光的干涉+高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修一

第三節(jié)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，經(jīng)常顯現(xiàn)出彩色條紋。新課引入這些現(xiàn)象是怎么產(chǎn)生的？“條紋”讓你想到了什么呢？兩列頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的水波相遇時,會發(fā)生干涉。干涉是波所特有的現(xiàn)象。光是一種電磁波，那么光也應(yīng)該發(fā)生干涉現(xiàn)象，怎樣才能觀察光的干涉現(xiàn)象呢？難點：怎樣獲取兩束相干光源（頻率和振動情況一致）復(fù)習(xí)回顧尋找相干光源任務(wù)一、光的雙縫干涉天才的設(shè)想托馬斯·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1、單縫作用：獲得線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況．2、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(頻率相同)用氦氖激光器演示光的雙縫干涉1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊（1773-1829）在實驗室里成功的觀察到光的干涉．等間距3、雙縫干涉圖樣特點：中央亮條紋明暗相間4、楊氏雙縫干涉實驗證明了光是一種波。任務(wù)一、光的雙縫干涉雙縫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/2S1S2P2討論：1.為什么有的地方亮一些有些地方暗一些？2.亮紋和暗紋為什么相間（依次出現(xiàn)）呢？實驗現(xiàn)象解讀（1）空間的某點距離光源S1和S2的路程差為0、1λ、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的路程差為λ/2、3λ/2、5λ/2、等半波長的奇數(shù)倍時，該點為振動減弱點。光程差δ=nλ（n=0，1，2，等）光程差δ=（2n-1)λ/2(n=1,2,3,等）亮紋暗紋總結(jié)規(guī)律：當(dāng)光程差為0時：n=0，稱為中央亮條紋（零級亮條紋）當(dāng)光程差為時：稱為n級亮條紋——2n+1，n從0開始取，但沒有0級暗條紋。想想為什么不寫作2n+1？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)，已知紅光與綠光的頻率、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，其他顏色的雙縫干涉條紋仍然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在D．至少有一種顏色的雙縫干涉條紋C小試牛刀例題1、如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1、S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P到S1、S2的距離之差為2.1×10-6m，現(xiàn)分別用A、B兩束單色光在空氣中做雙縫干涉實驗。(1)若A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10-7m，則P點是亮條紋還是暗條紋；(2)若B光在某介質(zhì)中的波長為3.15×10-7m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°，則P點是亮條紋還是暗條紋。(sin37°＝0.6)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。干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)?雙縫S1S2屏幕△x△x保持L、d不變，紅光的條紋間距最大，紫光的最小Ld二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點為P。對屏上與P距離為x的一點P1，兩縫與P1的距離P1S1＝r1，P1S2＝r2在線段P1S2上作P1M＝P1S1，則S2M＝r2－r1，因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)①另：x＝ltanθ≈lsinθ②當(dāng)兩列波的路程差為波長的整數(shù)倍，即 ........）時才會出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為： 相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為S1S2P1Pldxr2r1M亮（暗）紋間距的公式推導(dǎo)S1S2P1Pl1、相鄰明（暗）紋間的距離大小的影響因素：（1）波長λ:波長越大，相鄰的亮紋間距越大（2）雙縫之間的距離d:d越小，相鄰的亮紋間距越大（3）雙縫與屏間的距離l:L越大，相鄰的亮紋間距越大d雙縫干涉亮（暗）紋間距的公式PP1二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系各色光在真空中的波長光的顏色波長nm光的顏色波長nm紅770－620綠580－490橙620－600藍(lán)－靛490－450黃600－580紫450－400（2）不同顏色的光頻率不同：f紅<f橙<f黃<f綠<f青<f藍(lán)<f紫（1）相同介質(zhì)中，不同的光波長不同：λ紅>λ橙>λ黃>λ綠>λ青>λ藍(lán)>λ紫（3）相同雙縫干涉裝置，不同的光條紋間距不同:

Δx紅>Δx橙>Δx黃>Δx綠>Δx青>Δx藍(lán)>Δx紫2.不同單色光干涉條紋寬度：二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系3.白光的干涉圖樣特點：（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)。二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系水面上的油膜呈彩色二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系演示實驗（1）你會看到什么現(xiàn)象？（2）為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？三、薄膜干涉由于重力的作用，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個光波，這兩列光波的頻率相同，產(chǎn)生干涉。前表面后表面薄膜干涉成因三、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三、薄膜干涉取一個透明的標(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， 從反射光中就會看到干涉條紋.標(biāo)準(zhǔn)樣板待檢部件空氣薄層應(yīng)用一：檢查表面的平整程度如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的，如圖甲；如果觀察到的干涉條紋如圖乙、丙，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。從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。這種測量精度可達(dá)10-6cm。甲乙丙被檢測平面薄片標(biāo)準(zhǔn)樣板單色光應(yīng)用一：檢查表面的平整程度增透膜薄膜厚度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(qiáng)了透射光的能量，稱為增透膜。增透膜厚度：應(yīng)用二：照相機(jī)的增透膜將一塊半徑很大的平凸透鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，二者之間便形成類似劈尖形的空氣層。用單色平行光垂直照射，在空氣層上表面兩束反射光干涉，產(chǎn)生的干涉條紋稱牛頓環(huán)。

空氣薄膜厚度相同處光程差相同，所以牛頓環(huán)為一系列同心圓環(huán)。應(yīng)用三：牛頓環(huán)光的干涉課堂小結(jié)雙縫干涉薄膜干涉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。干涉條紋和光的波長亮紋暗紋【典例1】一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，是因為（）A．各色光的波長不同，因而各色光產(chǎn)生的干涉條紋間距不同B．各色光的速度不同，造成條紋間距不同C．各色光的強(qiáng)度不同D．各色光通過雙縫的距離不同典例分析【正確答案】A【典例2】雙縫干涉實驗裝置如圖所示,當(dāng)使用波長為6×10-7m的橙光做實驗時,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都是暗條紋典例分析【正確答案】B【典例3】用同一雙縫干涉實驗裝置在真空中做紅光和紫光的雙縫干涉實驗，獲得甲、乙兩種干涉條紋，如圖所示，則下列說法正確的是（）A．甲為紫光，乙為紅光B．甲光在水中的傳播速率大于乙光在水中的傳播速率C．在同一種介質(zhì)中，甲光的折射率大，乙光的折射率小D．在同一種介質(zhì)中，甲光的全反射臨界角小，乙光的全反射臨界角大典例分析【正確答案】B【典例4】（多選）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