2018-2019学年高中物理 13.3 光的干涉课件 新人教版选修3-4.ppt

3光的干涉,一、杨氏干涉实验,1.物理史实:1801年，英国物理学家_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。,托马斯杨,2.双缝干涉实验:(1)实验过程:让一束平行的_的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2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_。,完全相同,干涉,(2)实验现象:在屏上得到_的条纹。(3)实验结论:光是一种_。二、光发生干涉的条件1.干涉条件:两列光的_相同、_方向相同、相位差_。2.相干光源:发出的光能够发生_的两个光源。,明暗相间,波,频率,振动,恒定,干涉,【思考辨析】(1)杨氏干涉实验证实了光是一种波。()(2)在杨氏干涉实验中两个狭缝之间的距离可以是任意的。()(3)实验中观察到的明条纹一定是波峰与波峰相遇的位置。(),(4)在光的双缝干涉实验中，不需要单缝也能完成该实验。()(5)在光的双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两列相干光源。(),提示:(1)。干涉现象是波所特有的一种现象。(2)。在杨氏干涉实验中，两个狭缝之间的距离必须足够小才能观察到明显的干涉现象。,(3)。实验中观察到的明条纹是振动加强的位置，可能是波峰与波峰相遇的位置，也可能是波谷与波谷相遇的位置。(4)。光源直接照射到双缝上，很难得到相干光源。(5)。双缝的作用就是把同一列光分成两列相干光源。,知识点一杨氏双缝干涉实验原理探究导入:如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图，请问在该实验中单缝屏和双缝屏分别所起的作用是什么？,提示:单缝屏是为了获得具有唯一频率和振动情况的线光源；双缝屏是为了获得两束频率相同、振动情况完全一致的相干光。,【归纳总结】1.主要实验器材:光源、单缝屏、双缝屏和光屏。2.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。如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏。杨氏那时没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。,3.双缝屏的作用:平行光照射到单缝S上，又照射到双缝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.产生亮、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是相反。具体产生亮、暗条纹的条件为,(1)亮条纹产生的条件: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:|PS1-PS2|=k=2k(k=0，1，2，3)k=0时，PS1=PS2，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)暗条纹产生的条件: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:|PS1-PS2|=(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。,【典题通关】【典例】(2015全国卷)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_(选填“”“0.300,【过关训练】如图所示是双缝干涉的实验装置，其光屏上P处发现明条纹，则双缝到光屏上P点的距离之差为(),A.光波的半波长的奇数倍B.光波的波长的奇数倍C.光波的半波长的偶数倍D.光波的波长的偶数倍【解析】选C。在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时，该点为加强点，出现亮条纹；光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该点为减弱点，出现暗条纹。,【补偿训练】1.某同学自己动手利用如图所示的器材，观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时，屏C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，最大的可能是(),A.单缝S太窄B.单缝S太宽C.S到S1和S2距离不等D.太阳光不能作光源,【解析】选B。本实验中，单缝S应非常窄，才可看作“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽，故B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误。,2.(多选)在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差d=0.6m。若分别用频率为f1=5.01014Hz和频率为f2=7.51014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现条纹的情况是(),A.用频率为f1的单色光照射时，P点出现暗条纹B.用频率为f1的单色光照射时，P点出现明条纹C.用频率为f2的单色光照射时，P点出现暗条纹D.用频率为f2的单色光照射时，P点出现明条纹,【解析】选B、C。由c=f可得=，故单色光的波长分别为1=m=610-7m，2=410-7m；故双缝到光屏上P点的距离之差d分别是两种单色光波长的倍数=1.5；所以，用频率为f1的单色光照射时，P点出现明条纹；用频率为f2的单色光照射时，P点出现暗条纹；故选项B、C正确，A、D错误。,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.在距双缝的路程相等的点形成暗条纹B.在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹C.在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹D.在距双缝的路程差为的点形成暗条纹,【解析】选B、D。在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差x为波长的整数倍时，即x=k，k=0，1，2，3，这些点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差x为半波长的奇数倍时，即x=(2k+1)，k=0，1，2，3这些点为减弱点，该处出现暗条纹；故选项B、D正确，A、C错误。,知识点二双缝干涉图样的特点探究导入:如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问:,(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？提示:(1)由图可知，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹之间的距离都是相等的。(2)由图可知，用不同颜色的光做干涉实验时，不同颜色的干涉图样条纹间距不同。,【归纳总结】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。,【典题通关】【典例】(多选)(2018台州高二检测)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，经调节后在目镜中观察到如图甲所示的单色光干涉条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示的条纹，则改变的实验条件可能是(),A.减小光源到单缝的距离B.增大双缝之间的距离C.增大双缝到光屏之间的距离D.将红色滤光片改为绿色滤光片,【正确解答】选B、D。由图可知，甲图中条纹的间距比乙图大，根据双缝干涉的条纹间距公式x=知，乙图中可能是光的波长变短，也可能缝与屏间距减小，也可能双缝间距增大。由上公式可知，条纹间距与光源到单缝的距离无关，故A错误；增大双缝之间的距离，可以减小条纹间距，故B正确；增大双缝到光屏,之间的距离，可以增大条纹间的距离，故C错误；将红色滤光片改为绿色滤光片，波长变短，故条纹间距变小，故D正确。故选B、D。,【过关训练】(2018成都高二检测)如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中从左往右排列，哪个图是黄光形成的条纹(),【解析】选D。双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故A、C是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越长，中央亮条纹越粗，故B、D是衍射图样，紫光波长较短，则中央亮条纹较细，故B是紫光的衍射条纹，D是黄光的衍射条纹。故选D。,【补偿训练】1.(多选)双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，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屏上形成干涉条纹。屏上O点到两缝的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹。已知红光、绿光和蓝光三种色光比较，红光的波长最长，蓝光的波长最短，那么如果,将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹情况，下列叙述正确的是(),A.O点出现红光的亮条纹B.红光的第一条亮条纹在P点的上方C.O点不出现蓝光的亮条纹D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方,【解析】选A、B。中央O点到S1、S2的路程差为零，所以换不同颜色的光时，O点始终为亮条纹，选项A正确，C错误；波长越长，条纹间距越宽，所以红光的第一条亮条纹在P点上方，蓝光的第一条亮条纹在P点下方，选项B正确，D错误。,2.在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源，如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则(),A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变C.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移D.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移,【解析】选D。本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移。,【拓展例题】考查内容:干涉实验装置改变时的条纹情况【典例】如图所示，用激光束照射双缝干涉实验装置，后面屏上出现干涉条纹。其中单缝的作用是产生线光源，单缝、双缝应平行放置。