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4.3 光的干涉
第四章 光
教学目的
1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。
2.通过双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干光源的设计思想。
3.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。
4.知道条纹间距与波长的关系。
5.知道薄膜干涉条纹的特点，并能用它解释生活中的相关现象。
学习任务
1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。
2.通过双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干光源的设计思想。
3.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。
4.知道条纹间距与波长的关系。
5.知道薄膜干涉条纹的特点，并能用它解释生活中的相关现象。
问题
这些彩色条纹或图样是怎样形成的？
问题
如果两列机械波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉。
怎样才能观察到光的干涉现象？
相干光源
光束
单缝
双缝
红滤色片
(激光)
屏幕
s0
s1
s2
托马斯·杨
让一束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。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,这两个波源就是相干光源。
杨氏双缝实验
被评为十大最美丽实验之一
有什么现象
？
光的干涉
S1
S2
P
δ=0
由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动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，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。
P
中央亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
光的干涉
S1
S2
P1
P1
第一亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
λ
λ
δ=λ
取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出现第一条亮纹。
其他亮纹是如何出现？
光的干涉
P2
第二亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
2λ
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝2λ的P2点出现第二条亮纹。
光的干涉
P3
第三亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
3λ
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。
屏上P2点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ的P3点出现第三条亮纹。
光的干涉
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
……
……
中间的暗条纹是如何形成？
光的干涉
Q1
第一暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
λ/2
P 中央亮纹
S1
S2
P1
λ/2
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。
光的干涉
Q2
双缝
S1
S2
屏幕
3λ/2
Q1
第一暗纹
P 中央亮纹
第二暗纹
屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1’、Q2’、Q3’……等暗纹。
光的干涉
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
P3 / 第二亮纹 δ=2λ
P3 / 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
……
……
光的干涉
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），两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹。
δ＝nλ (n=0．1、2、3、……）
δ＝（n＋　）λ (n=0．1、2、3、……）
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，两列光波在这点相互削弱，这里出现暗条纹。
△x
条纹间距与什么有关？
干涉条纹和光的波长之间的关系
由0于l远远大于d，l远远大于x，
因此
干涉条纹和光的波长之间的关系
对于出现亮纹的点，有：
所以相邻两条
亮条纹或暗条纹间的距离：
议一议：不同颜色的单色光产生的干涉条纹会有什么不同？
干涉条纹和光的波长之间的关系
相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距与波长的关系
1、由上式可知：
屏离开挡板越远，条纹间的距离越大；
光波的波长越长，条纹间的距离也越大．
2、由上式可知：测量条纹间距，双缝到屏的距离，双缝间的距离，可以测量出光的波长。
3、在其他条件不变的清空下，不同颜色的光（波长不同），条纹间距不同
猜想：用蓝光做这个实验，条纹之间的距离比用红光时小；
用紫光时更小
不同颜色的光的干涉条纹
如果用白色的光做干涉，会发生什么现象？
白光干涉
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
白光干涉
白光
红光
兰光
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
明暗相间的条纹，
相邻明纹的间距相同，
强弱相同
(1)、单色光的干涉图样是：
用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的( )
A.1/3倍 B.1/2倍 C. 2倍 D. 3倍
小试牛刀
D
如图所示的四种明暗相间的条纹分别是黄光、紫光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及红光、蓝光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A. 黄蓝紫红 B. 黄红紫蓝 C. 蓝紫红黄 D. 蓝黄红紫
小试牛刀
A
如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时， 在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )
A. 增大S1与S2的间距
B. 减小双缝屏到光屏的距离
C. 将绿光换为红光
D. 将绿光换为紫光
小试牛刀
C
如图是杨氏双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，屏上O点到两缝S1和S2的距离相等。用波长为λ的激光照射双缝，屏上有明暗相间的干涉条纹，把O处的亮条纹记作第0号亮纹，由O向上数分别为1、2、3 号亮纹，第8号亮纹恰好在P处，则S2P S1P为( )
A. 4λ
B. 5λ
C. 8λ
D. 10λ
小试牛刀
C
薄膜干涉
薄膜干涉：来自液膜前后两个面反射的反射光相互叠加，发生干涉现象
不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光（即图中的实线和虚线波形代表的两列光）的路程差不同。
2d=nλ:叠加后相互加强;亮条纹
2d=(n+1/2）λ:叠加后相互削弱;亮条纹
如果是白光，会有什么现象？
薄膜干涉
尝试解释下？
等厚干涉/劈尖干涉
光程差：
明条纹
暗条纹
相邻两暗（明）纹的间距
应用
利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度．如图(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是( )
A. N的上表面A处向上凸起
B. N的上表面B处向下凹陷
C. 若减少薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小
D. 条纹的cd点对应处的薄膜厚度相同
小试牛刀
D
牛顿环
增透膜
小结
一、产生稳定的干涉条纹的条件：两光频率相同。
二、干涉规律
（1）半波长的偶数倍时出现亮条纹；
（2）半波长的奇数倍时出现暗条纹．
三、同样条件的双缝实验，用不同的色光
得到的相邻亮（暗）条纹间的宽度不等。
S1
S2
P1
P
红光
兰光
白光
如图所示，甲、乙两幅图分别是a、b两束单色光，经过单缝的衍射图样。这下列说法正确的是( )
A. 在真空中，a光的波长比b光小
B. 在同一介质中传播，a光的传播速度比b光小
C. 两束单色光分别入射到同一双缝干涉装置时，在光屏上b光亮纹的条数更多
D. 当两束光从空气中射向玻璃时，a光不发生全反射，但b光可能发生全反射
小试牛刀
C
谢君一赏

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