高中物理 第十三章 光 3 光的干涉名师导航学案 新人教版选修3-4.doc

3 光的干涉名师导航知识梳理1.产生稳定干涉的条件：_.2.相干光源：让一束_的单色光（如红色激光束）投射到两条相距很近的平行狭缝s1和s2上，再由狭缝s1和s2组成了两个振动情况总是_的光源，这样的波源被称为相干光源.3.双缝干涉中，如果入射的是单色光，出现_的干涉条纹，当屏上某点到双缝的路程差恰为_时，在该处将出现亮条纹.当屏上某点到双缝的路程差恰为_时，在该处将出现暗条纹.4.条纹间距x与波长的关系：用不同波长的光做双缝干涉实验时，干涉条纹间的距离x不同，在双缝间距离d和双缝到光屏的距离l一定的情况下，波长越长，干涉条纹间的距离越_；用白光做双缝干涉时，得到彩色干涉条纹，这表明组成白光的各单色光的波长，其中红光波长最_，紫光波长最_；x、d、l及间满足：x=_. 知识导学 学习本节时，要先复习关于波的相关知识，特别是波的干涉现象产生的条件，通过类比，了解光的干涉现象及产生条件.通过实验、观察，认识生活中光的干涉现象的存在.学习托马斯杨的双缝干涉实验时，要注意获得相干光源的具体办法. 我们要用光的干涉的知识解释日常生活生产中的有关现象，体会物理与生活的紧密联系.认识物理及其相关技术对社会发展和人类生活的影响. 疑难突破 推导相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离公式 剖析：设两条缝s1和s2距离为d，到光屏的距离为l，且ld，p是s1s2的中垂线与屏的交点，p到s1、s2的距离相等.如图13-2-1所示，从s1、s2射出的光波到达p点经过的路程相等，两列波的波峰（或波谷）同时到达p点，它们互相加强，在p点出现亮条纹，叫做中央亮纹.下面我们研究一下离p点距离为x的p1点的情况，p1到s1、s2的距离分别为r1、r2，因此从s1、s2发出的光波到达p1点的路程差为r2r1.图13-2-1从图中可以看出：r12=l2+(x-)2,r22=l2+(x+)2两式相减r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx由于ld，因此r2+r12l.由r2-r1=x=k（k=0，1，2，）可得：x=(k=0,1,2, ),该处出现明条纹.当k=0时，即图中的p点，s1、s2到达p点的路程差为零，p一定是振动加强点，出现明纹，又叫中央亮纹.当k=1时，为第一级明纹由对称性可知在p点的下方也有和p点上方相对称的明纹.同理，由r2-r1=（2k+1）（k=0，1，2，）可得x=（2k+1）（k=0，1，2，），该处出现暗条纹.所以，相邻两条亮纹或暗纹的距离为x=.典题精讲【例1】 在双缝干涉实验中，双缝到光屏上p点的距离之差x=0.6 m；若分别用频率为f1=5.01014 hz和f2=7.51014 hz的单色光垂直照射双缝，则p点出现明、暗条纹的情况是（ )a.用频率为f1的单色光照射时，出现明条纹b.用频率为f2的单色光照射时，出现明条纹c.用频率为f1的单色光照射时，出现暗条纹d.用频率为f2的单色光照射时，出现暗条纹思路解析：根据c=f可得两种单色光的波长分别为1=m=0.6 m2=m=0.4 m跟题给条件x=0.6 m比较可知x=1，x=2，故用频率f1的光照射双缝时，p点出现明条纹；用频率为f2的光照射双缝时，p点出现暗条纹，该题的正确选项是a、d.答案：ad绿色通道:双缝干涉条纹是等间距的，相邻明纹（或暗纹）间的距离与波长成正比（装置已确定的情况下），利用双缝干涉实验可以测量光波波长.变式训练1:在杨氏双缝干涉实验中，由双缝s1、s2发出的光在屏上某点p叠加，若光波波长为600 nm，屏上p点到s1、s2的距离分别为3.210-2 mm和1.110-2 mm，则p点将出现_条纹.答案：暗变式训练2:激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理，用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔t，双缝到屏之距离l 以及相邻两条亮纹间距x.若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ )a.v= b.v= c.v= d.v=答案：b【例2】 用单色光做双缝干涉实验，已知屏上一点p到双缝的路程差=1.510-6 m，当单色光波长1=0.510-6 m，p点将形成亮纹还是暗纹？若单色光波长2=0.610-6 m时，此时在中央亮纹和p点之间有几条暗纹？思路解析：由双缝干涉出现明、暗条纹的条件，即s2p-s1p= 由题意可知，当1=0.510-6 m时，s2p-s1p=n1，解得n=3，故p点为明条纹，且中央亮纹和p点之间有两条亮纹. 当2=0.610-6 m时，s2p-s1p=(2n+1)/2解得n=5，故p点为明条纹，且中央亮纹和p点之间有两条暗条纹. 绿色通道:在双缝干涉实验中，当两列光的路程差为/2的偶数倍时，出现亮条纹，为/2的奇数倍时出现暗条纹.