4.4+光的干涉+課件-【知識精講精研】高二上學(xué)期物理粵教版（2019）選擇性必修第一冊

第四章光及其應(yīng)用粵教版選擇性必修一第四節(jié)光的干涉新課導(dǎo)入這些彩色條紋或圖樣是怎樣形成的？肥皂泡看起來常常是彩色的雨后公路積水，上面漂浮的油膜也經(jīng)常顯現(xiàn)出彩色條紋或圖樣牛頓微粒說光的本性學(xué)說的發(fā)展史惠更斯波動說干涉現(xiàn)象是波動獨有的特征，如果光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象知識回顧機(jī)械波的干涉2、產(chǎn)生干涉的條件１、解釋干涉現(xiàn)象3、重疊區(qū)內(nèi)一質(zhì)點振動是加強(qiáng)還是減弱，取決于什么？水波的干涉知識回顧機(jī)械波的干涉水波的干涉兩列頻率相同,振動方向相同,相位差恒定的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動始終加強(qiáng)(波峰與波峰、波谷與波谷疊加)，某些區(qū)域的振動始終減弱(波峰與波谷疊加)，并且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域相互間隔這種現(xiàn)象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。干涉現(xiàn)象是波動獨有的特征，如果光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象思考1：光要發(fā)生干涉現(xiàn)象需要滿足什么條件？思考2：有沒有什么方法可以獲得相干光—頻率相同的光呢？相干光源（頻率和振動情況一致）一、光的雙縫干涉現(xiàn)象一、光的雙縫干涉現(xiàn)象天才的設(shè)想光束單縫雙縫紅濾色片

(激光)屏幕s0s1s2托馬斯·楊楊氏雙縫實驗被評為十大最美麗實驗之一。巧妙解決了相干光問題一、光的雙縫干涉現(xiàn)象1、裝置特點：1）雙縫到單縫的距離相等2）雙縫很近d=0.1mm2、單縫作用：獲得線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況．3、雙縫作用：獲得兩個頻率相同、振動情況完全相同的光源，叫相干光源一、光的雙縫干涉現(xiàn)象單縫雙縫S1SS2屏楊氏雙縫干涉實驗證明了光是一種波1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊在實驗室里成功的觀察到光的干涉一、光的雙縫干涉現(xiàn)象等間距4、雙縫干涉圖樣特點：中央亮條紋明暗相間單縫雙縫S1SS2屏二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋1.干涉圖樣的特點:S1S2雙縫屏幕P0

中央亮紋由于S1S2到中央亮紋的距離是相等的,又由于從S1S2發(fā)出的光是振動情況完全相同，那么，當(dāng)其中一條光線傳來的是波峰時，另一條傳來的也一定是波峰，其中一條光線傳來的是波谷時，另一條傳來的也一定是波谷，在P0點總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A＝A1+A2為最大，P點總是振動加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋。光程差δ=S2P0－S1P0=0S1S2P0二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋第一條亮紋的形成原因分析光程差δ=S2P1－S1P1=λP1

第一亮紋雙縫S1S2屏幕S1S2P1

λλδ=λ取P0點上方的點P1，若從S1S2發(fā)出的光到P1點的光程差，正好等于一個波長δ=S2P1－S1P1=λ，則當(dāng)其中一條光線傳來的是波峰時，另一條傳來的也一定是波峰，其中一條光傳來的是波谷時，另一條傳來的也一定是波谷，在P1點總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A＝A1+A2為最大，P1點總是振動加強(qiáng)的地方，故出現(xiàn)亮紋。二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋P2

第二亮紋2λ第二條亮紋的形成原因分析光程差δ=S2P2－S1P2=2λ雙縫S1S2屏幕二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋δ=λP0

中央亮紋δ=0P2第二亮紋δ=2λP3第三亮紋δ=3λ當(dāng)光程差δ=kλ

時出現(xiàn)亮紋以此類推光程差δ=S2Pk－S1Pk=kλP3/

第三亮紋δ=-3λP2/

第二亮紋δ=-2λP1/

第一亮紋δ=-λ二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋當(dāng)其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的就是波谷，其中一條光傳來的是波谷，另一條傳來的一定是波峰，Q1點總是波峰與波谷相遇，振幅最小，Q1點總是振動減弱的地方，故出現(xiàn)暗紋。2.暗條紋形成的原因取P0點上方的點Q1，與兩個狹縫S1、S2光程差δ=S1Q1－S2Q1＝λ/2Q1

