第3節(jié)　光的干涉 課件

物理第四章光第3節(jié)光的干涉[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道光的干涉現(xiàn)象和干涉條件，并能從光的干涉現(xiàn)象中說明光是一種波．(重點)2．理解楊氏雙縫干涉實驗亮暗條紋產(chǎn)生的條件．(難點)3．了解薄膜干涉現(xiàn)象，并了解薄膜干涉的應(yīng)用．01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標(biāo)知識點1光的雙縫干涉1．物理史實1801年，英國物理學(xué)家____________成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象．托馬斯·楊2．實驗示意圖如圖所示3．實驗過程如圖，讓一束平行的________投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距______，兩條狹縫就產(chǎn)生兩個光源，它們的振動情況總是________，兩光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相______．4．實驗現(xiàn)象在屏上得到____________的條紋．單色光很近相同的疊加明暗相間5．實驗結(jié)論證明光是一種______．6．現(xiàn)象解釋當(dāng)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)，兩列光在這點相互加強，這里出現(xiàn)________；當(dāng)兩個光源與屏上某點的距離之差等于__________________時，兩列光在這一點____________，這里出現(xiàn)暗條紋．波偶數(shù)倍整數(shù)倍亮條紋半波長的奇數(shù)倍相互削弱[判一判]1．(1)直接用強光照射雙縫，發(fā)生干涉．(

)(2)若用白光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(

)(3)若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(

)××√[想一想](1)兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能否觀察到光的干涉現(xiàn)象？(2)為什么一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象？提示：(1)不能．兩只手電筒射出的光束在空間相遇，不滿足光發(fā)生干涉的條件，不能觀察到光的干涉現(xiàn)象．(2)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．知識點2干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系1．干涉條紋間距和光的波長之間的關(guān)系如圖所示，與兩縫之間的距離d相比，每個狹縫都很窄，寬度可以忽略．兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點為P0，雙縫到屏的距離OP0＝L2．干涉條紋兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的______有關(guān)，波長越大，條紋間距______．波長越大雙縫到屏的距離L條紋間距Δx[判一判]2．(1)當(dāng)兩光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋．(

)(2)波長越長，條紋間距越大．(

)√×知識點3薄膜干涉1．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上時，在薄膜的不同位置，前后兩個面的______光的_____差不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強，于是出現(xiàn)_______；在另一些位置，兩列波相遇后被相互削弱，于是出現(xiàn)_______.2．薄膜干涉條紋用單色光照射得到____________的條紋，用白光照射得到______條紋．反射路程亮條紋暗條紋明暗相間彩色3．薄膜干涉的應(yīng)用(1)用干涉法檢查平面的________．(2)光學(xué)儀器上的________．[判一判]3．(1)水面上的油膜呈現(xiàn)彩色條紋，是油膜表面反射光與入射光疊加的結(jié)果．(

)(2)肥皂泡看起來呈彩色和照相機鏡頭呈淡紫色，都是薄膜干涉現(xiàn)象．(

)平整度增透膜×√1．(楊氏雙縫干涉實驗)(多選)楊氏干涉實驗證明光的確是一種波，一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個光源，它們發(fā)出的光波發(fā)生干涉，產(chǎn)生的干涉圖樣如圖所示，在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實線表示波峰，虛線表示波谷，如果放置光屏，則下列說法正確的是(

)A．A點出現(xiàn)明條紋 B．B點出現(xiàn)明條紋C．C點出現(xiàn)暗條紋 D．C點出現(xiàn)明條紋√√√解析：波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動加強，所以A點與B點出現(xiàn)明條紋，波峰與波谷疊加振動減弱，所以C點出現(xiàn)暗條紋，故A、B、C正確，D錯誤．2.

(雙縫干涉實驗規(guī)律)如圖所示，用單色光做雙縫干涉實驗，P處為第二暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實驗(其他條件不變)時，則同側(cè)第二暗條紋的位置(

)A．仍在P處B．在P點上方C．在P點下方D．要將屏向雙縫方向移近一些才能看到解析：頻率越低，波長越大，在干涉圖樣中相鄰兩暗條紋間的距離越大，故選B.√3．(雙縫干涉的應(yīng)用)瓦斯在隧道施工、煤礦采掘中危害極大，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)舛龋绻恋恼醒隣點變?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．4．(薄膜干涉)關(guān)于薄膜干涉，下列說法中正確的是(

