第四節(jié) 光的干涉

第四節(jié)光的干涉核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念知道光的干涉條件，知道雙縫干涉和薄膜干涉現(xiàn)象?？茖W(xué)思維掌握雙縫干涉條紋間距公式，知道影響條紋間距的因素，并能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)觀察和探究雙縫干涉。1．光的雙縫干涉現(xiàn)象：將一支激光筆發(fā)出的光照射在雙縫上，雙縫平行于屏，在屏上觀察到了___________的條紋。2．光產(chǎn)生干涉的條件：兩列光波的______相同，相位差恒定，振動(dòng)______相同，即光波為相干光波。明暗相間頻率方向5．雙縫干涉條紋特點(diǎn)(1)不同顏色的光產(chǎn)生的雙縫干涉條紋間距不同，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋間距______。(2)如果是復(fù)色光，在屏上除了與雙縫對(duì)稱的中線上是復(fù)色光，其余地方各種顏色的光將分開(kāi)，從而呈現(xiàn)______。二、薄膜干涉1．薄膜干涉：由膜的前、后表面______回來(lái)的兩組光波相遇后形成的。2．應(yīng)用：照相機(jī)的鏡頭上通過(guò)鍍上增透膜產(chǎn)生干涉，增加_____，減少______。越大彩色反射透射反射1．如圖為某單色光通過(guò)雙縫在屏上產(chǎn)生的干涉圖樣，試結(jié)合該實(shí)驗(yàn)判斷下列說(shuō)法是否正確：(1)光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光是一種波。

()(2)如果兩列光波到達(dá)某點(diǎn)時(shí)，路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，這兩列波互相加強(qiáng)，

在那里就出現(xiàn)亮條紋。

()(3)光的干涉現(xiàn)象中，亮條紋是光波振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域。

(

)(4)光波的波長(zhǎng)λ越大，相鄰兩條紋間的距離越小。

()(5)在干涉條紋中，相鄰兩條亮紋或暗紋之間的距離是相等的。

()√√√×√2．如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈。往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上就會(huì)觀察到干涉圖樣。(1)觀察者應(yīng)該位于P的左側(cè)還是右側(cè)？(2)觀察者觀察到的干涉條紋是豎直的還是水平的？提示：(1)觀察者應(yīng)該位于P的右側(cè)進(jìn)行觀察。(2)干涉條紋是水平的。新知學(xué)習(xí)(一)|光的雙縫干涉[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖所示，燈泡發(fā)出的光經(jīng)擋板上的雙縫后在屏上形成明暗相間的條紋，請(qǐng)問(wèn)是什么現(xiàn)象？提示：是光的雙縫干涉現(xiàn)象。燈泡發(fā)出的光經(jīng)擋板上的雙縫后形成兩個(gè)光源，它們的頻率、相位總是相同的，這兩個(gè)光源在空中的疊加區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)和減弱交替分布的現(xiàn)象，從而在屏上形成明暗相間的條紋。

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)椋?1)從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋外形成亮條紋，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，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，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。[典例體驗(yàn)][典例]

如圖所示，在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)為5.30×10－7m的激光，屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10－7m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是________(選填“亮條紋”或“暗條紋”)?，F(xiàn)改用波長(zhǎng)為6.30×10－7m的激光進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將________(選填“變寬”“變窄”或“不變”)。[答案]暗條紋變寬/方法技巧/雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中明暗條紋的判斷方法(1)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(光程差)與波長(zhǎng)的比值。(2)要記住光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處為暗條紋。(3)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(duì)訓(xùn)練]1．(2022·浙江6月選考)關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．用復(fù)色光投射就看不到條紋B．明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相間條紋D．藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的大答案：B

答案：A

新知學(xué)習(xí)(二)|薄膜干涉的理解和應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖所示，一鐵絲環(huán)中有肥皂液膜，當(dāng)日光照射肥皂液膜時(shí)會(huì)出現(xiàn)彩色條紋。請(qǐng)分析原因。提示：來(lái)自皂膜前、后表面的反射光發(fā)生干涉出現(xiàn)條紋，由于肥皂液膜上面薄、下面厚，不同顏色的光波長(zhǎng)不同，因此發(fā)生干涉的明暗條紋的位置不同，出現(xiàn)的條紋為彩色條紋。

2．豎放肥皂液膜的干涉現(xiàn)象(1)白光照射圖樣是彩色的

如圖所示，豎直放置的肥皂液膜，因重

力的作用，上面薄、下面厚，由于不同顏色的光的波長(zhǎng)不同，

從前、后兩個(gè)表面反射的光，在不同的位置被加強(qiáng)，換句話說(shuō)，

不同顏色的光對(duì)應(yīng)亮條紋的位置不同，不能完全重合，因此看起來(lái)是彩色的。(2)條紋是水平方向的

因?yàn)樵谕凰礁叨忍?，薄膜的厚度相同，從前、后兩表面反射的光的路程差均相同，如果此時(shí)兩反射光互相加強(qiáng)，則此高度水平方向各處均加強(qiáng)，因此，明暗相間的干涉條紋應(yīng)為水平方向的。(3)觀察薄膜干涉，應(yīng)從光源這一側(cè)觀察。3．用干涉法檢查平面平整度

