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新人教版 选择性必修一
第四章 光
第3节 光的干涉
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？
新课引入
两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强,而在某些区域振动减弱;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。
干涉现象是波动独有的特征，如果光是一种电磁波，那么光也应该能发生干涉现象？
温故知新
问题思考
现象：出现亮暗相间条纹。
学习任务一：光的双缝干涉
等间距
双缝干涉图样特点：
中央亮条纹
明暗相间
1.实验演示
P
P1S2－P1S1= d
光程差
S1
S2
P1
P
学习任务一：光的双缝干涉
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。
2.实验现象分析
（1）中央明条纹形成的原因
S1
S2
P
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。
P
中央亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
光程差：δ= 0
光程差：δ= S1P－S2P
学习任务一：光的双缝干涉
2.实验现象分析
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
学习任务一：光的双缝干涉
2.实验现象分析
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
学习任务一：光的双缝干涉
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：
学习任务一：光的双缝干涉
光束
单缝
双缝
红滤色片
(激光)
屏幕
s0
s1
s2
托马斯·杨
杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。
最早的光的干涉实验
学习任务二：光的干涉条纹与光的波长之间的关系
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
当两列波的路程差为波长的整数倍，即
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
因d l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
有：r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ) ①
另：x＝ltan θ≈lsin θ ②
时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为
S1
S2
P1
P
l
1.亮（暗）纹间距的公式推导
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 :
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
S1
S2
P1
P
l
d
学习任务二：光的干涉条纹与光的波长之间的关系
2.条纹间距的公式
学习任务二：光的干涉条纹与光的波长之间的关系
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.不同色光的干涉条纹
学习任务二：光的干涉条纹与光的波长之间的关系
（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。
4.白光的干涉条纹
二、光的折射
学习任务三：薄膜干涉
1.实验演示
二、光的折射
学习任务三：薄膜干涉
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
2.薄膜干涉的成因
二、光的折射
学习任务三：薄膜干涉
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
白光照射时是彩色条纹
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
2.薄膜干涉的成因
学习任务三：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（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，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。
(a) (b) (c)
单色光
标准样板
薄片
被检测平面
①——检查表面的平整程度
3.薄膜干涉的应用
学习任务三：薄膜干涉
②——增透膜
在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。
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。
镀层薄膜
学习任务三：薄膜干涉
③——牛顿环
干涉图样：中央疏边沿密的同心圆环
将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。
光到底是什么？这个问题早就引起了人们的注意，不过在很长的时期内人们对它的认识却进展得很慢。
到 17 世纪时，科学界已经形成了两种学说。一种是光的微粒说，认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播，牛顿支持微粒说。另一种是光的波动说，是惠更斯首先提出的，认为光是在空间传播的某种波。 微粒说和波动说都能解释一些光现象，但又不能解释当时观察到的全部光现象。
科学漫步
光的本性
到了 19 世纪初，人们在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，不能用微粒说解释，因而证明了波动说的正确性。19 世纪 60 年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光也是一种电磁波。此后，赫兹在实验中证实了这种假说，至此，光的波动理论取得了巨大的成功。
但是，19 世纪末又发现了新的现象——光电效应，这种现象用波动说无法解释。爱因斯坦于20 世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。不过，这里说的光子已经不同于过去说的“微粒”了。
现在人们认识到，光既具有波动性，又具有粒子性。
科学漫步
光的本性
1.双缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为6×10-7 m的橙光做实验时,光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是(　　)
A.P和P1都是亮条纹
B.P是亮条纹,P1是暗条纹
C.P是暗条纹,P1是亮条纹
D.P和P1都是暗条纹
当堂达标训练
B
2.用同一双缝干涉实验装置在真空中做红光和紫光的双缝干涉实验，获得甲、乙两种干涉条纹，如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．甲为紫光，乙为红光
B．甲光在水中的传播速率大于乙光在水中的传播速率
C．在同一种介质中，甲光的折射率大，乙光的折射率小
D．在同一种介质中，甲光的全反射临界角小，乙光的全反射临界角大
当堂达标训练
B
3.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.图甲中,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.图甲中将薄片向着劈尖方向移动使劈角
变大时,条纹变疏
B.图甲中将样板微微平行上移,条纹疏密不变
C.在图甲中如果看到的条纹如图乙所示,说明被检平面在此处是凸起
D.图丙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
当堂达标训练
[解析]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;
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;
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;
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.
4. (多选)如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是 (　 　)
A.干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B.干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D.干涉条纹越来越密是因为空气膜厚度越来越大
当堂达标训练
[解析]由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜,所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面,故A正确,B错误;
由于凸透镜的下表面是圆弧面,所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的,形成不等间距的干涉条纹,若薄膜厚度是均匀变化的,则形成的干涉条纹是等间距的,故C正确,D错误.

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