高中物理選修3-4《光的干涉》

光

是什么—17世紀(jì)的兩種學(xué)說(shuō)牛頓的微粒說(shuō)惠更斯的波動(dòng)說(shuō)對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)，人類經(jīng)歷了十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，牛頓認(rèn)識(shí)光是一種粒子流，與牛頓同時(shí)代的惠更斯則認(rèn)為光是波，他開(kāi)創(chuàng)了光的波動(dòng)論。第一頁(yè)第二頁(yè)，共41頁(yè)。

?假如你認(rèn)為光是波，準(zhǔn)備通過(guò)哪些物理現(xiàn)象來(lái)證明呢？第二頁(yè)第三頁(yè)，共41頁(yè)。假設(shè)光真的是一種波我們必然能看到波特有的現(xiàn)象第三頁(yè)第四頁(yè)，共41頁(yè)。1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊在實(shí)驗(yàn)室里成功的觀察到了光的干涉現(xiàn)象．對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)，人類經(jīng)歷了十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，牛頓認(rèn)識(shí)光是一種粒子流，與牛頓同時(shí)代的惠更斯則認(rèn)為光是波，他開(kāi)創(chuàng)了光的波動(dòng)論。第四頁(yè)第五頁(yè)，共41頁(yè)。用一束平行的紅色激光束照射有兩條狹縫（也稱雙縫）S1和S2的檔板（S1和S2相距0.1m），觀察擋板后面與檔板平行的屏幕上所出現(xiàn)的條紋。觀察思考？一、雙縫干涉第五頁(yè)第六頁(yè)，共41頁(yè)。單色光屏S1S2雙縫探究1：光是一種波

第六頁(yè)第七頁(yè)，共41頁(yè)。單色激光束屏等間距雙縫干涉圖樣圖樣有何特征？S1S2亮條紋的中心線亮條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線雙縫中央亮條紋明暗相間第七頁(yè)第八頁(yè)，共41頁(yè)。亮條紋亮條紋λ探究2：出現(xiàn)明暗相間條紋的條件S1S2第八頁(yè)第九頁(yè)，共41頁(yè)。第九頁(yè)第十頁(yè)，共41頁(yè)。亮條紋出現(xiàn)亮條紋的條件（n=0，1，2，3…）第十頁(yè)第十一頁(yè)，共41頁(yè)。暗條紋探究2：出現(xiàn)明暗相間條紋的條件S1S2λ/2第十一頁(yè)第十二頁(yè)，共41頁(yè)。第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共41頁(yè)。亮條紋暗條紋出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件（n=0，1，2，3…）（n=0，1，2，3…）第十三頁(yè)第十四頁(yè)，共41頁(yè)。光的干涉雙縫干涉激光束雙縫屏屏上看到明暗相間的條紋結(jié)論:光是一種波第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共41頁(yè)。觀察思考？1、改變光屏到雙縫的距離L，觀察干涉條紋的間距有何變化？2、改變雙縫的間距d，觀察干涉條紋的間距有何變化？3、分別用紅光和紫光照射雙縫，觀察干涉條紋的間距有什么不同？想一想，雙縫干部涉條紋的間距可能與哪些因素有關(guān)？第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共41頁(yè)。第十六頁(yè)第十七頁(yè)，共41頁(yè)。白光＋干涉圖樣分析紅光藍(lán)光亮暗相間彩色條紋…………第十七頁(yè)第十八頁(yè)，共41頁(yè)。結(jié)論：1、改變光屏到雙縫的距離L，觀察干涉條紋的間距有何變化？2、改變雙縫的間距d，觀察干涉條紋的間距有何變化？3、分別用紅光和紫光照射雙縫，觀察干涉條紋的間距有什么不同？想一想，雙縫干部涉條紋的間距可能與哪些因素有關(guān)？隨雙縫的間距d增大而減小隨光屏到雙縫的距離L增大而增大紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)干涉條紋的間距大第十八頁(yè)第十九頁(yè)，共41頁(yè)。用一根吸管蘸一點(diǎn)肥皂溶液，可以吹出一串肥皂泡，每個(gè)肥皂泡都呈現(xiàn)出五顏六色，你能解釋這個(gè)現(xiàn)象嗎？二、薄膜干涉第十九頁(yè)第二十頁(yè)，共41頁(yè)。第二十頁(yè)第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。產(chǎn)生原因是當(dāng)肥皂膜豎直放置，由于重力作用，膜上薄下厚。光照射到肥皂膜上，經(jīng)前后膜兩次反射，又疊加在一起，后膜反射光的路程比前膜反射多2倍膜厚。若膜厚度2倍等于波長(zhǎng)整數(shù)倍，兩列光波加強(qiáng)，呈現(xiàn)明紋。若某種膜厚度2倍等于半個(gè)波長(zhǎng)奇數(shù)倍，此處兩處兩列波互相減弱，出現(xiàn)暗紋。膜厚度變化是連續(xù)的，就了現(xiàn)明暗相間條紋。薄膜干涉：產(chǎn)生原因第二十一頁(yè)第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中的應(yīng)用用干涉法檢查各種鏡面的平整程度。如果被測(cè)平面是平的，干涉條紋就是一組平行的。如果干涉條紋發(fā)生彎曲，就表明被測(cè)表面不平的。第二十二頁(yè)第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。第二十三頁(yè)第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。增透膜第二十四頁(yè)第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。b.增透膜

