资源简介 (共37张PPT)第四章 光第3节 光的干涉内容索引学习目标活动方案检测反馈学 习 目 标1. 观察和解释光的双缝干涉现象.2. 观察和解释光的薄膜干涉现象.活 动 方 案活动一:观察和解释光的双缝干涉现象光是一种电磁波,光也会发生干涉现象.1801年,英国物理学家托马斯·杨通过双缝干涉实验成功地观察到了光的干涉现象.1. 演示实验:观察光的双缝干涉现象.(1)实验器材:激光光学演示仪、两条平行的双缝.(2)实验操作:如图所示,在暗室中用氦氖激光器发出的红光照射光屏,然后插上双缝,观察并比较插上双缝前后屏上的光学现象.【答案】激光直接照射时屏上出现一条亮线,通过双缝后出现明暗相间的等间距的条纹.(3)实验中的相干光源是如何获得的?【答案】利用双缝将一束光分成两束频率相同、相位和振动方向相同的相干光.2. 双缝干涉的原理图如图所示.(1)P0点在双缝S1、S2连线的中垂线上,P0处出现亮条纹还是暗条纹?【答案】亮条纹.(2)设屏上任一点P1到双缝S1、S2的距离分别为r1和r2,路程差Δr=r2-r1,试写出屏上某处出现亮、暗条纹的条件.3. 如图所示,波长为 λ 的单色光照射到双缝上.两缝中心之间的距离为 d,两缝 S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为 P0,双缝到屏的距离 OP0=l.试推导屏上相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距Δx与波长 λ的关系(干涉条纹间距公式):Δx=4. 解决问题(1)图甲是双缝干涉实验装置示意图.图乙、丙是用红光和紫光在同一装置做实验得到的干涉图样,a、b分别表示中央亮条纹.已知红光波长大于紫光波长,回答下列问题:甲 乙 丙①双缝的作用是 W.②乙、丙分别是 光和 光.形成相干光源紫红(2)在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7 m,如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝,则:①该黄光的波长是多少?②试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹.活动二:观察和解释光的薄膜干涉现象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,这些均是薄膜干涉现象.1. 演示实验:观察薄膜干涉现象.(1)实验器材:酒精灯、食盐、铁丝圈、肥皂水.(2)实验操作: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,铁丝圈竖直放置,让它挂上一层薄薄的液膜.把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像(如图所示).①这个像与直接看到的灯焰有什么不同?②分别在酒精灯同侧和异侧看薄膜,你看到的现象有什么不同?③用白光做实验,情况又是如何?【答案】①灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成.②在同侧看到的条纹更明显更清晰,而在异侧不能看到清晰的条纹.③如果用白光做实验,肥皂薄膜上会出现彩色水平条纹.(3)实验中的相干光源是如何获得的?【答案】液膜前后两个面的反射光.2. 光从左侧射向肥皂薄膜,并在肥皂薄膜与空气的前后介质产生了反射,如图所示.说说什么位置产生亮条纹,什么位置产生暗条纹.【答案】竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用,下面厚、上面薄.光照在厚度不同的薄膜上时,前后两个面的反射光满足相干光的条件,其路程差等于半波长的偶数倍时,两列波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,其路程差等于半波长的奇数倍时,叠加后相互削弱,于是出现暗条纹.3. 解决问题:(1)利用薄膜干涉检查平面的平整度.薄膜干涉在技术中有重要应用,在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时,可以用来检查平面的平整度.甲 乙如图甲所示,将一块样板玻璃放置在另一块样板玻璃之上,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.当光垂直入射后,从上往下可以看到干涉条纹,如图乙所示.思考下列问题:①任意一条亮条纹或暗条纹所在位置的正下方的薄膜厚度是否相等?【答案】由于是同一条亮条纹或暗条纹,其所在位置的正下方的薄膜厚度是路程差的一半,所以厚度相等.②若样板玻璃是一个标准平面,那么任意相邻亮条纹或暗条纹间距有什么特点?【答案】样板玻璃是一个标准平面,由几何关系不难知道,条纹间距相等.③若将图甲装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,干涉条纹会发生怎样的变化?