43光的干涉【大單元教學】高二物理（人教版2019選擇性）

4.3光的干涉第四單元《光》1物理觀念：知道光的干涉條件，能用干涉條件解釋薄膜干涉。形成光的波動性認知觀念。2科學思維：利用光程差的概念，理解產(chǎn)生明暗條紋的條件和相鄰兩個亮（暗）條紋中心間距與波長的關(guān)系。描述別光的干涉圖樣。3科學探究：嘗試用科學探究的方法研究物理問題：能正確處理數(shù)據(jù)，測出某頻率色光的波長大小。能從多個角度進行實驗誤差分析。經(jīng)歷測量過程，能分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)特點，形成結(jié)論，解釋并交流實踐成果。4科學態(tài)度與責任：具有學習和研究物理的好奇心與求知欲，形成探索自然的內(nèi)在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態(tài)度。培養(yǎng)將物理實驗成果服務(wù)社會生產(chǎn)生活的應(yīng)用意識。核

心

素

養(yǎng)一、驅(qū)動問題收集一個完好的廢棄光盤，剝掉它的背面廣告貼紙層，然后通過膠水做一個滑動的軌道，將蓋上中心孔但是漏光的光盤固定在另一端。點亮一個白色的移動小光源，然后按要求視頻進行移動操作。你會發(fā)現(xiàn)什么有趣的現(xiàn)象？這種魔幻炫彩的動感七色光圈是怎樣形成的呢？你能做一個這樣的實踐操作嗎？點擊播放視頻二、光的雙縫干涉

兩列頻率相同的水波(相干波)相遇時,在某些區(qū)域振動加強(波峰與波峰、波谷與波谷疊加),而在某些區(qū)域振動減弱(波峰與波谷疊加);且振動加強的區(qū)域與振動減弱的區(qū)域相互間隔.這種現(xiàn)象叫波的干涉。復(fù)習回顧：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？二、光的雙縫干涉（一）問題與思考光要發(fā)生干涉現(xiàn)象需要滿足什么條件？頻率和振動情況一致相干光源有沒有什么方法可以獲得相干光—頻率相同的光呢？天才的設(shè)想巧妙解決了相干光問題光束單縫雙縫紅濾色片

(激光)屏幕s0s1s2托馬斯·楊楊氏雙縫實驗被評為十大最美麗實驗之一。二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉演示實驗：觀察光的干涉現(xiàn)象二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉實驗現(xiàn)象分析

一束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。狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，這兩個光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加。振動加強的地方出現(xiàn)亮條紋，振動減弱的地方出現(xiàn)暗條紋。S1S2**屏幕單色激光束二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉什么時候出現(xiàn)亮條紋，什么時候又出現(xiàn)暗條紋呢？紅濾色片單縫S1S2S***屏幕二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉S1S2Pδ=0

由于從S1S2發(fā)出的光是振動情況完全相同，又經(jīng)過相同的路程到達P點，其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的也一定是波峰，其中一條光傳來的是波谷，另一條傳來的也一定是波谷，確信在P點激起的振動總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A＝A1+A2為最大，P點總是振動加強的地方，故應(yīng)出現(xiàn)亮紋，這一條亮紋叫中央亮紋。實驗現(xiàn)象解讀——亮紋P中央亮紋雙縫S1S2屏幕二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉實驗現(xiàn)象解讀——亮紋S1S2P1

λδ=λ

取P點上方的點P1，從S1S2發(fā)出的光到P1點的光程差就不同，若這個光程差正好等于波長的整數(shù)倍，比如δ=S1－S2=λ，出現(xiàn)第一條亮紋。P1

第一亮紋雙縫S1S2屏幕二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉P2

第二亮紋雙縫S1S2屏幕2λ實驗現(xiàn)象解讀——亮紋P3

第三亮紋雙縫S1S2屏幕3λ

屏上P1點的上方還可以找到δ=S1－S2＝4λ的P2點，δ=S1－S2＝5λ的P3點……等處的第四條、第五條……亮紋；在中央明紋P的下方可找到δ=S1－S2＝λ的P1/點，δ=S1－S2＝2λ的P2/點，δ=S1－S2＝3λ的P3/點等處與中央明紋為對稱的第一、第二、第三…，第n條亮紋。二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉實驗現(xiàn)象解讀——暗紋Q1