第一暗紋

雙縫S1S2屏幕光程差δ=S2Q1－S1Q1=??/??二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋取P0點上方的點Q2，與兩個狹縫S1、S2光程差δ=S1－S2＝3λ/2當(dāng)其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的就是波谷，其中一條光線傳來的是波谷，另一條傳來的一定是波峰，Q2點總是波峰與波谷相遇，振幅最小，Q2點總是振動減弱的地方，故出現(xiàn)暗紋。Q1

第一暗紋

雙縫S1S2屏幕Q2

第二暗紋光程差δ=S2Q1－S1Q1=3??/??二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋雙縫S1S2屏幕Q1第一暗紋δ=λ/2Q2第二暗紋δ=3λ/2Q3/

第三暗紋δ=-5λ/2Q3第三暗紋δ=5λ/2Q2/

第二暗紋δ=-3λ/2Q1/

第一暗紋δ=-λ/2當(dāng)光程差δ=(2k+1)λ/2，即半波長奇數(shù)倍時，出現(xiàn)暗紋。以此類推光程差δ=S2Qk－S1Qk=(2k+1)λ/2二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋中央亮條紋明暗相間二、對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋（1）空間的某點距離光源S1和S2的光程差為0、λ、2λ、3λ等波長的整數(shù)倍（半波長的偶數(shù)倍）時，該點為振動加強(qiáng)點。

（2）空間的某點距離光源S1和S2的光程差為λ/2、3λ/2、5λ/2等半波長的奇數(shù)倍時，該點為振動減弱點。3.總結(jié)規(guī)律光程差δ=kλ（k=0，±1，±2，……）光程差δ=（2k+1)λ/2

(k=0，±1，±2，……）暗紋產(chǎn)生明、暗條紋的條件亮紋：光程差δ=kλ（k=0，±1，±2，

……）暗紋：光程差δ=（2k+1)λ/2(k=0，

±

1，

±

2，……）亮紋空氣真空三、干涉條紋與光的波長之間的關(guān)系雙縫S1S2屏幕

條紋間距的含義：相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)中心之間的距離叫作條紋間距.影響因素：雙縫到屏的距離、雙縫間的距離、入射光的波長光的雙縫干涉實驗中，條紋間距的含義是什么？它可能與哪些因素有關(guān)？三、干涉條紋與光的波長之間的關(guān)系θ公式推導(dǎo)d：雙縫間距l(xiāng)：擋板到屏的距離

單色光波長：λ擋板屏

d：雙縫間距l(xiāng)：擋板到屏的距離在線段P1S2上作P1M＝P1

S1由幾何知識得r2－r1＝dsinθ

①x＝ltanθ≈lsinθ②消去sinθ

d?l

條紋間距的公式推導(dǎo)

相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是：

三、干涉條紋與光的波長之間的關(guān)系1.由數(shù)學(xué)知識可得條紋間距公式為

，其中l(wèi)為雙縫到屏的距離，d為雙縫間的距離，λ為入射光的波長.2.單色光的干涉圖樣：干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋.紅光干涉條紋藍(lán)光干涉條紋