【答案】抽去一张纸片,两样品玻璃间的夹角变小,条纹间距会增大.④(多选)如图丙所示,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,观察到如图丁所示条纹中的P和Q情况,这说明( )丙 丁A. N的上表面A处向上凸起B. N的上表面B处向上凸起C. N的上表面A处向下凹陷D. N的上表面B处向下凹陷【解析】同一条纹上的各点对应的厚度相同(类比于地理上的等高线),当条纹向左弯曲(P)说明等高线向左移动,即现在N板A处相对M板的高度和A处右边点相对M板的高度相同,即相对高度变大,A处下凹.当条纹向右弯曲(Q),说明等高线右移,即现在B处相对的高度和B处左边点的相对高度相同,B处上凸.B、C正确.【答案】BC总结:本问中的薄膜干涉可称为劈尖干涉.(2)利用薄膜干涉制作增透膜和增反膜.在光学元件表面涂一层透明薄膜,可以根据需要增强透射光的强度,制作增透膜;也可以减弱透射光的强度,制作增反膜.涂层材料一般是氟化镁.如图所示,在玻璃表面涂上一层薄膜,薄膜的前后表面反射的两列光波形成相干波,相互叠加.当路程差为半波长的奇数倍时,在两个表面反射的光反向,相互抵消,反射光的能量几乎等于零,透射光增强;当路程差为半波长的偶数倍时,在两个表面反射的光同向,相互增强,反射光的能量增强,透射光减弱.①若增透膜的厚度为d,光在该种介质中的波长为λ,那么d和λ应满足什么关系?②若增反膜的厚度为d,光在该种介质中的波长为λ,那么d和λ应满足什么关系?③我们常见的高级镜头表面看上去是淡紫色,你能解释原因吗?【答案】由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相消.因为人对绿光最敏感,一般选择对绿光起增透作用的膜,所以在反射光中绿光强度几乎为零,而其他波长的光并没有完全抵消,所以增透膜呈现淡紫色.检 测 反 馈11. 肥皂膜的干涉条纹如图所示,水平排列的条纹间距上面宽、下面窄.下列说法正确的是( )A. 太阳光照射下肥皂膜的干涉条纹呈现黄色B. 条纹是肥皂膜前后表面反射光形成的干涉条纹C. 肥皂膜的厚度由上向下均匀增加D. 将肥皂膜外金属环左侧的把柄缓慢向上转动90°,条纹将会变为竖直排列【答案】B22. 如图甲所示,将一块平板玻璃a放置在另一玻璃板b上,在一端夹入两张纸片,当单色光从上方入射后,从上往下可以观察到如图乙所示的干涉条纹,则( )A. 任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等B. 弯曲条纹对应位置的空气膜厚度不相等C. 若抽去一张纸片,条纹变密D. 干涉条纹是由a、b上表面反射的光叠加产生的【答案】A33. 某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率.如图所示,单缝S0、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上,双缝与屏之间的介质先后为空气与矿泉水,屏上的干涉条纹间距分别为Δx1与Δx2.当介质为矿泉水时,屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心.已知入射光在真空中的波长为λ,真空中的光速为c,则( )【答案】C344. 在双缝干涉实验中,若两双缝处的两束光的频率为6×1014 Hz,两光源S1、S2振动情况恰好相反,光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10-6 m,如图所示.问:(1)P点是亮条纹还是暗条纹?(2)设O为到S1、S2路程相等的点,则PO间还有几条亮纹?几条暗纹(不包括O、P两处的条纹)?455. 研究光的干涉现象原理图如图所示.光源S到双缝S1、S2的距离相等,S1、S2连线平行于光屏,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点.光源S发出单色光,经S1、S2传播到光屏上P点,S1P垂直于光屏,P为某亮条纹中心,OP之间还有k条亮条纹,光由S1、S2传播到P点的时间差为t0.现紧贴S1放置厚度为d的玻璃片,光由S1垂直穿过玻璃片传播到P点与光由S2直接传播到P点时间相等.已知光在真空中的速度为c,玻璃对该单色光的折射率为n,不考虑光在玻璃片内的反射,求:(1)单色光在真空中的波长λ;(2)玻璃片的厚度d.566. 手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光.某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害,制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长,光源架在铁架台的上端,中间是刻有双缝的挡板,下面是光传感器,接收到的光照信息经计算机处理后,在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示,根据x轴上的光强分布可以算出光的波长.