光的干涉+高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

4.3光的干涉肥皂膜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。這些彩色條紋或圖樣是怎樣形成的？前情回顧前情回顧兩列頻率相同的水波(相干波)相遇時,在某些區(qū)域振動加強,而在某些區(qū)域振動減弱;且振動加強的區(qū)域與振動減弱的區(qū)域相互間隔.這種現(xiàn)象叫波的干涉。干涉現(xiàn)象是波動獨有的特征，光是一種電磁波，那么光也應(yīng)該能發(fā)生干涉現(xiàn)象。1.光要發(fā)生干涉現(xiàn)象需要滿足什么條件？ 相干光源（頻率和振動情況一致）2.有沒有什么方法可以獲得相干光—頻率相同的光呢？問題與思考思考：怎樣才能觀察到光的干涉現(xiàn)象呢？天才的設(shè)想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單縫雙縫紅濾色片(激光)屏幕s0s1s2托馬斯·楊單色光狹縫一、光的雙縫干涉1.物理史實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。2.演示實驗在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光照射金屬擋板上的兩條平行的狹縫，在后面的屏上觀察光的干涉情況。實驗裝置屏的照片一、光的雙縫干涉一、光的雙縫干涉3.實驗過程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，兩條狹縫就產(chǎn)生兩個光源，它們的振動情況總是相同的，兩光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加。4.實驗現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋。5.實驗結(jié)論：證明光是一種波。雙縫干涉的示意圖一、光的雙縫干涉有的地方亮一些有些地方暗一些實驗現(xiàn)象解讀：S1S2PPδ=0中央亮紋由于從S1S2發(fā)出的光是振動情況完全相同，又經(jīng)過相同的路程到達(dá)P點，在P點激起的振動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點總是振動加強的地方，故應(yīng)出現(xiàn)亮紋，這一條亮紋叫中央亮紋。雙縫S1S2屏幕亮紋實驗現(xiàn)象解讀：P1

第一亮紋雙縫S1S2屏幕S1S2P1

λλδ=λ取P點上方的點P1，從S1S2發(fā)出的光到P1點的光程差就不同，若這個光程差正好等于波長的整數(shù)倍，比如δ=S1－S2=λ，出現(xiàn)第一條亮紋。實驗現(xiàn)象解讀：亮紋P2第二亮紋雙縫S1S2屏幕屏上P1點的上方還可以找到δ=S1－S2＝2λ的P2點出現(xiàn)第二條亮紋。2λ亮紋實驗現(xiàn)象解讀：P3第三亮紋雙縫S1S2屏幕屏上P1點的上方還可以找到δ=S1－S2＝4λ的P2點，δ=S1－S2＝5λ的P3點……等處的第四條、第五條……亮紋；在中央明紋P的下方可找到δ=S1－S2＝λ的P1/點，δ=S1－S2＝2λ的P2/點，δ=S1－S2＝3λ的P3/點等處與中央明紋為對稱的第一、第二、第三…，第n條亮紋。3λ亮紋實驗現(xiàn)象解讀：雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋

δ=λP

中央亮紋

δ=0P2第二亮紋

δ=2λP3/

第三亮紋

δ=3λP3第三亮紋

δ=3λP2/

第二亮紋

δ=2λP1/

第一亮紋

δ=λ實驗現(xiàn)象解讀：亮紋Q1

第一暗紋雙縫S1S2屏幕S1S2Q1

取P點上方的點Q1，與兩個狹縫S1、S2路程差δ=S1－S2＝λ/2，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點激起的振動總是波峰與波谷相遇，振幅最小，Q1點總是振動減弱的地方，故應(yīng)出現(xiàn)暗紋。λ/2λ/2P

中央亮紋暗紋實驗現(xiàn)象解讀：Q2第二暗紋雙縫S1S2屏幕屏上Q1點的上方還可以找到δ=S1－S2＝3λ/2的Q2點出現(xiàn)第二條暗紋。同樣可以找到第三條暗紋Q3……，在中央明紋下方也可以找到對稱的Q1/、Q2/、Q3/……等暗紋。3λ/2Q1

