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光的干涉
学习目标：
1．了解杨氏双缝干涉实验装置、现象、干涉条件。
2．了解相干光源的概念。
重点：1．光的干涉图样。
2．产生干涉条纹的条件。
难点：1．判断光屏上某一点出现的条纹情况。
2．用波动学说解释光的干涉现象中明暗条纹形成的原因。
知识点一、杨氏双缝干涉实验
1．史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
2．双缝干涉实验
（1）双缝干涉的装置示意图：有光源、单缝、双缝和光屏。
①单缝屏的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。
②双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。
（2）实验过程：如图，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，两条狭缝就产生两个光源，它们的振动情况总是相同，两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。
（3）实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
（4）实验结论：证明光是一种波。
（5）现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数时（即恰好等于波长的整数时），两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这一点相互削弱，这里出现暗条纹。
【题1】如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则
A．不再产生条纹 B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向上移
D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
【答案】D
【解析】本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移。
【题2】如图所示，从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为
A．手电筒射出的光不是单色光 B．干涉图样太细小看不清楚
C．周围环境的光太强 D．这两束光为非相干光源
【答案】D
【解析】两束光为非相干光源，不满足干涉产生的条件。
【题3】在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
【答案】C
【解析】红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象，故不能产生干涉条纹。
【题4】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1=5.0×1014 Hz和f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是
A．单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹
B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹
D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹
【答案】C
【解析】如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差d=S2S2′，当d等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时达到波峰或波谷，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现明条纹；当d等于单色光半个波长的奇数倍，S2达到波峰时，S1达到波谷，这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹。
单色光f1的波长λ1== m=0.6×10-6 m=0.6 μm
单色光f2的波长λ2== m=0.4×10-6 m=0.4 μm可见d1=λ1，d2=λ2，故正确的选项应为C。
知识点二、光的干涉
1．定义：由两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些地方相互减弱，且加强区与减弱区相间隔的现象，叫做光的干涉。
2．相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。能发生干涉的两列波称为相干波，相干光源可用同一束光分成两列而获得。
3．产生的条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定（振动情况相同）
说明：任意两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象。
4．干涉现象只是光波能量的重新分配。暗纹处光能量几乎为零，亮纹处能量较强。
知识点三、双缝干涉图样
1．屏上某处出现亮、暗条纹的条件：频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：
①亮条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·（k＝0，1，2，3…）
k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的中心O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮纹。
②暗条纹的条件：屏上某点到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1－PS2|＝（2k＋1） （k＝0，1，2，3…）
2．干涉图样特点
（1）单色光的干涉图样：若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中央为亮条纹，两相邻亮纹（或暗纹）间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。
（2）白光的干涉图样：若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。这是因为
①从双缝射出的两列光波中，各种色光都形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。
②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮纹间宽度最大。紫光亮纹间宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
【特别提醒】用白光做干涉实验，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是从大到小，屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红。
3．现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这一点相互削弱，这里出现暗条纹。
【题5】对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是
A．不同的色光有可能产生干涉现象 B．不同的色光不可能产生干涉现象
C．光的强度不同有可能产生干涉现象 D．光的强度不同不可能产生干涉现象
【答案】BC
【解析】两列光波叠加是否发生干涉现象关键是看两列光是否是相干光，与光的频率、相位、振动方向有关，不同的色光频率一定不相同，所以不可能产生干涉现象，B项正确，光的强度不同则有可能满足相干，光当然能产生干涉现象，C项正确。
【题6】如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央，P处观察到亮条纹（PS1=PS2），在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心（即P1到S1、S2的路程差为一个波长）。现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则
A．P和P1仍为亮点 B．P为亮点，P1为暗点
C．P为暗点，P1为亮点 D．P、P1均为暗点
【答案】B
【解析】从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光，由题意，屏中央P点到S1、S2距离相等，即由S1、S2分别射出的光到P点的路程差为零，因此是亮纹中心．因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮纹的中心，而P1点到S1、S2的路程差刚好是橙色光的一个波长，即|P1S1－P2S2|=600 nm当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1－P2S2|=600 nm=（1+）×400 nm=紫，所以，P1点成为暗纹中心。
【题7】市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处．这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为
A．λ B．λ C． D．λ
【答案】B
【解析】为减小反射的热效应显著的红外线，要求红外线在薄膜的前、后表面反射后叠加作用减弱，即光程差为半波长的奇数倍，故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的1/4。
【题8】某同学自己动手利用图所示器材观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏，当他让一束阳光照射A时，屏C上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能是
A．单缝S太窄 B．单缝S太宽 C．S到S1和S2距离不等 D．阳光不能作光源
【答案】B
【解析】双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看作是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于不满足相干条件，单缝太宽。
【题9】如图所示，在双缝干涉实验中，若用λ1＝5×10－7m的光照射，屏上O点是中央亮条纹，屏上A点为第二级亮条纹所在处。若换用λ2＝4×10－7m的光照射时，屏上O点处是什么情况，屏上A点处又是什么情况？
【答案】第三暗条纹
【解析】从双缝到屏上O点的距离之差，无论用何种频率的光入射，路程差总是零。所以O点仍然是亮条纹。从双缝到屏上A点的路程差d＝S2A－S1A，用λ1光入射时为第二亮条纹，即d＝2λ1
