第3節(jié)　光的干涉 課件

物理第四章光第3節(jié)光的干涉[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道光的干涉現(xiàn)象和干涉條件，并能從光的干涉現(xiàn)象中說明光是一種波．(重點(diǎn))2．理解楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)亮暗條紋產(chǎn)生的條件．(難點(diǎn))3．了解薄膜干涉現(xiàn)象，并了解薄膜干涉的應(yīng)用．01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1光的雙縫干涉1．物理史實(shí)1801年，英國(guó)物理學(xué)家____________成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象．托馬斯·楊2．實(shí)驗(yàn)示意圖如圖所示3．實(shí)驗(yàn)過程如圖，讓一束平行的________投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距______，兩條狹縫就產(chǎn)生兩個(gè)光源，它們的振動(dòng)情況總是________，兩光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相______．4．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在屏上得到____________的條紋．單色光很近相同的疊加明暗相間5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論證明光是一種______．6．現(xiàn)象解釋當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的________時(shí)(即恰好等于波長(zhǎng)的________時(shí))，兩列光在這點(diǎn)相互加強(qiáng)，這里出現(xiàn)________；當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于__________________時(shí)，兩列光在這一點(diǎn)____________，這里出現(xiàn)暗條紋．波偶數(shù)倍整數(shù)倍亮條紋半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍相互削弱[判一判]1．(1)直接用強(qiáng)光照射雙縫，發(fā)生干涉．(

)(2)若用白光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(

)(3)若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(

)××√[想一想](1)兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能否觀察到光的干涉現(xiàn)象？(2)為什么一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象？提示：(1)不能．兩只手電筒射出的光束在空間相遇，不滿足光發(fā)生干涉的條件，不能觀察到光的干涉現(xiàn)象．(2)由于不同光源發(fā)出的光的頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差，在一般情況下，很難找到那么小的縫和那些特殊的裝置．知識(shí)點(diǎn)2干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系1．干涉條紋間距和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系如圖所示，與兩縫之間的距離d相比，每個(gè)狹縫都很窄，寬度可以忽略．兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0，雙縫到屏的距離OP0＝L2．干涉條紋兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的______有關(guān)，波長(zhǎng)越大，條紋間距______．波長(zhǎng)越大雙縫到屏的距離L條紋間距Δx[判一判]2．(1)當(dāng)兩光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋．(

)(2)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋間距越大．(

)√×知識(shí)點(diǎn)3薄膜干涉1．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，在薄膜的不同位置，前后兩個(gè)面的______光的_____差不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)_______；在另一些位置，兩列波相遇后被相互削弱，于是出現(xiàn)_______.2．薄膜干涉條紋用單色光照射得到____________的條紋，用白光照射得到______條紋．反射路程亮條紋暗條紋明暗相間彩色3．薄膜干涉的應(yīng)用(1)用干涉法檢查平面的________．(2)光學(xué)儀器上的________．[判一判]3．(1)水面上的油膜呈現(xiàn)彩色條紋，是油膜表面反射光與入射光疊加的結(jié)果．(

)(2)肥皂泡看起來呈彩色和照相機(jī)鏡頭呈淡紫色，都是薄膜干涉現(xiàn)象．(

)平整度增透膜×√1．(楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn))(多選)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)證明光的確是一種波，一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個(gè)光源，它們發(fā)出的光波發(fā)生干涉，產(chǎn)生的干涉圖樣如圖所示，在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，如果放置光屏，則下列說法正確的是(

)A．A點(diǎn)出現(xiàn)明條紋 B．B點(diǎn)出現(xiàn)明條紋C．C點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋 D．C點(diǎn)出現(xiàn)明條紋√√√解析：波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動(dòng)加強(qiáng)，所以A點(diǎn)與B點(diǎn)出現(xiàn)明條紋，波峰與波谷疊加振動(dòng)減弱，所以C點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋，故A、B、C正確，D錯(cuò)誤．2.

(雙縫干涉實(shí)驗(yàn)規(guī)律)如圖所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實(shí)驗(yàn)(其他條件不變)時(shí)，則同側(cè)第二暗條紋的位置(

)A．仍在P處B．在P點(diǎn)上方C．在P點(diǎn)下方D．要將屏向雙縫方向移近一些才能看到解析：頻率越低，波長(zhǎng)越大，在干涉圖樣中相鄰兩暗條紋間的距離越大，故選B.√3．(雙縫干涉的應(yīng)用)瓦斯在隧道施工、煤礦采掘中危害極大，某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是他根據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測(cè)儀，其原理如圖所示，在雙縫前面放置兩個(gè)完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛龋绻恋恼醒隣點(diǎn)變?yōu)榘导y，說明B中氣體(

