉條紋。對應練習1．在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，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(

)A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上無任何光亮解析：(兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但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，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但仍有紅光和綠光的衍射圖樣。)答案：C知識點2 決定條紋間距的條件(1)出現(xiàn)明、暗條紋的條件同機械波的干涉一樣，光波的干涉也有加強區(qū)和減弱區(qū)，加強區(qū)照射到光屏上出現(xiàn)亮條紋，減弱區(qū)照射到光屏上就出現(xiàn)暗條紋。對于相差為零的兩列光波如果光屏上某點到兩個波源的路程差是波長的整數(shù)倍，該點是加強點；如果光屏上某點到兩個波源的路程差是半波長的奇數(shù)倍，該點是減弱點。如圖13－3－2所示，S為單縫，S1、S2為雙縫(間距為d)，雙縫到屏的距離為L，O為S1S2垂直平分線與屏的交點，S1、S2到屏上P點的路程分別為r1、r2，兩列光波傳到P的路程差Δr＝|r1－r2|，設光波波長為λ。圖13－3－2【例2】如圖13－3－3所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600nm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點上方的P1點出現(xiàn)第一條亮紋中心(即P1到S1、S2的光程差為一個波長)，現(xiàn)換用波長為400nm的紫光源照射單縫，(

)A．P和P1仍為亮點B．P為亮點，P1為暗點C．P為暗點，P1為亮點

D．P、P1均為暗點圖13－3－3【答案】B【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，因此是亮紋中心，因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點都是中央亮紋中心。而P1點到S1、S2的光程差剛好是橙光的一個波長，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ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400nm的紫光時，|P1S1－P1S2|＝600nm＝3λ紫/2，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點時就相互削弱，因此，出現(xiàn)暗條紋。綜上所述，選項B正確。【思維點悟】判斷屏上某點為亮紋還是暗紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值，要記住光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)倍為暗條紋。還要注意這一結論成立的條件是：兩個光源情況完全相同。對應練習2．如圖13－3－4所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30×10－7m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10－7m，則在這里出現(xiàn)的應是________(選填“明條紋”或“暗條紋”)?，F(xiàn)改用波長為6.30×10－7m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將________(選填“變寬”“變窄”或“不變”)。圖13－3－4答案：暗條紋變寬【例3】雙縫干涉實驗裝置如圖13－3－5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S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色或藍色，討論屏上O點及其上方的干涉條紋的情況是：①O點是紅光的亮條紋；②紅光的第一條亮條紋在P點的上方；③O點不是藍光的亮條紋；④藍光的第一條亮條紋在P點的上方。已知紅光波長大于藍光的波長，據此判斷(

)圖13－3－5A．只有①②正確

B．只有①④正確C．只有②③正確

D．只有③④正確【答案】A【解析】由于O點到雙縫的光程差為零，所以為各種色光的亮條紋，P點由于是綠光的第一亮條紋，紅光的波長大于綠光，條紋間距大于綠光的條紋間距②也正確。邁克爾遜干涉儀的結構和工作原理邁克爾遜干涉儀是利用干涉條紋精確測定長度和長度改變的儀器。它是邁克爾遜在1881年設計成功的。邁克爾遜和莫雷應用該儀器進行了測定以太風的著名實驗。后人根據此種干涉儀研制出各種具有實用價值的干涉儀。如圖13－3－6所示，G2的一面鍍上半透半反膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和精密絲相連，使其可前后移動，最小讀數(shù)為10－4mm，可讀讀到10－5mm，M1和M2后各有幾個小螺絲可調節(jié)其方位。當M2和M′1嚴格平行時，M2移動，表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從中心“吐出”或向中心“消失”。兩平面鏡之間的“空氣間隙”距離增大時，中心就會“吐出”一個個條紋；反之則“吞進”一個個條紋。M2和M′1不嚴格平行時，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，M2移動時，條紋不斷移過視場中某一標記位置。M2平移距離d與條紋移動數(shù)N的關系滿足。圖13－3－6邁克爾遜干涉儀示意圖經M2反射的光三次穿過分光板，而經M1反