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第四章 光及其应用
第四节　光的干涉
学习目标：
1.了解光的干涉现象及产生光的干涉的条件。
2.理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征。
3.知道双缝干涉条纹间距公式的推导及应用。
一、光的干涉
思考：
在学习机械波时，我们已经知道干涉现象是波所特有的现象，如果我们能够观察到光的干涉现象，就为光具有波动性提供了有力的实验证据。是否可以推测光可能是一种波？
一、光的干涉
思考：
如何知道光具有波的性质？
一、光的干涉
实验验证——单缝衍射实验
1. 实验原理
单缝衍射实验基于惠更斯-菲涅耳原理，即波前上的每一个点都可以视为次级波源，这些次级波源的波动叠加产生了衍射现象。当光通过单缝时，由于缝的尺寸与光的波长相近，光波发生衍射，形成一系列明暗相间的条纹。
2. 实验现象
一、光的干涉
实验验证——单缝衍射实验
1. 实验原理
单缝衍射实验基于惠更斯-菲涅耳原理，即波前上的每一个点都可以视为次级波源，这些次级波源的波动叠加产生了衍射现象。当光通过单缝时，由于缝的尺寸与光的波长相近，光波发生衍射，形成一系列明暗相间的条纹。
2. 实验现象
单缝衍射条纹的分布证明了光的波动性。
次级亮条纹的出现表明光波不是简单的直线传播，而是会发生弯曲和衍射，这也证明了光的波动性。
一、光的干涉
3、思考：
光能像水波一样发生衍射，是否也能像光一样发生干涉？
问题1：两列波发生稳定的干涉条件是什么？
频率相同、相位差恒定、振动方向相同。（相干波源）
问题2：当两列相干波发生干涉时，你能观察到什么实验现象？
两列波叠加的某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，且加强区和减弱区相互间隔开。
一、光的干涉
4、思考：如何获得相关光源？
一、光的干涉
4、思考：如何获得相关光源？
一、光的干涉
如图所示，用一束平行的红色激光束照射有两条平行狭缝（也称双缝）S1 和S2 的挡板（S1 和S2 相距约 0.1 mm），观察挡板后面与挡板平行的屏幕上所出现的条纹，这些条纹的图案有什么特点？
1801 年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉现象。
一、光的干涉
一、光的干涉
实验现象 ：
两个狭缝后的屏幕上看到了明暗相间的条纹，中央为明纹，且条纹间距相等，表明两束光在叠加区域内发生了干涉。
一、光的干涉
当缝宽与缝到光屏的距离一定时，波长越长，亮纹或暗纹的宽度越大。
一、光的干涉
当波长与缝宽一定时，缝到光屏的距离越大，亮纹或暗纹的宽度越大。
当波长与缝到光屏的距离一定时，缝宽越大，亮纹或暗纹的宽度越大。
一、光的干涉
5、影响条纹间距的因素：
①双缝与屏间的距离；
②双缝之间的距离；
③光的波长；
相同介质中：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫
同一装置中的条纹间距： Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫
一、光的干涉
6、理论推导
当光程差满足 ，两列光波在屏上相互加强，屏上出现亮条纹。
当光程差满足 ，两列光波在屏上相互减弱，屏上出现暗条纹。
一、光的干涉
当两列波的路程差为波长的整数倍，屏上出现亮条纹
相邻两条亮条纹或者暗条纹的中心距离是
亮条纹的位置
过关练1
【练习1】在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝 S1、S2的距离之差 r1＝0.75 μm，光屏上Q点到双缝 S1、S2的距离之差为r2＝1.5 μm.如果用频率为 f＝6.0×1014Hz的黄光照射双缝，光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s，则A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹
B．Q点出现亮条纹，P点出现暗条纹
C．两点均出现暗条纹
D．两点均出现亮条纹
一、光的干涉
白光的干涉图样是什么样的呢？
（1）明暗相间的彩色条纹。
（2）中央为白色亮条纹，也叫零级亮纹。
（3）干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的。
（4）在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内缘。
过关练2
【练习2】用橙色光做双缝干涉实验时，测得双缝间的距离为 0.1 cm，双缝挡板与光屏间的距离 205 cm，第 1 条亮线与第 5 条亮线中心间距为 0.5 cm。求橙色光的波长和频率。
过关练3
【练习3】在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，测量头如图所示，调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，此时螺旋测微器的读数为多少 mm ？转动手轮，使分划线向一侧移动，到另一条亮条纹的中心位置，由螺旋测微器再读出一读数，若实验测得 4 条亮条纹中心间的距离 Δx = 0.960 mm，已知双缝间距 d = 1.5 mm ，双缝到屏的距离 l = l.00 m ，则对应的光波波长为多少 nm ？
二、薄膜干涉及其应用
思考：
用一根吸管蘸一点肥皂溶液，可以吹出一串肥皂泡。每个肥皂泡都呈现出五颜六色，你能解释这个现象吗？
二、薄膜干涉及其应用
1、原理：由于重力作用，薄膜厚度上薄下厚，入射光照在薄膜的不同位置，来自前后两个面的反射光路程差不同，叠加后出现明条纹或暗条纹。
肥皂液膜
二、薄膜干涉及其应用
2、原理：垂直入射到劈面上的一束平行单色光，将在劈尖上、下表面发生反射形成两束相干光，在劈尖的上表面附近就会观察到干涉条纹。
3、劈尖干涉条纹的特征
（1）劈形膜尖处d=0，光程差 而形成暗纹。
（2）明（暗）条纹对应的劈尖的厚度
相邻暗（明）纹劈尖厚度差
二、薄膜干涉及其应用
2、原理：垂直入射到劈面上的一束平行单色光，将在劈尖上、下表面发生反射形成两束相干光，在劈尖的上表面附近就会观察到干涉条纹。
3、劈尖干涉条纹的特征
（1）劈形膜尖处d=0，光程差 而形成暗纹。
（3）干涉条纹的移动
当 θ 增大时， x 间距变小，条纹分布变密；
当 θ 减小时， x 间距变大，条纹分布变疏；
二、薄膜干涉及其应用
4、应用1：用干涉法检查平面。
条纹间距与倾角 θ 的关系：
由于 θ 很小，tanθ≈θ，上式可变形为：
5、应用2：测量薄片厚度
薄片厚度为
二、薄膜干涉及其应用
二、薄膜干涉及其应用
过关练4
【练习4】用干涉法检查厚玻璃板 b 的上表面是否平整的装置如图所示。干涉条纹是由某两个表面反射的光叠加产生的，这两个表面是
A. a 的上表面、b 的下表面
B. a 的上表面、b 的上表面
C. a 的下表面、b 的上表面
D. a 的下表面、b 的下表面
课堂小结
通过本节课的学习：
1、你知道什么是相干波源吗？
2、你还记得杨氏双缝干涉实验亮（暗）条纹的条件吗？
3、你会计算相邻亮（暗）条纹的间距吗？
4、你会分析薄膜干涉吗？

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