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(共30张PPT)
第三节 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，经常显现出彩色条纹。
新课引入
这些现象是怎么产生的？“条纹”让你想到了什么呢？
两列频率相同、相位差恒定、振动方向相同的水波相遇时, 会发生干涉。干涉是波所特有的现象。
光是一种电磁波，那么光也应该发生干涉现象，怎样才能观察光的干涉现象呢？
难点：怎样获取两束相干光源（频率和振动情况一致）
复习回顾
寻找相干光源
任务一、光的双缝干涉
天才的设想
托马斯·杨
杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。
巧妙解决了相干光问题
1、单缝作用：
获得线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．
2、双缝作用：
获得两个频率相同、振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)
用氦氖激光器演示光的双缝干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773-1829）在实验室里成功的观察到光的干涉．
等间距
3、双缝干涉图样特点：
中央亮条纹
明暗相间
4、杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波。
任务一、光的双缝干涉
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
S1
S2
P2
讨论：1.为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？
2.亮纹和暗纹为什么相间（依次出现）呢？
实验现象解读
（1）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为0、1 λ、2 λ、3 λ、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的路程差为λ /2、3 λ/2、5λ/2、等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点。
光程差 δ =nλ（ n=0，1，2，等）
光程差 δ=（2n-1)λ/2 (n=1,2,3,等）
亮纹
暗纹
总结规律：
当光程差为0时：
n=0，称为中央亮条纹（零级亮条纹）
当光程差为 时：
称为n级亮条纹
—— 2n+1，n从0开始取，但没有0级暗条纹。
想想为什么不写作2n+1 ？
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
C
小试牛刀
例题1、如图所示，在双缝干涉实验中，S1、S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P到S1、S2的距离之差为2.1×10-6m，现分别用A、B两束单色光在空气中做双缝干涉实验。
(1)若A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10-7m，则P点是亮条纹还是暗条纹；
(2)若B光在某介质中的波长为3.15×10-7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°，则P点是亮条纹还是暗条纹。(sin 37°＝0.6)
条纹间距△x：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。
干涉条纹的间距与哪些因素有关
双缝
S1
S2
屏幕
△x
△x
保持L、d不变，红光的条纹间距最大，紫光的最小
L
d
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
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
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＝dsinθ (令∠S2S1M＝θ ) ①
另：x＝l tanθ≈l sinθ ②
当两列波的路程差为波长的整数倍，即
........）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
d
x
r2
r1
M
亮（暗）纹间距的公式推导
S1
S2
P1
P
l
1、相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（1）波长λ:波长越大，相邻的亮纹间距越大
（2）双缝之间的距离d:d越小，相邻的亮纹间距越大
（3）双缝与屏间的距离 l :L越大，相邻的亮纹间距越大
d
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
P
P1
二、干涉条纹和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）相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同:
Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫
2.不同单色光干涉条纹宽度：
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
3.白光的干涉图样特点：
（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。
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
水面上的油膜呈彩色
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
演示实验
（1）你会看到什么现象？
（2）为什么会出现这样的现象？
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
薄膜干涉成因
三、薄膜干涉
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
三、薄膜干涉
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.
标准样板
待检部件
空气薄层
应用一：检查表面的平整程度
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的，如图甲；如果观察到的干涉条纹如图乙、丙，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。
甲
乙
丙
被检测平面
薄片
标准样板
单色光
应用一：检查表面的平整程度
增透膜
薄膜厚度
在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长。它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。
增透膜厚度：
应用二：照相机的增透膜
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。
空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。
应用三：牛顿环
光的干涉
课堂小结
双缝干涉
薄膜
干涉
让一束平行的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，两条狭缝就产生两个光源，它们的振动情况总是相同的，两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。
干涉条纹和光的波长
亮纹
暗纹
【典例1】一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，是因为（　　）
A．各色光的波长不同，因而各色光产生的干涉条纹间距不同
B．各色光的速度不同，造成条纹间距不同
C．各色光的强度不同
D．各色光通过双缝的距离不同
典例分析
【正确答案】A
【典例2】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
典例分析
【正确答案】B
【典例3】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
典例分析
【正确答案】B
【典例4】（多选）如图是杨氏双缝干涉实验示意图，其中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为中央亮纹的中心，P1为第一级亮纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则（　　）
A．屏上干涉条纹的间距将变小
B．屏上O点仍然为中央亮条纹的中心
C．屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心
D．屏上P1位置可能为暗条纹的中心
典例分析
【正确答案】BD
【典例5】如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图所示条纹中的P和Q情况，这说明（　　）
A．此操作利用了光的反射原理
B．N的上表面B处向上凸起
C．若出现两条相连的直线干涉条纹，则说明两条相连的
干涉条纹所对应的空气薄膜厚度相等
D．干涉条纹是由M下表面的入射光线和N的上表面的反射光线干涉形成的
典例分析
【正确答案】B

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