4.3 光的干涉 課件 高二物理人教版（2019）選擇性必修1

第3節(jié)光的干涉第四章

光肥皂膜看起來(lái)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。這些彩色條紋或圖樣是怎樣形成的?1、觀察光的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)干涉條紋的特點(diǎn)。2、知道光產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件，能闡述干涉現(xiàn)象的成因及明暗條紋的位置和特點(diǎn)。3、理解薄膜干涉的原理，知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用。我們知道：如果兩列機(jī)械波的頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同，就會(huì)發(fā)生干涉。思考：光是一種電磁波，那么光也應(yīng)該會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，怎樣才能觀察到光的干涉現(xiàn)象呢？波的干涉知識(shí)點(diǎn)一、光的雙縫干涉托馬斯·楊1773~18291801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。托馬斯·楊的時(shí)代沒(méi)有激光。他用日光照亮一條狹縫，通過(guò)這條狹縫的光再通過(guò)雙縫，發(fā)生干涉。這就是歷史上著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，它有力地證明了光是一種波。【視頻：用氦氖激光器雙縫干涉實(shí)驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋。1.單色光的雙縫干涉圖樣特點(diǎn)①明暗相間的條紋；②條紋間距相等；③同樣條件下，紅光條紋間距大。2.決定條紋明暗的條件①明條紋形成的原因中央明紋以p0點(diǎn)為例光程差δ=0，S1、S2步調(diào)一致，該點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)。（亮）第一條亮紋的形成原因以p2點(diǎn)為例光程差δ=λ，S1、S2在P2處步調(diào)一致，該點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)。（亮）產(chǎn)生明條紋的條件：光程差δ=nλ（n=

0，±1，±2…）思考：為什么在屏上會(huì)得到明暗相間的條紋？②暗條紋形成的原因第一條暗紋的形成原因以p1點(diǎn)為例

1.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果不用激光光源而用一般的單色光源，為了完成實(shí)驗(yàn)可在雙縫前邊加一單縫獲得線光源，如圖所示，在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對(duì)稱軸位置處稍微向上移動(dòng)，則(

)A.不再產(chǎn)生干涉條紋

B.仍可產(chǎn)生干涉條紋，且中央亮紋P的位置不變

C.仍可產(chǎn)生干涉條紋，中央亮紋P的位置向上移

D.仍可產(chǎn)生干涉條紋，中央亮紋P的位置略向下移D練一練知識(shí)點(diǎn)二、干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系1.干涉條紋的間距思考：光的雙縫干涉條紋特征，如條紋間距、寬度等，能反映出光的波長(zhǎng)、頻率等信息嗎？條紋間距的含義：相鄰兩條亮紋（或暗紋）中心之間的距離叫做條紋間距。2.干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系如圖所示，波長(zhǎng)為λ的單色光照射到雙縫上。兩縫中心之間的距離為d，兩縫S1、S2

的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0。雙縫到屏的距離OP0＝l，屏上一點(diǎn)P1與P0

的距離為x，兩縫與P1的距離分別為P1S1＝r1、P1S2＝r2，在線段P1S2上作P1M＝P1S1。S1S2P1P0激光束M

思考：觀看視頻說(shuō)一說(shuō)不同顏色的單色光產(chǎn)生的干涉條紋會(huì)有什么不同？

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。這是因?yàn)?（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(zhǎng)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，而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅。1.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，綠色平行光源經(jīng)過(guò)雙縫后在光屏中間位置附近形成間距相等、明暗相間的綠色亮條紋，下列操作能減小條紋間距的是（）A．減小雙縫間距 B．換用紅色光源C．減小光照強(qiáng)度 D．減小光屏到雙縫的距離D練一練2.一束白光在真空中通過(guò)雙縫后在屏上觀察到的干涉條紋，除中央白色亮條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是（）A.各色光的波長(zhǎng)不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同B.各色光的速度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同C.各色光的強(qiáng)度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同D.上述說(shuō)法都不正確A知識(shí)點(diǎn)三、薄膜干涉【視頻：用肥皂膜做薄膜干涉實(shí)驗(yàn)】思考：你看到了什么現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？1．薄膜干涉光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個(gè)面反射的光在薄膜靠近光源的一面相互疊加，發(fā)生干涉的現(xiàn)象。2．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使下面厚、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(qiáng)，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。白光照射時(shí)是彩色條紋3.薄膜干涉的應(yīng)用（1）檢查表面的平整程度取一個(gè)透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個(gè)楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會(huì)看到干涉條紋。標(biāo)準(zhǔn)樣板待檢部件空氣薄層①如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的；②如果觀察到的干涉條紋不平行，則表示被檢測(cè)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。從彎曲的程度就可以了解被測(cè)表面的平整情況。（2）增透膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)。當(dāng)薄膜的厚度適當(dāng)時(shí)，在薄膜的兩個(gè)表面上反射路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損失，增強(qiáng)了透射光的強(qiáng)度，這種薄膜叫增透膜。鍍層薄膜增透膜的厚度因?yàn)槿搜蹖?duì)綠光最敏感，所以一般增強(qiáng)綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長(zhǎng)的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強(qiáng)，這樣的鏡頭呈淡紫色。標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測(cè)透鏡暗紋

（3）牛頓環(huán)

檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量1.關(guān)于薄膜干涉,下列說(shuō)法正確的是()A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在膜的前、后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.干涉條紋中的暗條紋是由于A項(xiàng)中所述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C.干涉條紋是等間距的平行線時(shí),說(shuō)明薄膜的厚度處處相等D.觀察薄膜干涉條紋時(shí),應(yīng)在入射光的另一側(cè)觀察A練一練2.利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度。如圖（a）所示，現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)板M和待檢工件N間形成一楔形空氣薄層，并用單色光照射，可觀察到如圖（b）所示的干涉條紋，條紋的彎曲處P和Q對(duì)應(yīng)于A和B處，下列判斷中正確的是（）A.N的上表面A處向上凸起B(yǎng).N的上表面B處向下凹陷C.若減少薄片的厚度，則干涉條紋間距會(huì)減小D.條紋的cd點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同D技法點(diǎn)撥：條紋是光在標(biāo)準(zhǔn)板M的下表面反射和N的上表面反射疊加而成的；空氣薄膜厚度從左向右依次增大，又因?yàn)橥粭l紋上各處空氣薄膜厚