單色光波長：λ擋板屏

d：雙縫間距l(xiāng)：擋板到屏的距離三、干涉條紋與光的波長之間的關(guān)系

紅光干涉條紋紫光干涉條紋藍(lán)光干涉條紋最大最小

λ增大三、干涉條紋與光的波長之間的關(guān)系如果用白光做雙縫干涉實驗，會得到怎樣的干涉條紋？為什么？（1）明暗相間的彩色條紋；（2）中央為白色亮條紋；（3）干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；（4）在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。條紋間距與光波的波長成正比紅光條紋間距最大，紫光條紋間距最小課堂練習(xí)1．如圖所示，用頻率為f的單色光（激光）垂直照射雙縫，在光屏的P點出現(xiàn)第2條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1－r2|應(yīng)為（）B課堂練習(xí)2．如圖是楊氏雙縫干涉實驗示意圖，其中S1、S2為雙縫，D為光屏，實驗中觀察到屏上O點為中央亮紋的中心，P1為第一級亮紋的中心，若將雙縫間的距離變小，其他條件不變，則（）A．屏上干涉條紋的間距將變小B．屏上O點仍然為中央亮條紋的中心C．屏上P1位置仍然可能為亮條紋的中心D．屏上P1位置可能為暗條紋的中心BD四、薄膜干涉觀察到燈焰的像出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋。該條紋是由液膜前后兩個面反射的光相互疊加發(fā)生干涉形成的。在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜。把這層液膜當(dāng)作一個平面鏡，用它觀察燈焰的像。這個像與直接看到的燈焰有什么不同？請解析看到的現(xiàn)象。四、薄膜干涉四、薄膜干涉2.現(xiàn)象解釋由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上薄下厚的楔形。光從薄膜的前后兩個表面反射出來兩列光波，這兩列光波的頻率相同，產(chǎn)生干涉。前表面后表面四、薄膜干涉光程差為波長的整數(shù)倍，形成亮條紋。光程差為半波長的奇數(shù)倍，形成暗條紋。白光照射時是彩色條紋四、薄膜干涉薄膜干涉的應(yīng)用（一）——檢查表面的平整程度利用薄膜干涉檢查平面的平整度：如圖甲所示，在利用薄膜干涉檢查平面的平整度時，在被檢查平面與透明樣板間墊一個薄片，使其間形成一個楔形的空氣薄層。樣板下表面工件上表面空氣薄膜注：薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當(dāng)于一張紙片的厚度四、薄膜干涉薄膜干涉的應(yīng)用（一）——檢查表面的平整程度當(dāng)用單色光從上面照射時，入射光從空氣層的上、下表面反射出兩列光波，于是從反射光中看到干涉條紋。如果被測表面是平整的，得到的干涉圖樣必是一組

的直線；如果觀察到的干涉條紋不平行，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。平行被測表面有凹下，亮條紋提前出現(xiàn)被測表面有凸起，亮條紋延后出現(xiàn)練習(xí)與應(yīng)用劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜，當(dāng)光從上方入射后，從上往下看到的干涉條紋有如下特點：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定。

現(xiàn)若在如圖所示裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光入射到劈形空氣薄膜后，從上往下可以觀察到干涉條紋發(fā)生了怎樣的變化？3面4面1面2面d1d2lθθ兩處光程差為

1=2d1，

2=2d2

2－

1=，所以d2－d1=/2由幾何關(guān)系可得即結(jié)論：當(dāng)抽去一張紙片時，θ減小，

l增大，即條紋變稀疏。亮紋1亮紋23面4面1面2面四、薄膜干涉薄膜干涉的應(yīng)用（二）——鏡頭鍍膜

四、薄膜干涉薄膜干涉的應(yīng)用（二）——鏡頭鍍膜鏡頭鍍膜：在透鏡表面涂上一層薄膜，薄膜的前后表面反射的兩列光波形成相干光源，相互疊加，(增透膜)：當(dāng)光程差為半波長的奇數(shù)倍時，在兩個表面反射的光相互抵消，反射光的能量幾乎為零，透射光增強(qiáng)；(增反膜)：當(dāng)光程差為半波長的偶數(shù)倍時，在兩個表面反射的光相互增強(qiáng)，反射光的能量增強(qiáng)，透射光減弱。增透膜的厚度四、薄膜干涉薄膜干涉的應(yīng)用（二）——鏡頭鍍膜思考

①若增透膜的厚度為d，光在該種介質(zhì)中的波長為λ，那么d和λ應(yīng)滿足什么關(guān)系？②若增反膜的厚度為d，光在該種介質(zhì)中的波長為λ，那么d和λ應(yīng)滿足什么關(guān)系？四、薄膜干涉薄膜干涉的應(yīng)用（三）——牛頓環(huán)用一個曲率半徑很大的凸透