已知双缝间距d,双缝到光传感器的距离L,选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n.求:(1)被测蓝光的波长λ;(2)镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度.66谢谢观看Thank you for watching第3节 光的干涉1. 观察和解释光的双缝干涉现象.2. 观察和解释光的薄膜干涉现象.光是一种电磁波,光也会发生干涉现象.1801年,英国物理学家托马斯·杨通过双缝干涉实验成功地观察到了光的干涉现象.1. 演示实验:观察光的双缝干涉现象.(1)实验器材:激光光学演示仪、两条平行的双缝.(2)实验操作:如图所示,在暗室中用氦氖激光器发出的红光照射光屏,然后插上双缝,观察并比较插上双缝前后屏上的光学现象.(3)实验中的相干光源是如何获得的?2. 双缝干涉的原理图如图所示.(1)P0点在双缝S1、S2连线的中垂线上,P0处出现亮条纹还是暗条纹?(2)设屏上任一点P1到双缝S1、S2的距离分别为r1和r2,路程差Δr=r2-r1,试写出屏上某处出现亮、暗条纹的条件.3. 如图所示,波长为 λ 的单色光照射到双缝上.两缝中心之间的距离为 d,两缝 S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为 P0,双缝到屏的距离 OP0=l.试推导屏上相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距Δx与波长 λ的关系(干涉条纹间距公式):Δx= λ.4. 解决问题(1)图甲是双缝干涉实验装置示意图.图乙、丙是用红光和紫光在同一装置做实验得到的干涉图样,a、b分别表示中央亮条纹.已知红光波长大于紫光波长,回答下列问题: 甲 乙 丙①双缝的作用是 W.②乙、丙分别是 光和 光.(2)在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7 m,如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝,则:①该黄光的波长是多少?②试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹.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,这些均是薄膜干涉现象.1. 演示实验:观察薄膜干涉现象.(1)实验器材:酒精灯、食盐、铁丝圈、肥皂水.(2)实验操作: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,铁丝圈竖直放置,让它挂上一层薄薄的液膜.把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像(如图所示).①这个像与直接看到的灯焰有什么不同?②分别在酒精灯同侧和异侧看薄膜,你看到的现象有什么不同?③用白光做实验,情况又是如何?(3)实验中的相干光源是如何获得的?2. 光从左侧射向肥皂薄膜,并在肥皂薄膜与空气的前后介质产生了反射,如图所示.说说什么位置产生亮条纹,什么位置产生暗条纹.3. 解决问题:(1)利用薄膜干涉检查平面的平整度.薄膜干涉在技术中有重要应用,在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时,可以用来检查平面的平整度.如图甲所示,将一块样板玻璃放置在另一块样板玻璃之上,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.当光垂直入射后,从上往下可以看到干涉条纹,如图乙所示.思考下列问题: 甲 乙①任意一条亮条纹或暗条纹所在位置的正下方的薄膜厚度是否相等?②若样板玻璃是一个标准平面,那么任意相邻亮条纹或暗条纹间距有什么特点?③若将图甲装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,干涉条纹会发生怎样的变化?④(多选)如图丙所示,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,观察到如图丁所示条纹中的P和Q情况,这说明( )A. N的上表面A处向上凸起B. N的上表面B处向上凸起C. N的上表面A处向下凹陷D. N的上表面B处向下凹陷总结:本问中的薄膜干涉可称为劈尖干涉. 丙 丁可以证明劈尖干涉中条纹间距为Δx=≈(空气膜顶角α很小时,tan α≈α),即条纹间距与入射光的波长和劈尖顶角有关.劈尖干涉条纹的特点:①同一条纹所在位置对应的薄膜厚度相同,薄膜厚度相同处对应同一条纹;②任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差相等,为 .(2)利用薄膜干涉制作增透膜和增反膜.