变式训练:在杨氏干涉实验中，若已知两狭缝间距为1 mm，双缝到屏的距离为200 cm，屏上得到的干涉图样如图13-2-2所示，请根据图中的测量数据，求出该单色光的波长和频率.图13-2-2答案：500 cm61014 hz【例3】 如图13-2-3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（ )图13-2-3a.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的位置略向上移d.仍可产生干涉条纹，中央亮纹p的位置略向下移思路解析：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，由双缝发出的光到达屏上p点的光程差仍为零，故中央亮纹不变.答案：b绿色通道:本题主要考查是否了解双缝干涉中单缝和双缝的作用，知道托马斯杨巧妙获得相干光源的方法及产生中央亮纹的条件.变式训练:双缝干涉实验装置如图13-2-4所示，双缝间的距离为d，双缝到光屏的距离为l，调整实验装置使得光屏上可以见到清晰的条纹.关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（ )图13-2-4a.若将光屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰b.若将光屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹c.若将双缝间的距离d减小，光屏上的两个相邻明条纹间的距离变小d.若将双缝间的距离d减小，光屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大答案：bd【例4】 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图13-2-5（a）所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，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，从上往下看到的干涉条纹如图（b）所示.干涉条纹有如下特点：任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.若现从图（a）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，从上往下观察到的干涉条纹（ )图13-2-5a.变疏 b.变密 c.不变 d.消失思路解析：薄膜干涉中，干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，相邻明条纹（或暗条纹）必须变疏才能使所在位置下面对应的薄膜厚度跟原先一样，故a正确.答案：a绿色通道:干涉条纹是a板下表面的反射光和b板上表面的反射光叠加而成，由于空气厚度自左向右逐渐增大，因而会产生明暗相间的条纹.变式训练1:如图13-2-6所示是用干涉检查某块厚玻璃板上表面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的.检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（ )图13-2-6a.a的上表面和b的下表面 b.a的上表面和b的上表面c.a的下表面和b的上表面 d.a的下表面和b的下表面答案：c变式训练2:如图13-2-7所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，p是附有肥皂膜的丝圈，s是一点燃的酒精灯，往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图13-2-7中的（ )图13-2-7答案：d 问题探究 问题：在托马斯杨的双缝干涉实验中，相干的光源是如何获得的？ 导思：在探究实验方法时，一定要根据双缝干涉的条件进行分析，并提出初步的设想.验证设想是否正确，可以通过实验，也可以通过观察分析，收集事实和材料等多种方法. 若采用实验时，一定要注意做实验时必须满足的条件（如本实验中两缝间距d应很小），影响实验误差的各种因素，必要时还要进行实验误差分析. 因为物理学是一门实验科学，做好实验是学习物理的基础，同时能培养学生的探究性、实践性和自主性，也是学生获取知识的一种途径，也能培养学生运用物理知识解决实际问题的能力. 探究：相干光源的条件是两列光波的频率相同，相差恒定.s1、s2是相干光源才可以完成此实验，相干光源可由下面方法获得. 让单色光照射到一个有小孔的屏上，这个小孔成了一个“点光源”，光从小孔出来后，照射到第一个屏的两个小孔上，这两个小孔距离很近（约0.1 mm），且与前一个小孔的距离相等.若光是某种波，那么任何时刻从前一个小孔发出的光波都会同时到达后面的两个小孔，所以从两个小孔出来的光不