高中物理第十三章光第3节光的干涉教学案新人教版选修3_4

第3节光_的_干_涉1.英国物理学家托马斯杨于1801年成功地观察到了光的干涉现象。2双缝干涉图样：单色光明暗相间的条纹。3干涉条件：两列光的频率相同，振动方向相同，相位差恒定。4出现明纹与暗纹的条件：两光源到屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时出现亮条纹，奇数倍时出现暗条纹。一、杨氏干涉实验1物理史实1801年，英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性。2双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉。(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。(3)实验结论：证明光是一种波。二、光发生干涉的条件1干涉条件两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。2相干光源发出的光能够产生干涉的两个光源。3一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象。1自主思考判一判(1)直接用强光照射双缝，发生干涉。()(2)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。()(3)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。()(4)在双缝干涉实验中单缝屏的作用是为了获得一个线光源。()(5)双缝干涉实验证明光是一种波。()2合作探究议一议(1)两只手电筒射出的光束在空间相遇，能否观察到光的干涉现象？提示：不能。两只手电筒射出的光束在空间相遇，不满足光发生干涉的条件，不能观察到光的干涉现象。(2)在双缝干涉实验中，如果入射光用白光，在两条狭缝上，一个用红色滤光片(只允许通过红光)遮挡，一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡。试想：屏上还有干涉条纹吗？提示：屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，透过的两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会再发生干涉。对杨氏双缝干涉实验的理解1双缝干涉的装置示意图实验装置如图1331所示，有光源、单缝、双缝和光屏。图13312单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。3双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。4屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即：|PS1PS2|k2k(k0,1,2,3)k0时，PS1PS2，此时P点位于屏上的O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：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即：|PS1PS2|(2k1)(k1,2,3)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。典例在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5107 m，如果用频率为6.01014 Hz的黄光照射双缝，试问：(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。解析(1) m5107 m；(2)x7.5107 m，所以是暗条纹。答案(1)5107 m(2)暗条纹双缝干涉中明暗条纹的判断方法(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。(2)要记住：路程差等于波长整数倍处出现亮条纹等于半波长奇数倍处为暗条纹。(3)上述结论成立的条件是：两个光源情况完全相同。1下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是()A单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生解析：选B在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确；光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误；两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误。2如图1332所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷。在此时刻，介质中A点为波峰相叠加点，B点为波谷相叠加点，A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点，如果把屏分别放在A、B、C三个位置，那么()图1332AA、B、C三个位置都出现亮条纹BB位置出现暗条纹CC位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定D以上结论都不对解析：选A本题中，A、B、C三点总是振动加强的点屏上对应出现的都是亮条纹。另外，要特别注意波谷与波谷相遇的点(图中B点)振动也是加强的，不要以为B点是暗的。3.如图1333所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6107 m的橙色光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4107 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()图1333AP和P1都是亮条纹BP是亮条纹，P1是暗条纹CP是暗条纹，P1是亮条纹DP和P1都是暗条纹解析：选B1.5P1点对橙光：rn橙，对紫光：rn橙n紫3n因为P1与P相邻，所以n1，P1点是暗条纹。对P点，因为r0，所以仍是亮条纹，B正确。双缝干涉图样的特点1单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。2白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。这是因为：(1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。1关于光的干涉，下列说法中正确的是()A在双缝干涉现象里，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个亮条纹间距将变宽C只有频率相同的两列光波才能产生干涉D频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定解析：选C在双缝干涉现象中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹间距是相等的。入射光的波长越长，相邻两个亮条纹间距越大。两列波产生干涉时，频率必须相同。2在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是()A用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光B用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的紫光C相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽解析：选A条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确、B错误。双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等宽间距的，故C错误。红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，故D错误。3(多选)a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图1334甲所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示。则下述说法正确的是()图1334Aa光的频率较大Bb光的频率较大Ca光的波长较大 Db光的波长较大解析：选BC同样的双缝干涉装置，干涉条纹间距只与入射光的波长有关，波长越长，条纹间距越大，对于题图可知，a光的波长大于b光的波长，由c可知，b光的频率大于a光的频率，故B、C正确，A、D错误。1(多选)对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是()A不同的色光有可能发生干涉现象B不同的色光不可能发生干涉现象C光的强度不同有可能发生干涉现象D光的强度不同不可能发生干涉现象解析：选BC两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满足频率相同、相位差恒定的条件，不同的色光频率不同，所以不可能发生干涉现象，故B项正确；光的强度不同，但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象，故选项C正确，D错误。2.某同学利用如图1所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。当他让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，他移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是()图1A单缝S太窄B单缝S太宽CS到S1和S2距离不相等D阳光不能作光源解析：选B双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看做是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源。故选项B正确。3(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，为光波波长)()A在距双缝的光程差相等的点形成暗条纹B在距双缝的光程差为n的点形成明条纹C在距双缝的光程差为n的点形成明条纹D在距双缝的光程差为的点形成暗条纹解析：选BD在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差为波长的整数倍时，即n，n0、1、2、3这点为加强点，该处出现明条纹；当距离之差为半波长的奇数倍时，即(2n1)，n0、1、2、3这点为减弱点，该处出现暗条纹。B、D正确。4在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差S10.75 m，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差S21.5 m。若用频率6.01014 Hz的黄光照射双缝，则()AP点出现亮条纹，Q点出现暗条纹BP点出现暗条纹，Q点出现亮条纹C两点均出现亮条纹D两点均出现暗条纹解析：选B由光的频率6.01014 Hz，知光的波长5107 m。P点到双缝S1、S2的距离之差S10.75 m7.5107 m1.5。Q点到双缝S1、S2的距离之差S21.5 m15107 m3，因此，P点出现暗条纹，Q点出现亮条纹，本题的正确答案是选项B。5.杨氏干涉实验证明光的确是一种波。一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，即两列光的_相同。如图2所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在_(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。图2解析：当一束光投射到两条相距很近的狭缝上，狭缝成了两个光源，两列光的频率、相位、振动方向相同。A、B两点是振动加强点，出现亮条纹，C点是波峰与波谷的叠加，为振动减弱点，出现暗条纹。答案：频率C6.如图3所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1r2|应为()图3A.B.C. D.解析：选D出现暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为(2n1)，而，所以|r1r2|，因此D是正确的。7.如图4所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95107 m。则在这里出现的应是_(选填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30107 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将_(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。图4解析：根据路程差x3，故路程差是半波长的奇数倍，是暗条纹。改用波长为6.30107 m的激光，则波长变大，条纹间距变宽。答案：暗条纹变