原理：當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的１∕４時(shí)，在薄膜的兩個(gè)面上的反射光，光程差恰好等于半波長(zhǎng)，因而相互抵消，達(dá)到減小反射光，增大透射光的作用思考６：增透膜能否將所有反射光都抵消思考７：那么，怎樣來(lái)確定增透膜的厚度？

第二十五頁(yè)第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。因?yàn)槿说囊曈X(jué)最敏感的色光為綠光，所以增透膜的厚度為綠光在增透膜中波長(zhǎng)的1/4。以增大綠光的透射強(qiáng)度。因?yàn)榧t光與紫光反射強(qiáng)度大，所以照相機(jī)的鏡頭常呈淡紫色或藍(lán)色照相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡第二十六頁(yè)第二十七頁(yè)，共41頁(yè)?！纠?】關(guān)于光的干涉，下列說(shuō)法正確的是A.只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉B.頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定C.兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋D.兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋A、C第二十七頁(yè)第二十八頁(yè)，共41頁(yè)?！緲?biāo)準(zhǔn)解答】選A、C.兩列波產(chǎn)生干涉時(shí)，頻率必須相同，否則不可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而不是干涉不穩(wěn)定，故A正確、B錯(cuò).兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋；若該路程差是光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋（注意是半波長(zhǎng)而不是波長(zhǎng)），故C正確、D錯(cuò).第二十八頁(yè)第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。【變式訓(xùn)練】（2010·南京高二檢測(cè)）下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是(

)A.單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源B.雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源C.光屏上距兩縫的路程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋D.在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒(méi)有干涉發(fā)生B第二十九頁(yè)第三十頁(yè)，共41頁(yè)?！窘馕觥窟xB.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單縫的作用是獲得一個(gè)線光源，使光源有惟一的頻率和振動(dòng)情況，雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的相干光源，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確.在兩個(gè)相干光源完全相同的情況下，光屏上距兩縫的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗紋，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.兩列光波只要相遇就會(huì)疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會(huì)發(fā)生光的干涉，用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.第三十頁(yè)第三十一頁(yè)，共41頁(yè)?！纠?】（2010·福州高二檢測(cè)）關(guān)于楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（）A.用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B.用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋D.照射單縫的單色光的波長(zhǎng)越短，光屏上出現(xiàn)的條紋寬度越寬B第三十一頁(yè)第三十二頁(yè)，共41頁(yè)?！咀灾鹘獯稹窟xB.用白光做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，故A錯(cuò).用紅光作光源，屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，故B正確.紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，故C錯(cuò).單色光的波長(zhǎng)越短，光屏上出現(xiàn)的條紋越窄，故D錯(cuò).第三十二頁(yè)第三十三頁(yè)，共41頁(yè)?！镜淅?】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0.6μm,若分別用頻率為f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是A.單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)明條紋B.單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋C.單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D.單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)明條紋第三十三頁(yè)第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。【自主解答】選C.單色光f1的波長(zhǎng)λ1==m=0.6×10-6m=0.6μm，單色光f2的波長(zhǎng)λ2=m=0.4×10-6m=0.4μm，因P點(diǎn)到雙縫的距離之差Δx=0.6μm=λ1,所以用f1照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋.Δx=0.6μm=λ2,所以用f2照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋，故選項(xiàng)C正確.【思路點(diǎn)撥】判斷屏上某點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差與波長(zhǎng)的比值.第三十四頁(yè)第三十五頁(yè)，共41頁(yè)?！纠?】關(guān)于光在豎直肥皂液薄膜上產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是（）A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在薄膜前后兩表面發(fā)生反射，形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.若出現(xiàn)明暗相間的條紋相互平行，說(shuō)明肥皂膜的厚度是均勻的C.用綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射間距小D.薄膜上的干涉條紋基本上是豎直的A、C第三十五頁(yè)第三十六頁(yè)，共41頁(yè)?！镜淅?】如圖所示,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塊平板玻璃之上,在一端夾入兩張紙片,從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)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.現(xiàn)若在圖(a)裝置中抽去一張紙片,則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋（）A.變疏B.變密C.不變D.消失A第三十六頁(yè)第三十七頁(yè)，共41頁(yè)。【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A、C.要想產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，必須有兩列相干光源.在肥皂膜干涉中，薄膜前后兩表面反射的光正好是兩個(gè)相干光源，它們相互疊加形成干涉條紋，所以選項(xiàng)A正確.肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均勻的，并且厚度均勻的薄膜是不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋的（若厚度相同，路程差處處相等，兩列波疊加后，若是加強(qiáng)，處處光線加強(qiáng)，若是減弱，處處光線減弱，不會(huì)出現(xiàn)明暗相間條紋），所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤.第三十七頁(yè)第三十八頁(yè)，共41頁(yè)。波長(zhǎng)越短的光波，對(duì)同一裝置，干涉條紋越窄.綠光的波長(zhǎng)小于黃光的波長(zhǎng)，所以綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射的間距小.選項(xiàng)C正確.出現(xiàn)亮、暗條紋的位置與薄膜厚度有關(guān)，對(duì)于某位置，若光線疊加后加強(qiáng)，則與此等厚度的位置反射光線疊加都加強(qiáng)，從而形成亮條紋.對(duì)暗條紋也