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§3 光的干涉
选择性必修 第一册
第四章 光
观察与思考：
1.为什么肥皂泡和雨后路上的油膜是彩色的呢？
2.这些彩色的图样是怎样形成的？
光的双缝干涉
01
干涉条纹和光的波长之间的关系
02
薄膜干涉
03
两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔.这种现象叫波的干涉。
复习回顾：
光是一种电磁波，那么光也应该发生干涉现象，怎样才能观察光的干涉现象呢？
光的双缝干涉
托马斯·杨
1.装置特点：
1）双缝到单缝的距离相等
2）双缝很近 d=0.1mm
3.单缝作用：
获得线光源．
4.双缝作用：
获得两个频率相同、振动完全相同的相干光源.
一、光的双缝干涉
2.滤光片作用：
获得单色光．
单色激光束
屏
等间距
4、双缝干涉图样特点：
S1
S2
亮条纹的中心线
亮条纹的中心线
暗条纹的中心线
暗条纹的中心线
双缝
中央亮条纹
明暗相间
思考：为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？请用我们所学的波动知识来解释。
叠加（振动）加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
P
P1S2－P1S1= d
光程差
S1
S2
P1
P
讨论：亮纹和暗纹为什么相间（依次出现）呢？
（1）中央明条纹形成的原因
S1
S2
P
P
中央亮纹
由于S1S2到中央亮纹的距离是相等的, 又由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，那么,当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故出现亮纹。
双缝
S1
S2
屏幕
光程差：δ= 0
光程差：δ= S1P－S2P
S1
S2
P1
P
d
S1
S2
P1
P1
P1S1
P1S2
d
S1
S2
P1
d =λ/2
光程差d= λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗）
（2）第一暗纹形成原因
S1
S2
P2
P
d
S1
S2
P2
P2
P1S1
P1S2
d
S1
S2
P2
d =λ
光程差d= λ ，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。(亮）
（3）第一亮纹形成原因
光程差：
S1
S2
P1
P
l
（4）双缝干涉规律
n=0、1、2、3……
暗纹：
n=0、1、2、3……
亮纹：
1.光的双缝干涉实验，有力的证明了光具有什么样的特性？
思考与讨论：
2.光的双缝干涉条纹特征，如条纹间距、宽度等，能反映出光的波长、频率等信息吗？
3.不同颜色的单色光产生的干涉条纹会有什么不同？
M
r2-r1=dsinθ
两列波的路程差为波长的整数倍，即：
（k=0,1,2…)出现亮条纹，
亮条纹位置为：
二、干涉条纹和光的波长之间的关系

相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为:
1.相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（2）双缝之间的距离d:
（3）双缝与屏间的距离 l :
S1
S2
P1
P
l
波长越大，相邻的亮纹间距越大
（1）波长λ:
d越小，相邻的亮纹间距越大
l越大，相邻的亮纹间距越大
d
各色光在真空中的波长 光的 颜色 波长 nm 光的 颜色 波长
nm
红 770－620 绿 580－490
橙 620－600 蓝－靛 490－450
黄 600－580 紫 450－400
（2）不同颜色的光频率不同：f红（1）相同介质中，不同的光波长不同：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫
（3）相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同： Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫
2.不同单色光干涉条纹宽度：
用白光做双缝干涉实验
3.白光的干涉图样特点：
（1）明暗相间的彩色条纹；
（2）中央为白色亮条纹；
（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侧，紫光在内侧。
用肥皂膜做薄膜干涉实验
思考与讨论：
1.你会看到什么现象？
2.为什么会出现这样的现象？
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。
光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。
前表面
后表面
三、薄膜干涉
1.薄膜干涉成因：
光程差为半波长的偶数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
观察条纹的方向，是竖直还是水平？想想为什么？
三、薄膜干涉
三、薄膜干涉
2、应用
照相机的增透膜
增透膜
薄膜厚度
在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长。它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。
增透膜厚度：
标准样板
待检部件
空气薄层
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹。
检查表面的平整程度
三、薄膜干涉
标准样板
待检部件
空气薄层
（1）光在空气层的上下表面发生反射,这两束反射光发生干涉.
（2）如果被检测表面的平整的,将看到与底线平行的干涉条纹.
三、薄膜干涉
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的，如图甲；如果观察到的干涉条纹如图乙丙，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。
甲
乙
丙
被检测平面
薄片
标准样板
单色光
三、薄膜干涉
讨论与思考：
根据我们刚才学习的薄膜干涉的知识，你是否可以解释为什么肥皂泡和雨后路上的油膜是彩色的呢？
光的干涉
双缝干涉
实验装置：双缝干涉仪
干涉条件：频率相同、振动情况相同的光
干涉图样：单色光是明暗相间、等间距的条纹
明暗条件
n=0、1、2、3……
明纹：
暗纹：
n=0、1、2、3……
条纹间距：
薄膜干涉及应用
1．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），已知红光与绿光的频率、波长均不相等，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，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在
D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹
C
【答案】C
【详解】两列光波发生干涉的条件之一是频率相同，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不同，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹。
故选C。
2．a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示，则下列叙述正确的是（　　）
A．a光的频率较大
B．b光的频率较小
C．a光的波长较大
D．b光的波长较大
C
D
4．利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜。图1中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是（　　）
A．图1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏
B．图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变
C．在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凸起
D．图3中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故
B
【答案】B
【详解】A．当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；
B．将样板平行上移，导致原来满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；
C．从弯曲的条纹可知，此处检查平面左边处的空气膜厚度与右面的空气膜厚度相同，知此处凹陷，故C错误；
D．照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种膜称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因该种颜色的光没有增透造成的，故D错误。故选B。
5．当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立，而前下方又弥漫云雾时，有时会在前下方的天幕上看到一个外红内紫的彩色光环，这就是神奇的“佛光现象”。佛光是一种奇特的自然现象，当阳光照射较厚的云层时，日光射透云层后，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射在穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象。那么，下述现象中与“佛光”现象成因相同的是（　　）
A．雨后的彩虹
B．孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓
C．路面上的油膜阳光下呈现彩色
D．阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑
B
【答案】B
【详解】A．雨后的彩虹是因为光的折射，故A错误；
B．只有孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓是因为光的反射和衍射而形成的，故B正确；
C．路面上的油膜是因为干涉形成的，故C错误；
D．阳光照射形成的光斑是因为光的直线传播而形成的小孔成像，故D错误。
故选B。
本节课结束
谢谢聆听

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