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第四章 光
第3节 光的干涉
《选择性必修第一册》（人教版）
肥皂泡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或图样
彩色条纹是怎样形成？
一、光的双缝干涉现象
1.实验
2.视频——杨氏双缝干涉（1801年）
为什么会形成双缝干涉现象呢？
机械波的干涉
两列频率相同的波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);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
水波的干涉
3.相关知识复习
单缝
双缝
S1
S
S2
屏
获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)
②双缝的作用：
①单缝的作用：
获得所需光源
4.实验分析：
杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波
二、对光的双缝干涉现象的解释
1.干涉图样的特点:
S1
S2
双缝
屏幕
P0 中央亮纹
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，当其中一条光线传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光线传来的是波谷时，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。
光程差δ=S2P0－S1P0=0
P1
第一亮纹
取P0点上方的点P1，若从S1S2发出的光到P1点的光程差，正好等于一个波长δ = S1P1－S2P2=λ，则当其中一条光线传来的是波峰时，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P1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，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。
λ
第一条亮纹的形成原因分析
光程差δ=S2P1－S1P1=λ
双缝
S1
S2
屏幕
P2
第二亮纹
2λ
第二条亮纹的形成原因分析
光程差δ=S2P2－S1P2=2λ
双缝
S1
S2
屏幕
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
当光程差δ= nλ 时出现亮纹
以此类推
当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，故出现暗纹。
2.暗条纹形成的原因
取P0点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2光程差δ= S1Q1－S2Q1＝λ/2
光程差 δ = λ/2
Q1
第一暗纹
δ
双缝
S1
S2
屏幕
取P0点上方的点Q2，与两个狭缝S1、S2光程差δ= S1－S2＝3λ/2
当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光线传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q2点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q2点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。
δ= 3λ/2
Q1
第一暗纹
δ
双缝
S1
S2
屏幕
Q2
第二暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
Q1 第一暗纹 δ=λ/2
Q2 第二暗纹 δ=3λ/2
Q3 / 第三暗纹 δ=5λ/2
Q3 第三暗纹 δ=5λ/2
Q2/ 第二暗纹 δ=3λ/2
Q1/ 第一暗纹 δ=λ/2
当光程差δ=(2n+1)λ /2 ，即半波长奇数倍时，出现暗纹。
以此类推
（1）空间的某点距离光源S1和S2的光程差为0、λ、2λ、3λ等波长的整数倍（半波长的偶数倍）时，该点为振动加强点。
（2）空间的某点距离光源S1和S2的光程差为λ /2、3 λ/2、5λ/2等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点。
3.总结规律
光程差 δ= kλ
（ k=0，1，2，3……）
光程差 δ =（2k+1)λ/2 ( k=0，1，2，3……）
暗纹
产生明、暗条纹的条件
亮纹：光程差 δ = kλ（ k= 0，1，2，3……）
暗纹：光程差 δ =（2k+1)λ/2 (k=0，1，2，3……）
亮纹
三、干涉条纹与光的波长之间的关系
猜想：在其它条件不变的情况下，不同颜色的光，条纹间距不同。
波长为 的单色光照射到双缝上。两缝中心间距为d，两缝S1、S2的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离为OP0=l。
对于屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为r1、r2，且d l
亮纹条件：
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
θ
理论探究：
1、红光：波长范围：625~740nm；
2、橙光：波长范围：590~610nm；
3、黄光：波长范围：570~585nm；
4、绿光：波长范围：492~577nm；
5、靛光：波长范围：420~440nm；
6、蓝光：波长范围：440~475nm；
7、紫光：波长范围：380~420 nm。
生活中有没有见过光的干涉现象呢？
四、薄膜干涉
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜。把这个液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰。
1.现象
2.现象解释
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列光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。
前表面
后表面
现象：在一个不太长的时间段里，会看到像上亮暗相间的条纹间隔逐渐变密，为什么？
3.应用举例
在照相机、望远镜等光学仪器中，要用到许多透镜、棱镜。光在通过这些元器件时，在每一个表面上都会发生一部分反射，从而导致透过这些元器件的光能量减少。为了降低光能损失，人们在这些元器件的表面镀上透明的薄膜，即增透膜，如氟化镁薄膜。增透膜两个表面的反射光所通过的光程差等于半个波长，这样反射回来的光会因产生干涉而相互抵消，增加了透射光的能量。
4.练习与应用
劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：
（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？
3 面
4 面
1 面
2 面
d1
d2
l
θ
θ
两处光程差为 1=2d1， 2=2d2
2－ 1= ，所以d2－d1= /2
由几何关系可得
即
结论：
当抽去一张纸片时，θ减小， l增大，即条纹变稀疏。
平整时
3面凹陷时
亮纹1
亮纹2
3 面
4 面
1 面
2 面
牛顿环
干涉图样：
中央疏、边沿密的同心圆环
贝壳呈现的彩纹等都与光的干涉有关，均为两个面的反射光干涉的结果。
五、光的本性
光的本质是什么？
1.牛顿的微粒说：光是高速粒子流，解释光的直进，光的反射。
2.惠更斯的波动说：光是某种振动，以波的形式向周围传播，解释光的折射、干涉和衍射，光的直进，光的反射。机械弹性波动（以太）。
3.麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，发展了光的波动理论。
4.爱因斯坦的光子说：成功解释光电效应，认为光具有粒子性。
5.德布罗意的波粒二象性学说：光既有粒子性，又有波动性。
光的本性学说发展史上的五个学说
t
18世纪
19世纪
20世纪
17世纪
·
2000多年前中国的《墨经》
·
惠更斯，波动说，1678年《论光》
微粒说占主导
·
1801年托马斯·杨的双缝干涉实验
·
·
1865年麦克斯韦理论，1888年赫兹实验
·
1905年，爱因斯坦的光子说解释光电效应
·
新的光学理论
·
牛顿，微粒说，《光学》
课堂小结：
1.光的干涉现象
2.光的双缝干涉原理
3.薄膜干涉现象与原理
4.干涉现象的应用
5.光的本性及其发展史

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