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光的干涉
人教版2019版选择性必修第一册
第四章 光
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。光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象。怎样才能观察到光的干涉现象呢？
本节课，我们来学习光的干涉现象。
如图：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。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。这是波特有的现象，双缝干涉实验有力的证明了光是一种波。
双缝干涉的示意图
思考：如何理解光的干涉现象？光屏上为何会出现很多条明暗相间的条纹？
如图：狭缝S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源，它们到屏上P0 点的距离相同。由于S1和 S2发出的两列波到达P0 点的路程一样，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P0点，也就是相位仍然相同。在这点，两列波叠加后相互加强，因此这里出现亮条纹。
双缝干涉的原理图
思考：光屏上哪些位置会出现亮条纹？
光屏上的点P1，它距S2比距S1远一些，两列波到达P1点的路程不相同，两列波的波峰或波谷不一定同时到达P1。如果路程差正好是半个波长 λ，那么，当一列波的波峰到达P1时，另一列波正好在这里出现波谷。这时两列波叠加的结果是互相抵消，于是这里出现暗条纹。
双缝干涉的原理图
思考：光屏上哪些位置会出现暗条纹？
单色激光束
S1
S2
P 中央亮纹△S =0
P1 第一亮纹△S =λ
P2 第二亮纹△S =2λ
P3 第三亮纹△S =3λ
P1' 第一亮纹△S =λ
P2' 第二亮纹△S =2λ
P3' 第三亮纹△S =3λ
Q 1 第一暗纹
Q2 第二暗纹
Q3 第三暗纹
Q1' 第一暗纹
Q2' 第二暗纹
Q3' 第三暗纹
△S=λ/2
△S=3λ/2
△S=5λ/2
△S=λ/2
△S=3λ/2
△S=5λ/2
光的干涉图样分析：
一、光的双缝干涉
①实验过程：让一束单色光投射到有两条相距很近的狭缝S1和S2的挡板上，两条狭缝成为两个新的光源，它们的频率、相位、振动方向总是相同，它们发出的光在挡板后面的空间相互叠加发生干涉现象。
②现象：在光屏上得到明暗相间的条纹。
③实验结论：光是一种波。
④物理史实：1801年，英国物理学家托马斯杨完成了光的双缝干涉实验，证明了光是一种波。
1. 光的双缝干涉实验
一、光的双缝干涉
2. 出现亮暗条纹的条件：
①亮条纹：路程差为半波长的偶数倍。
②暗条纹：路程差为半波长的奇数倍。
光的路程差: △S = r1－r2
光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的。托马斯·杨的时代没有激光。他用日光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。这就是历史上著名的杨氏双缝干涉实验，它有力地证明了光是一种波。
托马斯·杨
光的双缝干涉实验
C
B
①波长λ
③狭缝之间的距离d
②挡板与屏间的距离l
猜想: 影响条纹间距的因素有哪些呢？
单色光
波长：λ
挡板
屏
d：双缝间距
l：挡板到屏的距离
在线段P1S2上作P1M＝P1 S1
由几何知识得
r2－r1＝dsin θ ①
x＝ltan θ≈lsin θ ②
消去 sin θ
r2－r1＝d
d l
亮条纹：d ＝ n λ (n ＝ 0，±1，±2 …)
亮条纹中心的位置为：x ＝ nλ
条纹间距公式推导
条纹间距公式推导
亮条纹中心的位置为：x ＝ nλ
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：
x ＝ λ
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
2. 相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距与波长的关系:
1. 亮条纹中心的位置为：x ＝ nλ
x ＝ λ
① 屏离开挡板的距离l越大，条纹间的距离越大；
双缝之间的距离d越小，条纹间的距离越大；
光波的波长λ越长，条纹间的距离也越大。
②测量条纹间距 x ，双缝到屏的距离l，双缝间的距离d，可以测量出光的波长。
③对于同一干涉装置和同一单色光，条纹之间的距离相等。
结论：波长越长的单色光，干涉条纹间距越大。
用不同的单色光进行实验
B
B
三、薄膜干涉
①由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。
②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。
1. 薄膜干涉的原理
③两列光波路程差为半波长的偶数倍时，形成黄色的亮条纹。路程差为半波长的奇数倍时，形成暗条纹。
薄膜的厚度d至少是入射光在薄膜中波长λ的1/4。使得膜两侧反射的光路程差为λ/ 2，发生干涉相消，从而减少了反射光的强度，由于能量守恒，反射强度减弱，意味着投射强度增强，从而提高了光的透射率。
因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。
2. 应用
增透膜
薄膜厚度
（1）镜片、镜头增透膜
2. 应用
（2）检查精密光学平面的平整度
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。
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度。
①如果被检表面是平整的，得到的干涉条纹就是平行的；
2. 应用
（2）检查精密光学平面的平整度
②如果某处凹下，则对应明条纹(或暗条纹)提前出现；
③如果某处凸起，则对应条纹延后出现。
AC
C

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