资源简介

(共33张PPT)
第四章 光
4.3 光的干涉
1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件.
2.理解产生明暗条纹的条件，理解条纹间距与波长的关系.
3.理解薄膜干涉及其应用.
【学习目标】
导入新课
肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。这些彩色条纹或图样是怎样形成的？
一、光的双缝干涉
1.光的干涉实验最早是英国物理学家　　　　　在1801年成功完成的，杨氏实验有力地证明了光是一种　 .
2.双缝干涉实验
(1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生_____
　　.
(2)实验现象：在屏上得到　　　　的条纹.
托马斯·杨
波
干涉
现象
明暗相间
一、光的双缝干涉
1.光的干涉实验最早是英国物理学家　　　　　在1801年成功完成的，杨氏实验有力地证明了光是一种　 .
2.双缝干涉实验
(1)双缝干涉的装置示意图
实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏.
托马斯·杨
波
(2)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.如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏(托马斯·杨当时没有激光).
(3)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且振动情况完全一致的相干光.
(4)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生_____
　　.
(5)实验现象：在屏上得到　　　　的条纹.
干涉
现象
明暗相间
3.屏上某处出现亮、暗条纹的条件
(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝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点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次.
(2)暗条纹的条件：屏上某点P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＝1,2,3，…)
k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.
4.干涉图样
(1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.
(2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹.
5.出现明暗条纹的判断
(1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的　 (填“奇”或“偶”)数倍时，出现亮条纹.
(2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的 (填“奇”或“偶”)数倍时，出现暗条纹.
偶
奇
例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
√
解析　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，故选项C正确.
例2　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，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？(光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s)
答案　见解析
解析　如图所示，双缝S1、S2到光屏上任意一点P的路程之差Δr＝S2S2′，
当Δr等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现亮条纹；
当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，
由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹.
频率为f1的单色光的波长
频率为f2的单色光的波长
可见，用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹，且为第一条亮条纹；
用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为第二条暗条纹.
1.条纹间距是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离.
由数学知识可得条纹间距公式为Δx＝ λ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长.
2.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大.
白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：
(1)白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短.
二、条纹间距与波长的关系
(2)各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹.
(3)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹.
例3　在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是
A.改用蓝色激光 B.增大双缝间距
C.将屏幕向远离双缝的位置移动 D.将光源向远离双缝的位置移动
√
解析　根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝ λ可知，要使Δx增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项C正确，A、B、D错误.
三、薄膜干涉
1.薄膜干涉中相干光的获得
光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差.
2.薄膜干涉的原理
光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹.
3.形成亮、暗条纹的条件
薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果.出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝kλ(k＝0,1,2，3…)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝ λ(k＝1,2,3…).
4.薄膜干涉的应用
(1)检查平面平整度的原理
光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉条纹是等间距的.如果被检测平面某处凹下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起，则对应条纹延后出现.
(2)增透膜的原理
在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零.
例4　用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为
√
解析　由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度.
因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选项B正确.
1.由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时眼睛与光源应在膜的同一侧.
2.在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的.
3.用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹.
归纳总结
例5　如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹.下面关于条纹的说法中正确的是
A.干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两
　表面反射形成的两列光波叠加的结果
B.干涉条纹中的暗条纹是由于两列反射光的波谷与
　波谷叠加的结果
C.将上玻璃板平行上移，条纹间距变窄
D.观察干涉条纹时，应在入射光一侧
√
解析　干涉条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的，故A错误；
干涉条纹中的暗条纹是由于两列反射光的波谷与波峰叠加的结果，故B错误；
将上玻璃板平行上移，条纹间距不变，故C错误；
观察干涉条纹时，眼睛应在入射光的同一侧，故D正确.
返回
SUITANGYANLIAN　 ZHUDIANLUOSHI
课堂练习
1.(杨氏双缝干涉实验)在杨氏双缝干涉实验中，如果
A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
C.若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大
D.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干
　涉条纹
1
2
3
4
√
1
2
3
4
解析　在杨氏双缝干涉实验中，用白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，A错；
用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间的条纹，B对；
若仅将入射光由红光改为紫光，波长变小，条纹间距变小，C错；
红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错.
2.(亮、暗条纹的判断)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，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(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
1
2
3
4
A.P和P1仍为亮条纹
B.P为亮条纹，P1为暗条纹
C.P为暗条纹，P1为亮条纹
D.P、P1均为暗条纹
√
解析　从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知光屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此光屏中央是亮条纹，无论入射光是什么颜色的光、波长多大，P点都是中央亮条纹.
1
2
3
4
而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙.
当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600 nm
＝ λ紫，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹.
综上所述，选项B正确.
3.(双缝干涉条纹间距问题)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的相邻干涉条纹间距Δx1与绿光的相邻干涉条纹间距Δx2相比，Δx1___Δx2(填“＞”“＝”或“＜”).若实验中使用的红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为______ mm.(结果保留三位有效数字)
1
2
3
4
＞
0.300
1
2
3
4
所以红光的双缝干涉条纹间距大，即Δx1＞Δx2.
4.(薄膜干涉)用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些食盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈.将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是
1
2
3
4
A.当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持不变
√
返回
仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而浸多也著于竹帛谓之仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而
谢君一赏

展开更多......

收起↑