如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果被測(cè)表面某處凹下，則對(duì)應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中

P條紋所示；如果某處凸起來(lái)，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中Q所示。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列說(shuō)法正確的是

(

)A．過(guò)肥皂膜最高和最低點(diǎn)的截面一定不是梯形B．肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C．肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會(huì)發(fā)生變化D．將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°，條紋也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)90°[解析]

肥皂膜因?yàn)樽灾貢?huì)上面薄而下面厚，因表面張力的原因其截面應(yīng)是一個(gè)圓滑的曲面而不是梯形，A正確；薄膜干涉是等厚干涉，其原因?yàn)榉试砟ど系臈l紋是前后表面反射光形成的干涉條紋，B正確；形成條紋的原因是前后表面的反射光疊加出現(xiàn)了振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)，肥皂膜從形成到破裂的過(guò)程上面越來(lái)越薄，下面越來(lái)越厚，因此出現(xiàn)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置發(fā)生了變化，條紋寬度和間距發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°，由于重力，表面張力和粘滯力等的作用，肥皂膜的形狀和厚度會(huì)重新分布，因此并不會(huì)跟著旋轉(zhuǎn)90°，D錯(cuò)誤。[答案]

AB[針對(duì)訓(xùn)練]1．鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時(shí)，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，由此推測(cè)肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀應(yīng)當(dāng)是

(

)解析：薄膜干涉為前后兩個(gè)面反射回來(lái)的光發(fā)生干涉形成干涉條紋，在入射光為復(fù)色光時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大，由于干涉條紋的間距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度變化越來(lái)越大，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。答案：C

2．如圖所示，把一平凸透鏡置于一平板玻璃上方，如果用平行單色光

垂直照射到平凸透鏡上，順著平行光入射的方向觀測(cè)可看到透鏡中

央出現(xiàn)明暗相間的條紋，這種現(xiàn)象最早是牛頓發(fā)現(xiàn)的，因此稱為牛

頓環(huán)。以下說(shuō)法正確的是

(

)A．牛頓環(huán)是光的衍射現(xiàn)象B．牛頓環(huán)是明暗相間、半徑均勻增大的同心圓條紋C．若在透鏡AB面施加向下的微小壓力，則可看到同心圓向外擴(kuò)展D．若在C處不小心沾上了灰塵，明暗相間的同心圓條紋排列將比沒(méi)有灰塵時(shí)疏解析：空氣薄層是兩個(gè)反射面，兩束光在圓弧面與平面反射形成牛頓環(huán)，干涉條紋的間距不是均勻增加，而是隨著空氣薄層的厚度越向外增加得越快，所以干涉條紋不是疏密均勻的同心圓，故A、B錯(cuò)誤；若在透鏡AB面上施加向下的微小壓力，滿足產(chǎn)生這一亮條紋的厚度向外移，即亮環(huán)向遠(yuǎn)離圓心的方向平移，則可看到同心圓向外擴(kuò)展，故C正確；

若在C處不小心沾上了灰塵，空氣膜厚度并未發(fā)生改變，明暗相間的同心圓條紋排列不變，故D錯(cuò)誤。答案：C一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

物理觀念——三種干涉條紋的比較1．(選自魯科版新教材“物理聊吧”)同一實(shí)驗(yàn)裝置，用不同的色光來(lái)做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，所產(chǎn)生的干涉條紋是不同的。下圖是由三種色光產(chǎn)生的干涉條紋，請(qǐng)比較它們有什么異同，并說(shuō)明原因。

科學(xué)探究——用肥皂膜做薄膜干涉實(shí)驗(yàn)2．(選自人教版新教材“做一做”)

在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜。把這層液膜當(dāng)作一個(gè)平面鏡，用它觀察燈焰的像(如圖所示)。這個(gè)像與直接看到的燈焰有什么不同？提示：在液膜上看到了的是明暗相間水平的干涉條紋。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標(biāo)x的變化圖像，可能正確的是

(

)解析：根據(jù)薄膜干涉的形成規(guī)律，若薄膜厚度d均勻變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生等間距的明暗相間的條紋，現(xiàn)在條紋間距不等，說(shuō)明薄膜厚度d不是線性變化的，

故A、B錯(cuò)誤；由于條紋間距變大，說(shuō)明薄膜厚度d的變化趨緩，反映到d-x圖像中即圖像的斜率減小，故C錯(cuò)誤，D正確。答案：D

答案：B

3．如圖所示，由波長(zhǎng)為λ1和λ2的單色光組成的一束復(fù)色光，經(jīng)半反半透鏡后分成透射光和反射光。透射光經(jīng)擴(kuò)束器后垂直照射到雙縫上并在屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置，P1和P2分別是波長(zhǎng)為λ1和λ2的光形成的距離O點(diǎn)最近的亮條紋中心位置。反射光入射到三棱鏡一側(cè)面上，從另一側(cè)面M和N位置出射