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(共32张PPT)
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？
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。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？
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，光是一种电磁波，那么光也应该能发生干涉现象。
光要发生干涉现象需要满足什么条件？
有没有什么方法可以获得相干光（频率相同）的光呢？
思考与讨论
相干光源（频率和振动情况一致）
托马斯·杨
（1773-1829英国）
单缝
双缝
红滤色片
(激光)
屏幕
s0
s1
s2
一、光的双缝干涉
用氦氖激光器演示光的双缝干涉
1801年，托马斯·杨在实验室里成功的观察到光的干涉．
等间距
双缝干涉图样特点：
中央亮条纹
明暗相间
一、光的双缝干涉
为什么有的地方亮一些有的地方暗一些？
亮纹和暗纹为什么相间（依次出现）呢？
S1
S2
P
P
中央亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
中央亮纹
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。
光程差
P1
第一条亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
λ
屏上P点的上方还可以找到 的P1点出现第一条亮纹。
第一条亮纹
P2
第二亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
2λ
第二条亮纹
屏上P1点的上方还可以找到 的P2点出现第二条亮纹。
P3
第三条亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
3λ
第三条亮纹
屏上P2点的上方还可以找到 的P3点出现第三条亮纹。
双缝
S1
S2
屏幕
P1 第一亮纹 δr=λ
P 中央亮纹 δr=0
P2 第二亮纹 δr=2λ
P3 / 第三亮纹 δr=3λ
P3 第三亮纹 δr=3λ
P2 / 第二亮纹 δr=2λ
P1 / 第一亮纹 δr=λ
所有亮纹
Q1
第一暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
Q1
λ/2
λ/2
P 中央亮纹
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= r1－r2＝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。
第一暗纹
第二暗纹
Q2
第二暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
3λ/2
Q1
第二暗纹
P 中央亮纹
S1
S2
P1
P
l
双缝干涉规律
光程差：
亮纹：
暗纹：
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
d
x
r2
r1
M
亮（暗）纹间距的公式推导
1.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 :
S1
S2
P1
P
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
d
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
2.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
三、薄膜干涉
油膜在白光下
阳光下的肥皂膜
如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。
薄膜干涉的成因
薄膜干涉的应用——平滑度检测
待测平面
薄片
标准样板
表面产生了膜干涉
待测表面平整
P、M两点不平整
思考：那P、M两点对应的是凹陷还是凸起呢？
①待测表面平整
薄片
思考：它的条纹宽度与楔形顶角和光的波长有什么关系？
x
)θ
λ
P Q
N M
θ不变
rP- rQ=2dP-2dQ=λ
λ↑
x↑
λ不变
rP- rQ=2dP-2dQ=λ
x↑
θ↓
薄片
P与Q点在同一明条纹上
光程差： rP= rQ
空气膜厚度：2dP=2dQ
P Q
P点出现凹陷
M与N点在同一明条纹上
光程差： rM= rN
空气膜厚度：2dM=2dN
M点出现凸起
N M
楔尖
楔底
②待测表面不平整
【例1】一束白光通过双缝后在屏上产生干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同
B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同
D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同
A
【针对训练1】在杨氏双缝干涉实验中，如果
A．用白光作光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B．用红光作光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
C．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大
D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹
B
【例2】如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图．图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，图丙为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹．若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短．则以下说法正确的是
A．图丙可能为用红光做实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．图丙可能为用紫光做实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．图丙可能为用紫光做实验产生的条纹，
表明紫光波长较短
D．图丙可能为用红光做实验产生的条纹，表明红光波长较短
A
【针对训练2】(多选)双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的光屏上形成干涉条纹．光屏上O点与双缝S1和S2的距离相等，P点是O点上侧的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是
A．O点是红光的亮条纹
B．红光的同侧第一条亮条纹在P点的上方
C．O点不是蓝光的亮条纹
D．蓝光的同侧第一条亮条纹在P点的上方
AB
【例3】如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm 的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则
A.P和P1仍为亮条纹
B.P为亮条纹，P1为暗条纹
C.P为暗条纹，P1为亮条纹
D.P、P1均为暗条纹
B
解析　从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成
两束相干光，由题意知光屏中央P点到S1、S2
距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的
路程差为零，因此中央是亮条纹，无论入射
光是什么颜色的光、波长多大，P点都是中央亮条纹.
而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，
即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙.
当换用波长为400 nm的紫光时，
则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，
即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，
因此，在P1点出现暗条纹.综上所述，选项B正确.

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