)A．一定含瓦斯

B．一定不含瓦斯C．不一定含瓦斯

D．無法判斷√解析：如果屏的正中央O變?yōu)榘导y，說明從兩個(gè)子光源到屏的光程差發(fā)生變化，所以B中氣體一定含瓦斯．4．(薄膜干涉)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(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象B．只有厚度不均勻的楔形薄膜，才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象C．厚度均勻的薄膜會(huì)形成干涉條紋D．觀察肥皂液薄膜的干涉現(xiàn)象時(shí)，觀察者應(yīng)和光源在薄膜的同一側(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(dòng)加強(qiáng)的條件，就會(huì)出現(xiàn)明條紋，滿足振動(dòng)減弱的條件就會(huì)出現(xiàn)暗條紋，這種情況在薄膜厚度不均勻時(shí)才會(huì)出現(xiàn)．當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但也發(fā)生干涉現(xiàn)象，如果是單色光照射，若滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件，整個(gè)薄膜前方都是亮的，否則整個(gè)薄膜的前方都是暗的，故A、B、C錯(cuò)誤；觀察薄膜干涉條紋時(shí)，是兩列頻率相同的反射光在薄膜上出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此在入射光的同一側(cè)，故D正確．探究一楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1．雙縫干涉的裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏．2．單縫屏的作用獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏．托馬斯·楊那時(shí)沒有激光，因此他用強(qiáng)光照射一條狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫產(chǎn)生相干光．3．雙縫屏的作用平行光照射到單縫S上，又照射到雙縫S1、S2

上，這樣一束光被分成兩束頻率相同、振動(dòng)情況完全一致的相干光．【例1】雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，當(dāng)使用波長(zhǎng)為6×10－7m的橙色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏P點(diǎn)及上方的P1

點(diǎn)形成相鄰的亮條紋．若使用波長(zhǎng)為4×10－7m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，在P和P1

點(diǎn)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√[針對(duì)訓(xùn)練1]在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上P點(diǎn)到雙縫S1、S2的距離之差Δs1＝0.75μm，光屏上Q點(diǎn)到雙縫S1、S2的距離之差Δs2＝1.5μm，如果用頻率為6.0×1014Hz的黃光照射雙縫，則(

)A．P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋，Q點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋B．Q點(diǎn)出現(xiàn)明條紋，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋C．兩點(diǎn)均出現(xiàn)明條紋D．兩點(diǎn)均出現(xiàn)暗條紋√探究二雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)【問題導(dǎo)引】

用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，彩紋的特點(diǎn)如何？提示：用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，從紅光到紫光其波長(zhǎng)由大到小，它們的干涉條紋間距也是從大到?。林醒敫魃舛嫉玫郊訌?qiáng)，混合成白色，但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色，而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅．1．單色光的干涉圖樣若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等．中央為亮條紋，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越大，條紋間距越大．2．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處形成亮條紋，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．【例2】雙縫干涉實(shí)驗(yàn)如圖所示，用綠光照射單縫S時(shí)，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√[針對(duì)訓(xùn)練2]

(多選)a光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示，若只將a光換成b光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示．則下述正確的是(

)A．a(chǎn)光的頻率較大

B．b光的頻率較大C．a(chǎn)光的波長(zhǎng)較大

D．b光的波長(zhǎng)較大√√探究三薄膜干涉及其應(yīng)用【問題導(dǎo)引】1.

很多攝影愛好者在掃描貼在玻璃板表面的底片時(shí)常會(huì)在掃描后的圖像上看到一圈圈明暗相間的光環(huán)，如圖所示．這就是光的干涉現(xiàn)象——牛頓環(huán)．你知道牛頓環(huán)是怎樣形成的嗎？2．觀察薄膜干涉現(xiàn)象時(shí)，要在有光照的一側(cè)觀察還是在無光照的一側(cè)觀察？提示：1.是由光的干涉現(xiàn)象形成的．2．在有光照的一側(cè)，因?yàn)楸∧じ缮媸乔昂髢蓚€(gè)面的反射光發(fā)生的干涉．1．薄膜干涉的成因如圖所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加，若兩列波疊加后互相加強(qiáng)，則出現(xiàn)亮紋；在另一些地方，疊加后互相減弱，則出現(xiàn)暗紋．故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋．2．薄膜干涉的應(yīng)用(1)檢查平面的平整程度如圖所示，被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個(gè)楔形的空氣薄膜，用單色光照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋．被檢查平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里空氣膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲．【例3】(多選)如圖甲所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到的圖像的條紋中的P和Q的情況如圖乙所示，這說明(

)A．N的上表面A處向上凸起B(yǎng)．N的上表面B處向上凸起C．N的上表面A處向下凹陷D．N的上表面B處向下凹陷√√[解析]利用光的薄膜干涉來檢查平面的平滑情況，就是由標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被檢查平面間形成一個(gè)楔形的空氣薄層，用單色光從上面照射，入射光在空氣層的上、下表面反射形成兩列相干光束．如果被檢測(cè)的平面是平的，那么空氣層的厚度相同的各點(diǎn)的干涉條紋在一條直線上．若是被測(cè)平面的某處凹下去了，這時(shí)干涉條紋就不在一條直線上，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋．這是因?yàn)榘继幍膬墒瓷涔獾穆烦滩钭兇?，它只能與膜厚一些位置的兩反射光的路程差相同而形成同一級(jí)的條紋(路程差相同的干涉條紋為同一級(jí)，一般路程差大的干涉條紋級(jí)別高，路程差小的干涉條紋級(jí)別低)，顯然凹處的級(jí)別增大，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋，故C正確．同理，若是被測(cè)平面某處凸起來了，則該處的干涉條紋將與膜薄一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋，故B正確．[針對(duì)訓(xùn)練3]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，干涉條紋有如下特點(diǎn)：(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