第一暗紋雙縫S1S2屏幕λ/2P

中央亮紋S1S2P1

λ/2

取P點上方的點Q1，與兩個狹縫S1、S2路程差δ=S1－S2＝λ/2，其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的就是波谷，其中一條光傳來的是波谷，另一條傳來的一定是波峰，Q1點激起的振動總是波峰與波谷相遇，振幅最小，Q1點總是振動減弱的地方，故應(yīng)出現(xiàn)暗紋。二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉實驗現(xiàn)象解讀——暗紋Q2

第二暗紋雙縫S1S2屏幕3λ/2Q1

P

中央亮紋

屏上Q1點的上方還可以找到δ=S1－S2＝3λ/2的Q2點出現(xiàn)第二條暗紋。同樣可以找到第三條暗紋Q3……，在中央明紋下方也可以找到對稱的Q1/、Q2/、Q3/……等暗紋。二、光的雙縫干涉（二）光的雙縫干涉Q2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/2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=3λP2/

第二亮紋δ=2λP1/

第一亮紋δ=λ由此可以得出出現(xiàn)暗條紋的規(guī)律是什么？暗紋規(guī)律：n=0、1、2、3……光程差是半波長的的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋。三、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系（一）亮（暗）紋間距的公式推導(dǎo)

如圖所示，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。相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為與波長有什么關(guān)系？在線段P1S2上作P1M＝P1S1，則S2M＝r2－r1，有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)

①另：x＝ltanθ≈lsinθ②當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S1S2P1Pldxr2r1MM三、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系（二）干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為S1S2P1Pld（2）雙縫之間的距離d:（3）雙縫與屏間的距離l:波長越大，相鄰的亮紋間距越大（1）波長λ:d越小，相鄰的亮紋間距越大l越大，相鄰的亮紋間距越大由此可以得出，相鄰明（暗）紋間的距離大小受哪些因素的影響？三、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－靛490－450黃600－580紫450－400（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>λ紫（2）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>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)系同一個裝置，不同單色光干涉條紋寬度大小規(guī)律是怎樣的？三、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系（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：如果用白光做雙縫干涉實驗，會得到怎樣的干涉條紋？為什么？會得到中央條紋是白色兩側(cè)為彩色條紋的干涉條紋，而且同一級條紋內(nèi)紫外紅。因為白光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色組成的復(fù)色光，且從紅光到紫光波長逐漸變短。各種色光都能形成明暗相間的條紋，都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋。兩側(cè)條紋間距與各色光的波長成正比，條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋。四、薄膜干涉演示視頻（一）觀察與思考四、薄膜干涉（二）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。薄膜干涉成因前表面后表面四、薄膜干涉（二）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四、薄膜干涉（三）薄膜干涉的應(yīng)用1.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（b）所示；如果觀察到的干涉條紋如圖（c）所示，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10-6cm。(a)(b)(c)單色光標準樣板薄片被檢測平面四、薄膜干涉（三）薄膜干涉的應(yīng)用2.增透膜

因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。照相機的增透膜鍍層薄膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)。當薄膜的厚度適當時，在薄膜的兩個表面上反射路程差恰好等于半個波長，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。四、薄膜干涉（三）薄膜干涉的應(yīng)用3.牛頓環(huán)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)。課堂小結(jié)光的干涉雙縫干涉實驗裝置：雙縫干涉儀干涉條件：頻率相同、振動情況相同的光干涉圖樣：單色光是明暗相間、等間距的條紋明暗條件n=0、1、2、3……明紋：暗紋：n=0、1、2、3……條紋間距：薄膜干涉及應(yīng)用課堂反饋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課堂反饋【答案】C【詳解】兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相同，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，但分別用紅色濾光片和綠色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不同，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋。故選C。課堂反饋2．a(chǎn)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，則下列敘述正確的是（）A．a(chǎn)光的頻率較大 B．b光的頻率較小C．a(chǎn)光的波長較大 D．b光的波長較大C課堂反饋課堂反饋D課堂反饋課堂反饋4．利用薄膜干涉的原理可以檢查平面的平整度和制成鏡頭增透膜。圖1中，讓單色光從上方射入，這時從上方看可以看到明暗相間的條紋，下列說法正確的是（）A．圖1中將薄片向著劈尖方向移動使劈角變大時，條紋變疏B．圖1中將樣板微微平行上移，條紋疏密不變C．在圖1中如果看到的條紋如圖2所示，說明被檢平面在此處是凸起D．圖3中鍍了增透膜的鏡頭看起來是有顏色的，那是增透了這種顏色的光的緣故B課堂反饋【答案】B【詳解】A．當將薄片向著劈尖方向移動使劈角變大時，相鄰亮條紋或暗條紋中心間距變小