)A．只有厚度均勻的薄膜，才會發(fā)生干涉現(xiàn)象B．只有厚度不均勻的楔形薄膜，才會發(fā)生干涉現(xiàn)象C．厚度均勻的薄膜會形成干涉條紋D．觀察肥皂液薄膜的干涉現(xiàn)象時，觀察者應(yīng)和光源在薄膜的同一側(cè)√解析：當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時，只要前后兩個面反射回來的光波的路程差滿足振動加強的條件，就會出現(xiàn)明條紋，滿足振動減弱的條件就會出現(xiàn)暗條紋，這種情況在薄膜厚度不均勻時才會出現(xiàn)．當(dāng)薄膜厚度均勻時，不會出現(xiàn)干涉條紋，但也發(fā)生干涉現(xiàn)象，如果是單色光照射，若滿足振動加強的條件，整個薄膜前方都是亮的，否則整個薄膜的前方都是暗的，故A、B、C錯誤；觀察薄膜干涉條紋時，是兩列頻率相同的反射光在薄膜上出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此在入射光的同一側(cè)，故D正確．探究一楊氏雙縫干涉實驗1．雙縫干涉的裝置示意圖實驗裝置如圖所示，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．托馬斯·楊那時沒有激光，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、振動情況完全一致的相干光．【例1】雙縫干涉實驗裝置如圖所示，當(dāng)使用波長為6×10－7m的橙色光做實驗時，光屏P點及上方的P1

點形成相鄰的亮條紋．若使用波長為4×10－7m的紫光重復(fù)上述實驗，在P和P1

點形成的亮、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．P是暗條紋，P1

是亮條紋D．P和P1

都是暗條紋√[針對訓(xùn)練1]在雙縫干涉實驗中，光屏上P點到雙縫S1、S2的距離之差Δs1＝0.75μm，光屏上Q點到雙縫S1、S2的距離之差Δs2＝1.5μm，如果用頻率為6.0×1014Hz的黃光照射雙縫，則(

)A．P點出現(xiàn)明條紋，Q點出現(xiàn)暗條紋B．Q點出現(xiàn)明條紋，P點出現(xiàn)暗條紋C．兩點均出現(xiàn)明條紋D．兩點均出現(xiàn)暗條紋√探究二雙縫干涉圖樣的特點【問題導(dǎo)引】

用白光做雙縫干涉實驗，彩紋的特點如何？提示：用白光做雙縫干涉實驗，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?。林醒敫魃舛嫉玫郊訌?，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．1．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．【例2】雙縫干涉實驗如圖所示，用綠光照射單縫S時，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√[針對訓(xùn)練2]

(多選)a光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示，若只將a光換成b光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示．則下述正確的是(

)A．a(chǎn)光的頻率較大

B．b光的頻率較大C．a(chǎn)光的波長較大

D．b光的波長較大√√探究三薄膜干涉及其應(yīng)用【問題導(dǎo)引】1.

很多攝影愛好者在掃描貼在玻璃板表面的底片時常會在掃描后的圖像上看到一圈圈明暗相間的光環(huán)，如圖所示．這就是光的干涉現(xiàn)象——牛頓環(huán)．你知道牛頓環(huán)是怎樣形成的嗎？2．觀察薄膜干涉現(xiàn)象時，要在有光照的一側(cè)觀察還是在無光照的一側(cè)觀察？提示：1.是由光的干涉現(xiàn)象形成的．2．在有光照的一側(cè)，因為薄膜干涉是前后兩個面的反射光發(fā)生的干涉．1．薄膜干涉的成因如圖所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加，若兩列波疊加后互相加強，則出現(xiàn)亮紋；在另一些地方，疊加后互相減弱，則出現(xiàn)暗紋．故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋．2．薄膜干涉的應(yīng)用(1)檢查平面的平整程度如圖所示，被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個楔形的空氣薄膜，用單色光照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋．被檢查平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里空氣膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲．【例3】(多選)如圖甲所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到的圖像的條紋中的P和Q的情況如圖乙所示，這說明(

)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√√[解析]利用光的薄膜干涉來檢查平面的平滑情況，就是由標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被檢查平面間形成一個楔形的空氣薄層，用單色光從上面照射，入射光在空氣層的上、下表面反射形成兩列相干光束．如果被檢測的平面是平的，那么空氣層的厚度相同的各點的干涉條紋在一條直線上．若是被測平面的某處凹下去了，這時干涉條紋就不在一條直線上，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級別的條紋．這是因為凹處的兩束反射光的路程差變大，它只能與膜厚一些位置的兩反射光的路程差相同而形成同一級的條紋(路程差相同的干涉條紋為同一級，一般路程差大的干涉條紋級別高，路程差小的干涉條紋級別低)，顯然凹處的級別增大，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級別的條紋，故C正確．同理，若是被測平面某處凸起來了，則該處的干涉條紋將與膜薄一些位置的干涉條紋形成同一級別的條紋，故B正確．[針對訓(xùn)練3]劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖(a)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)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖(b)所示，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