在光学元件表面涂一层透明薄膜,可以根据需要增强透射光的强度,制作增透膜;也可以减弱透射光的强度,制作增反膜.涂层材料一般是氟化镁.如图所示,在玻璃表面涂上一层薄膜,薄膜的前后表面反射的两列光波形成相干波,相互叠加.当路程差为半波长的奇数倍时,在两个表面反射的光反向,相互抵消,反射光的能量几乎等于零,透射光增强;当路程差为半波长的偶数倍时,在两个表面反射的光同向,相互增强,反射光的能量增强,透射光减弱.①若增透膜的厚度为d,光在该种介质中的波长为λ,那么d和λ应满足什么关系?②若增反膜的厚度为d,光在该种介质中的波长为λ,那么d和λ应满足什么关系?③我们常见的高级镜头表面看上去是淡紫色,你能解释原因吗?1. 肥皂膜的干涉条纹如图所示,水平排列的条纹间距上面宽、下面窄.下列说法正确的是( )A. 太阳光照射下肥皂膜的干涉条纹呈现黄色B. 条纹是肥皂膜前后表面反射光形成的干涉条纹C. 肥皂膜的厚度由上向下均匀增加D. 将肥皂膜外金属环左侧的把柄缓慢向上转动90°,条纹将会变为竖直排列2. 如图甲所示,将一块平板玻璃a放置在另一玻璃板b上,在一端夹入两张纸片,当单色光从上方入射后,从上往下可以观察到如图乙所示的干涉条纹,则( )甲 乙A. 任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等B. 弯曲条纹对应位置的空气膜厚度不相等C. 若抽去一张纸片,条纹变密D. 干涉条纹是由a、b上表面反射的光叠加产生的3. 某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率.如图所示,单缝S0、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上,双缝与屏之间的介质先后为空气与矿泉水,屏上的干涉条纹间距分别为Δx1与Δx2.当介质为矿泉水时,屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心.已知入射光在真空中的波长为λ,真空中的光速为c,则( )A.Δx2大于Δx1B. 该矿泉水的折射率为C. 当介质为矿泉水时,来自S1和S2的光传播到P点处的时间差为D. 仅将S0水平向左移动的过程中,P点处能观察到暗条纹4. 在双缝干涉实验中,若两双缝处的两束光的频率为6×1014 Hz,两光源S1、S2振动情况恰好相反,光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10-6 m,如图所示.问:(1)P点是亮条纹还是暗条纹?(2)设O为到S1、S2路程相等的点,则PO间还有几条亮纹?几条暗纹(不包括O、P两处的条纹)?5.研究光的干涉现象原理图如图所示.光源S到双缝S1、S2的距离相等,S1、S2连线平行于光屏,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点.光源S发出单色光,经S1、S2传播到光屏上P点,S1P垂直于光屏,P为某亮条纹中心,OP之间还有k条亮条纹,光由S1、S2传播到P点的时间差为t0.现紧贴S1放置厚度为d的玻璃片,光由S1垂直穿过玻璃片传播到P点与光由S2直接传播到P点时间相等.已知光在真空中的速度为c,玻璃对该单色光的折射率为n,不考虑光在玻璃片内的反射,求:(1)单色光在真空中的波长λ;(2)玻璃片的厚度d.6.手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光.某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害,制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长,光源架在铁架台的上端,中间是刻有双缝的挡板,下面是光传感器,接收到的光照信息经计算机处理后,在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示,根据x轴上的光强分布可以算出光的波长.已知双缝间距d,双缝到光传感器的距离L,选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n.求:(1)被测蓝光的波长λ;(2)镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度.甲乙第3节 光的干涉【活动方案】活动一:1. (2)激光直接照射时屏上出现一条亮线,通过双缝后出现明暗相间的等间距的条纹.(3)利用双缝将一束光分成两束频率相同、相位和振动方向相同的相干光.2. (1)亮条纹.(2)①亮条纹的条件:路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即|Δr|=kλ=2k(k=0,1,2,3,…),k=0时,P1S1=P1S2,此时P1点位于屏上的P0处,为亮条纹,此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.k为亮条纹的级次.