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5.1
涉
的
干
光
波的干涉
频率和振动方向相同的两列波叠加后，振动加强和振动减弱的区域互相间隔、稳定分布的现象，称为波的干涉。
干涉、衍射、偏振是波特有的现象，光是电磁波，是否也会产生这些现象呢？
1、光的干涉及其产生条件
双缝干涉现象
将一束激光照射到双缝上，光通过双缝后照射到光屏上，可观察到屏上出现明暗相间的条纹。
杨氏双缝干涉实验
激光光源发出的光，同时投射到缝S1和缝S2上，被分成两列光波。这两列光波振动频率、振动方向都相同，在双缝后相遇，出现振动加强和减弱相间的区域，在屏上就出现了明暗相间的干涉条纹。
光波产生干涉的条件：① 频率相同
② 振动方向相同
③ 相位差恒定
符合这三个条件的光源叫相干光源。
干涉是波特有的一种现象，光确实具有波的特性。
在一个房间里同时开两盏白炽灯，测看到干涉现象吗？
钨丝中的钨原子发出的光波的频率、振方向多种多样，发出光波的时间也各有先后，这样叠加在一起只能形成一片均匀的亮光，所以一般不容易观察到干涉现象，有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。
1801年，英国物理学家托马斯·杨巧妙解决了相干光问题，首次在实验室成功进行了光的干涉实验，即著名的杨氏双缝干涉实验。
装置特点：
1、单孔的作用：是获得点光源
2、双孔的作用：相当于两个振动情况完全相同的光源，双孔的作用是获得相干光源
光束
单缝
双缝
红滤色片
屏幕
s0
s1
s2
2、光的双缝干涉公式
干涉图样的特点：1）形成明暗相间的条纹
2）亮纹间等距、暗纹间等距
3）两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹
P1S2－P1S1= d
光程差
S1
S2
P
d
S1
P
PS1
S2
P
PS2
光程差d=0，S1、S2步调一致，该点振动加强。（亮）
S1
S2
P1
P
d
S1
S2
P1
P1
P1S1
P1S2
d
光程差d= λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗）
S1
S2
P2
P
d
S1
S2
P2
P2
P1S1
P1S2
d
光程差d= λ ，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。(亮）
（1）亮纹（振动加强点）
（2）暗纹（振动减弱点）
光程差为波长的整数倍
Δr= ± nλ（ n=0，1，2，3 · · ·）
光程差为半波长的奇数倍
Δr = ±（2n+1)λ/2 (n=0,1,2,3 · · ·）
双缝
S1
S2
屏幕
P1 第一亮纹 δ=λ
P 中央亮纹 δ=0
P2 第二亮纹 δ=2λ
P3 / 第三亮纹 δ=3λ
P3 第三亮纹 δ=3λ
P2 / 第二亮纹 δ=2λ
P1 / 第一亮纹 δ=λ
Q2 第二暗纹
Q 1 第一暗纹
Q3 第三暗纹
Q3 / 第三暗纹
Q2 / 第二暗纹
Q1 / 第一暗纹
δ=5λ/2
δ=λ/2
δ=3λ/2
δ=5λ/2
δ=3λ/2
δ=λ/2
双缝
S1
S2
屏幕
什么是干涉条纹的间距
△x
△x
条纹间距：亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离。
亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。
亮
亮
L
L
屏
屏
波长越大，相邻的亮纹间距越大
亮
亮
亮
d2
d1
亮
L
L
屏
屏
双缝的距离d越小，相邻的亮纹间距越大
屏A
屏B
L1
L2
d
双缝与屏的距离l越大，相邻的亮纹间距越大
设相邻两条亮条纹或暗条纹中心间距为△y,λ为光波的波长，d为双缝间距离，l为双缝到光屏的距离。
理论推导
①
②
①2-②2
（1）若r2－r1=λ，则：
（2）若r2－r1=λ/2，则：
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
红光波长最大，紫光波长最小
白光
红光
蓝光
亮暗相间彩色条纹．
…
…
(2)、白光的干涉图样是：
中央是白色条纹，两侧是彩色条纹
(1)、单色光的干涉图样是：
明暗相间的条纹，相邻明 纹的间距相同，强弱相同
光的干涉条纹的特点:
用橙色光做双缝干涉实验时，测得双缝间的距离为0.1cm，双缝挡板与光屏间的距离为205cm，第1条亮线与第5条亮线中心间距为0.5cm。求橙色光的波长和频率。
解
如果把实验装置放入折射率大于1的介质中，保持l 和d不变，条纹间距会不同吗？
光在不同介质中的传播速度不同。如果光在某介质中沿直线传播的距离为 l，经历时间为 t，传播速度为 v，则
nl 称为光程，用δ表示。如果光在真空或空气中传播，n=1，则光程和路程相等。光程可理解为在相同时间内光在真空中传播的距离。
又
得
在真空或空气中n=1
3、薄膜干涉及其应用
与干涉有关的现象
肥皂液膜上的干涉
在酒精灯灯芯上撒一些食盐，灯焰能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂液中蘸一下，使铁丝圈挂上一层薄薄的液膜，用酒精灯的黄光照射液膜，液膜反射的光能使我们看到灯焰的像。为什么灯焰的像会出现明暗相间的横条纹？
实验时,应从哪个角度观察干涉条纹
灯焰的像是液膜前后两个面反射的光形成的，这两列光波的频率相同，发生干涉。竖直放置的肥皂液膜受到重力的作用，下面厚，上面薄，形成水平方向的明暗相间的条纹。由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。
膜厚度d
亮条纹 2d=nλ
(n=0,1,2,3 ...）
暗条纹 2d= (2n+1)λ/2
(n=0,1,2,3 ...）
用白光照射肥皂液膜，由于各色光干涉后的条纹间距不同，液膜上就会出现彩色条纹。
两块叠放在一起的玻璃板之间存在很薄的一层空气薄膜，光波分别在与该空气薄膜接触的两玻璃面上反射。当这两部分反射光相遇时，也会产生薄膜干涉，形成干涉条纹。
轻压玻璃板，被压处空气薄膜的厚度会变化，从而导致干涉条纹弯曲变形。可利用这一特点来检查平面的平整程度。
如图所示，在被测平面上放一个透明的标准平面样板，在样板的一端垫一个薄片，使标准平面和被测平面之间形成一个楔形空气薄膜；再用单色光照射样板，这时分别从空气薄膜上、下两表面反射的两列光波就会发生干涉。如果被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直条纹；如果干涉条纹发生弯曲，就表明被测表面不平。这种测量的精度可达10-8m。
空气
检验光学元件表面的平整度
测细丝的直径
牛顿环:由一块平板玻璃和一平凸透镜组成
增透膜
薄膜厚度d=λ/4
增透膜：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。
薄膜厚度d=λ/2
增反膜：从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于一个波长，它们干涉加强，增加了反射光的能量，减小了透射光的能量。
别低头，王冠会掉！

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