代入数据d＝10×10－7m，这个路程差10×10－7m对于λ2的光波来说＝2.5
即为半径长的奇数倍，A处为暗条纹d＝（2k＋1）（k＝0，±1，±2，…）10×10－7m＝（2k＋1）m，即k＝2当k＝0时为第一暗条纹，所以当k＝2时应为第三暗条纹。
【题10】如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为
A．　　　B．　　　C．　　　D．
【答案】D
【解析】在某点产生暗条纹的条件是：光程差r2－r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹，说明r2－r1＝λ， 由c＝λf得：λ＝，则r2－r1＝。
关于光的干涉现象理解的四个误区
误区1：误认为单色光的双缝干涉条纹，中间宽，两边窄
产生误区的原因是对干涉图样认识不清。单色光的干涉条纹是平行等间距的。
误区2：误认为频率相同的两列光一定能发生干涉
出错的原因是对光发生干涉的条件理解不深，两列光要想发生干涉必须频率相同，还要振动方向相同，相位差恒定。
误区3：误认为屏上到双缝距离相等的中央位置一定是亮条纹
其原因是对中央位置是亮条纹还是暗条纹的条件不清楚，双缝到光屏中央距离相等，光程差为零。若两光源振动完全一致，中央一定是亮条纹，若两光源振动恰好相反，则中央为暗条纹。
误区4：误认为产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差为半波长的整数倍
产生误区的原因是没有分清产生明、暗条纹的条件，产生明条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于波长的整数倍，而产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于半波长的奇数倍。光的干涉
学习目标：
1．了解杨氏双缝干涉实验装置、现象、干涉条件。
2．了解相干光源的概念。
重点：1．光的干涉图样。
2．产生干涉条纹的条件。
难点：1．判断光屏上某一点出现的条纹情况。
2．用波动学说解释光的干涉现象中明暗条纹形成的原因。
知识点一、杨氏双缝干涉实验
1．史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
2．双缝干涉实验
（1）双缝干涉的装置示意图：有光源、单缝、双缝和光屏。
①单缝屏的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。
②双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。
（2）实验过程：如图，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，两条狭缝就产生两个光源，它们的振动情况总是相同，两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。
（3）实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
（4）实验结论：证明光是一种波。
（5）现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数时（即恰好等于波长的整数时），两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这一点相互削弱，这里出现暗条纹。
【题1】如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则
A．不再产生条纹 B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向上移
D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
【题2】如图所示，从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为
A．手电筒射出的光不是单色光 B．干涉图样太细小看不清楚
C．周围环境的光太强 D．这两束光为非相干光源
【题3】在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
【题4】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1=5.0×1014 Hz和f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是
A．单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹
B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹
D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹
知识点二、光的干涉
1．定义：由两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些地方相互减弱，且加强区与减弱区相间隔的现象，叫做光的干涉。
2．相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。能发生干涉的两列波称为相干波，相干光源可用同一束光分成两列而获得。
3．产生的条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定（振动情况相同）
说明：任意两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象。
4．干涉现象只是光波能量的重新分配。暗纹处光能量几乎为零，亮纹处能量较强。
知识点三、双缝干涉图样
1．屏上某处出现亮、暗条纹的条件：频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：
①亮条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·（k＝0，1，2，3…）
k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的中心O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮纹。
②暗条纹的条件：屏上某点到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1－PS2|＝（2k＋1） （k＝0，1，2，3…）
2．干涉图样特点
（1）单色光的干涉图样：若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中央为亮条纹，两相邻亮纹（或暗纹）间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。
（2）白光的干涉图样：若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。这是因为
①从双缝射出的两列光波中，各种色光都形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。
②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮纹间宽度最大。紫光亮纹间宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
【特别提醒】用白光做干涉实验，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是从大到小，屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红。
3．现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这一点相互削弱，这里出现暗条纹。
【题5】对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是
A．不同的色光有可能产生干涉现象 B．不同的色光不可能产生干涉现象
C．光的强度不同有可能产生干涉现象 D．光的强度不同不可能产生干涉现象
【题6】如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央，P处观察到亮条纹（PS1=PS2），在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心（即P1到S1、S2的路程差为一个波长）。现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则
A．P和P1仍为亮点 B．P为亮点，P1为暗点
C．P为暗点，P1为亮点 D．P、P1均为暗点
【题7】市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处．这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为
A．λ B．λ C． D．λ
【题8】某同学自己动手利用图所示器材观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏，当他让一束阳光照射A时，屏C上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能是
A．单缝S太窄 B．单缝S太宽 C．S到S1和S2距离不等 D．阳光不能作光源
【题9】如图所示，在双缝干涉实验中，若用λ1＝5×10－7m的光照射，屏上O点是中央亮条纹，屏上A点为第二级亮条纹所在处。若换用λ2＝4×10－7m的光照射时，屏上O点处是什么情况，屏上A点处又是什么情况？
【题10】如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为
A．　　　B．　　　C．　　　D．
关于光的干涉现象理解的四个误区
误区1：误认为单色光的双缝干涉条纹，中间宽，两边窄
产生误区的原因是对干涉图样认识不清。单色光的干涉条纹是平行等间距的。
误区2：误认为频率相同的两列光一定能发生干涉
出错的原因是对光发生干涉的条件理解不深，两列光要想发生干涉必须频率相同，还要振动方向相同，相位差恒定。
误区3：误认为屏上到双缝距离相等的中央位置一定是亮条纹
其原因是对中央位置是亮条纹还是暗条纹的条件不清楚，双缝到光屏中央距离相等，光程差为零。若两光源振动完全一致，中央一定是亮条纹，若两光源振动恰好相反，则中央为暗条纹。
误区4：误认为产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差为半波长的整数倍
产生误区的原因是没有分清产生明、暗条纹的条件，产生明条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于波长的整数倍，而产生暗条纹的条件是屏上某点到两光源的路程差等于半波长的奇数倍。

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