②暗条纹的条件:路程差正好是半波长的奇数倍.即|Δr|=(2k-1)(k=1,2,3,…),k为暗条纹的级次,从第1级暗条纹开始向两侧展开.3. 对屏上与P0距离为x的一点P1,两缝与P1的距离P1S1=r1,P1S2=r2.在线段P1S2上作P1M=P1S1,则S2M=r2-r1,因d l,三角形S1S2M可看作直角三角形.有r2-r1=d sin θ(令∠S2S1M=θ),另x=ltan θ≈l sin θ,联立解得r2-r1=d,若P1处为亮纹,则d=±kλ(k=0,1,2,…),解得x=±kλ(k=0,1,2,…),相邻两亮纹或暗纹的中心间距Δx=λ.4. (1)①形成相干光源 ②紫 红解析:根据实验原理,双缝的作用是形成相干光源.根据干涉条纹间距公式Δx=λ,知题图丙的波长较长,即为红光,则题图乙为紫光.(2)①λ== m=5×10-7 m.②Δx=7.5×10-7 m=λ,所以是暗条纹.活动二:1. (2)①灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成.②在同侧看到的条纹更明显更清晰,而在异侧不能看到清晰的条纹.③如果用白光做实验,肥皂薄膜上会出现彩色水平条纹.(3)液膜前后两个面的反射光.2. 竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用,下面厚、上面薄.光照在厚度不同的薄膜上时,前后两个面的反射光满足相干光的条件,其路程差等于半波长的偶数倍时,两列波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,其路程差等于半波长的奇数倍时,叠加后相互削弱,于是出现暗条纹.3. (1)①由于是同一条亮条纹或暗条纹,其所在位置的正下方的薄膜厚度是路程差的一半,所以厚度相等.②样板玻璃是一个标准平面,由几何关系不难知道,条纹间距相等.③抽去一张纸片,两样品玻璃间的夹角变小,条纹间距会增大.④BC 同一条纹上的各点对应的厚度相同(类比于地理上的等高线),当条纹向左弯曲(P)说明等高线向左移动,即现在N板A处相对M板的高度和A处右边点相对M板的高度相同,即相对高度变大,A处下凹.当条纹向右弯曲(Q),说明等高线右移,即现在B处相对的高度和B处左边点的相对高度相同,B处上凸.B、C正确.(2)①为了节约材料成本,一般取最小厚度,满足 2d=,即d=.②一般取最小厚度,满足2d=λ,即d=.③由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相消.因为人对绿光最敏感,一般选择对绿光起增透作用的膜,所以在反射光中绿光强度几乎为零,而其他波长的光并没有完全抵消,所以增透膜呈现淡紫色.【检测反馈】1. B2. A 光在空气膜中的光程差为Δx=2d,即光程差为空气层厚度的2倍,当光程差Δx=nλ,此处表现为亮条纹,当光程差为Δx=λ,此处表现为暗条纹,所以任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等,A正确;根据A的分析可知,弯曲条纹中心位置下方的空气膜厚度相等,B错误; 当光程差Δx=nλ时此处表现为亮条纹,则相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为 λ,显然抽去一张纸后空气层的倾角变小,故相邻两条纹之间的距离变大,干涉条纹变稀疏了,C错误;干涉条纹是由a的下表面和b的上表面反射的光叠加产生的,D错误.3. C4. (1)本题应特别注意两束入射光振动情况恰好相反,即反相,则当Δs=nλ时出现暗条纹,Δs=(2n+1)· 时出现亮条纹,其中n=0,1,2,3,…,入射光波长λ==5×10-7 m,两束光到P点的路程差Δs=3×10-6 m,有n===6,即Δs=6λ,故P点是暗条纹.(2)两束光到O点的路程相等,即Δs=nλ中n=0.可见,O、P两位置均出现暗条纹,作图可知O、P之间还有5个暗条纹,6个亮条纹.5. (1)由题意,P为第k+1级亮条纹中心,则有S2P-S1P=(k+1)λ,又S2P-S1P=ct0,解得λ=.(2)由题意,设光在玻璃中的传播速度为v,则-=t0,且v=,解得d=.6. (1)由图乙可知,相邻两个波峰之间的距离为 ,即相邻两条亮条纹中心的距离Δx=.根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ.可得被测蓝光的波长λ=.(2)当蓝光在膜中的光程差恰好等于光在薄膜中的波长时,即Δs=2d′=λ′,则出现明条纹,此时镜片表面所镀“增反膜”的厚度最小,为该蓝光在膜中波长的一半,即d′=,又因为λ′=,联立可得,镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度为d′=. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第4章 第3节 光的干涉.docx 第4章 第3节 光的干涉.pptx