第二暗紋P

中央亮紋暗紋實驗現(xiàn)象解讀：雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋

δ=λP

中央亮紋δ=0P2第二亮紋

δ=2λP3/

第三亮紋

δ=3λP3第三亮紋

δ=3λP3/

第二亮紋

δ=2λP3/

第一亮紋

δ=λQ2第二暗紋Q

1

第一暗紋Q3第三暗紋Q3/

第三暗紋Q2/

第二暗紋Q1/

第一暗紋δ=5λ/2δ=λ/2δ=3λ/2δ=5λ/2δ=3λ/2δ=λ/2亮紋和暗紋相間出現(xiàn)實驗現(xiàn)象解讀：光程差：S1S2P1Pln=0、1、2、3……暗紋：n=0、1、2、3……亮紋：雙縫干涉規(guī)律用氦氖激光器演示光的雙縫干涉雙縫S1S2屏幕1、什么是干涉條紋的間距?△x△xLd2、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)?任務(wù)二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系條紋間距△x：相鄰兩條亮紋（或暗紋）中心之間的距離叫做條紋間距。目標(biāo)：求△x相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為：如圖所示，在線段P1S2上作P1M＝P1S1，則S2M＝r2－r1，因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形。另：x＝ltanθ≈lsinθ目標(biāo)：求△x亮（暗）紋間距的公式推導(dǎo)消去sinθ

得：

當(dāng)路程差為波長的整數(shù)倍，即有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)

出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：雙縫干涉亮（暗）紋間距的公式紅760nm~630nm橙630nm~590nm黃590nm~570nm綠570nm~500nm青500nm~460nm藍(lán)460nm~430nm紫430nm~400nm各色光在真空中的波長λ紅>λ橙>λ黃>λ綠>λ青>λ藍(lán)>λ紫f紅<f橙<f黃<f綠<f青<f藍(lán)<f紫Δx紅>Δx橙>Δx黃>Δx綠>Δx青>Δx藍(lán)>Δx紫白光的干涉圖樣是什么樣？

①明暗相間的彩色條紋；(是光的色散的一種)

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緣，紫光在內(nèi)緣。白光是復(fù)色光2、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驗時，偏離中央亮條紋較遠(yuǎn)的是波長較長的紅光B．用白光做光的干涉實驗時，偏離中央亮條紋較遠(yuǎn)的是波長較短的紫光C．相鄰兩亮條紋和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，相鄰兩個亮條紋間距將變寬小試牛刀A例2、如圖所示的雙縫干涉實驗，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C任務(wù)三、薄膜干涉你看到了什么現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？薄膜上燭焰的像有水平條紋由于重力的作用，肥皂薄膜上薄下厚．任務(wù)三、薄膜干涉(1)由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上薄下厚的楔形。(2)光在薄膜的前后兩個表面發(fā)生反射，這兩列光的頻率相同，相遇時產(chǎn)生干涉。(3)薄膜干涉的光程差：

1、薄膜干涉的成因在陽光下，為什么肥皂薄膜上會形成彩色圖樣?思考2：厚度滿足什么出現(xiàn)亮（暗）條紋？思考1：沿著什么方向觀察才能看到干涉條紋？——光入射的方向同一級亮（暗）條紋在厚度相同的地方出現(xiàn)，故薄膜干涉也稱為等厚干涉。條紋方向是水平的。任務(wù)三、薄膜干涉在陽光下，為什么肥皂薄膜上會形成彩色圖樣?思考3：綠光換為紅光，原有的亮條紋會向上還是向下移動？——向下思考4：白光入射會怎樣？三、薄膜干涉會出現(xiàn)彩色的干涉條紋。2、薄膜干涉的應(yīng)用——劈尖干涉法檢查表面的平整程度劈尖空氣薄層

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，從反射光中就會看到干涉條紋；標(biāo)準(zhǔn)樣板待檢部件如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的；增透膜在透鏡表面涂上一層薄膜，當(dāng)薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波長的1/4時，從薄膜前后兩表面反射回來的光的路程差恰好等于半個波長。它們干涉相消，減小了反射光的能量，增強了透射光的能量，稱為增透膜。照相機的增透膜：

2、薄膜干涉的應(yīng)用為在增透膜中的波長例題3、劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，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)某單色光垂直入射后，從上往下看到亮暗相間的干涉條紋如圖乙所示。下面關(guān)于條紋的說法正確的是（）A．任意相鄰暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差隨其厚度增加而增大B．任意一條亮條紋所在位置對應(yīng)的空氣薄膜厚度不一定相等C．若僅在圖甲裝置中抽去一張紙片，則圖乙所示干涉條紋將變密D．若僅減小垂直入射的單色光頻率，則圖乙所示干涉條紋將變疏D1、下列關(guān)于雙縫干涉實驗的說法中正確的是(