高中物理 第五章 光的波動性 第1講 光的干涉課件 教科版選修34.ppt

第1講光的干涉 目標(biāo)定位 1 知道光的干涉現(xiàn)象 知道光是一種波 2 理解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件 3 理解明暗條紋的成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件 4 理解薄膜干涉的成因 知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用 一 雙縫干涉1 1801年 英國物理學(xué)家托馬斯 楊在實(shí)驗(yàn)室里成功地觀察到了光的干涉 2 雙縫干涉 紅色激光束垂直射到兩條狹縫上 在它的后面的屏幕上看到了 的條紋 且條紋間距相等 這表明兩束光在疊加區(qū)域內(nèi)發(fā)生了干涉 明暗相間 偶數(shù)倍 整數(shù)倍 頻率 二 薄膜干涉1 原理 以肥皂膜為例 單色光平行入射到肥皂泡液薄膜上 由液膜前后兩個(gè)表面反射回來的兩列光是相干光 它們相互疊加產(chǎn)生干涉 肥皂泡上就出現(xiàn)了 的條紋或區(qū)域 2 應(yīng)用 檢查平面的平整程度 明暗相間 1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示 有光源 單縫 雙縫和光屏 一 雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 1 單縫的作用 獲得一個(gè)線光源 使光源有唯一的頻率和振動情況 也可用激光直接照射雙縫 2 雙縫的作用 這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光 2 產(chǎn)生干涉的條件 兩列光的頻率相同 相位相同 振動方向相同 本實(shí)驗(yàn)中是靠 一分為二 的方法獲得兩個(gè)相干光源的 3 干涉圖樣 1 若用單色光作光源 則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋 2 若用白光作光源 則干涉條紋是彩色條紋 且中間條紋是白色的 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 證明光是一種波 例1 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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 已知紅光與綠光頻率 波長均不相等 這時(shí) 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 其他顏色的干涉條紋依然存在c 任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在 但屏上仍有光亮d 屏上無任何光亮 解析兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等 利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光 在光屏上形成干涉條紋 但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后 紅光和綠光頻率不等 不能發(fā)生干涉 因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋 但仍有光亮 答案c借題發(fā)揮明確兩列光波發(fā)生干涉的條件 知道不同色光的頻率不同 是對此類問題作出正確判斷的關(guān)鍵 二 雙縫干涉圖樣中出現(xiàn)亮 暗條紋的條件 例2 如圖2所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置 使用波長為600nm的橙色光源照射單縫s 在光屏中央p處觀察到亮條紋 在位于p點(diǎn)上方的p1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋中心 即p1到s1 s2的路程差為一個(gè)波長 現(xiàn)換用波長為400nm的紫光源照射單縫 則 a p和p1處仍為亮條紋b p處為亮條紋 p1處為暗條紋c p處為暗條紋 p1處為亮條紋d p p1處均為暗條紋 解析從單縫s射出的光波被s1 s2兩縫分成兩束相干光 由題意知屏中央p點(diǎn)到s1 s2距離相等 即分別由s1 s2射出的光到p點(diǎn)的路程差為零 因此中心是亮條紋 因而 無論入射光是什么顏色的光 波長多大 p點(diǎn)都是中央亮條紋 而分別由s1 s2射出的光到p1點(diǎn)的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長 即 p1s1 p1s2 600nm 橙 則兩列光波到達(dá)p1點(diǎn)振動情況完全一致 振動得到加強(qiáng) 因此 出現(xiàn)亮條紋 答案b借題發(fā)揮判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋 要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源 雙縫 的路程差與半波長的比值 要記住路程差等于半波長偶數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 還要注意這一結(jié)論成立的條件是 兩個(gè)光源情況完全相同 針對訓(xùn)練如圖3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(diǎn)出現(xiàn)第3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 1 現(xiàn)象 光照到薄膜上 從膜的前表面和后表面反射回來的光再次相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象 兩反射光的路程差等于膜厚度的2倍 2 圖樣 以光照射肥皂泡為例 如果是單色光照射肥皂泡 肥皂泡上就會出現(xiàn)明暗相間的條紋或區(qū)域 如果是白光照射肥皂泡 液膜上就會出現(xiàn)彩色條紋 且每一條紋呈水平分布 3 應(yīng)用 用干涉法檢查平面的平整程度 光學(xué)鏡頭上的增透膜 三 對薄膜干涉的理解 例3 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 觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí) 觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè) 解析當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí) 只要前后兩個(gè)面反射回來的光波的路程差滿足振動加強(qiáng)的條件 就會出現(xiàn)