高中物理 第十三章 光 13.3 光的干涉课件 新人教版选修34.ppt

3 光的干涉 1 知道光的干涉现象 并能从光的干涉现象中了解光是一种波 2 了解相干光源 掌握产生干涉的条件 3 理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因 1 2 1 杨氏双缝干涉实验 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 2 实验过程 让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上 两条狭缝相距很近 如果光是一种波 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 两波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加 发生干涉现象 来自两个光源的光在一些位置相互加强 在另一些位置相互削弱 3 实验现象 在屏上得到明暗相间的条纹 1 2 4 实验结论 证明光是一种波 5 现象解释 当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时 即恰好等于波长的整数倍时 两列光在这点相互加强 这里出现亮条纹 当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时 两列光在这一点相互削弱 这里出现暗条纹 1 2 2 光产生干涉的条件 1 相干光源 如果两个光源发出的光能够产生干涉 这样的两个光源叫作相干光源 激光器发出的光就是相干光源 2 干涉条件 两列光的频率相同 振动方向相同 相位差恒定 两盏普通白炽灯发出的光相遇时 我们为什么观察不到干涉条纹 提示 一般情况下 两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况 频率往往是不同的 即两者不是相干光源 所以观察不到干涉条纹 一 二 三 一 对相干光源的理解两个光源发出的光满足相干条件 这样的光源叫相干光源 即相干光源发出的光必须满足 1 频率相等 2 振动方向一致 3 相位差恒定 在机械波中 只要两波源满足频率相等 振动方向一致 则其相位差一定恒定 因此教材中并没有刻意提出相位差恒定这一条件 但在光波中 由于光是由大量原子中的核外电子跃迁产生的 对于两个独立的光源来说 即使频率相等 其相位差也不恒定 因此 在室内打开两盏电灯时 看不到干涉现象 一 二 三 要想得到相干光源 必须由一个光源发出光 然后把它分成两束光 作为两个光源发出的光 这样这两个光源就成为相干光源了 杨氏双缝干涉实验就采用了这种方法 特别警示杨氏双缝干涉实验中两条狭缝相当于两个相干光源 为了满足相干条件 在做双缝干涉实验时 一般在双缝前再加一单缝 一 二 三 一 二 三 一 二 三 三 对双缝干涉实验中屏上某处出现亮 暗条纹条件的理解频率相同 振动情况也完全相同的两个相干光源在屏上某处产生亮 暗条纹的条件 1 亮条纹的条件 屏上某点p到两缝s1和s2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍 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纹 一 二 三 2 暗条纹的条件 屏上某点p到两缝s1和s2的路程差正好是半波长的奇数倍 特别警示应用这一结论判断双缝干涉实验中 屏上某点是亮条纹还是暗条纹一定要注意这一结论成立的条件 如果该相干光源的频率相同 但振动情况完全相反 则结论正好与上面的相反 类型一 类型二 两列光波发生干涉的条件 例1 在双缝干涉实验中 以白光为光源 在屏幕上观察到了彩色干涉条纹 若在双缝的其中一缝前放一红色滤光片 只能透过红光 另一缝前放一绿色滤光片 只能透过绿光 已知红光与绿光频率 波长均不相等 这时 a 只有红色和绿色的双缝干涉条纹 其他颜色的双缝干涉条纹消失b 红色和绿色的双缝干涉条纹消失 其他颜色的干涉条纹依然存在c 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 但屏上仍有光亮d 屏上无任何光亮点拨 明确双缝干涉的发生条件是分析问题的关键 类型一 类型二 解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相等 利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光 在光屏上形成干涉条纹 但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后 红光和绿光频率不等 不能发生干涉 因此屏上不会出现干涉条纹 但仍有红光和绿光的衍射图样 答案 c题后反思明确两列光波发生干涉的条件 知道不同色光的频率不同 是对此类问题作出正确判断的依据 该知识必须要牢牢掌握 类型一 类型二 产生明 暗条纹的条件 例2 如图所示 双缝干涉实验装置 使用波长为600nm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上方的p1处出现第一条亮纹中心 即p1到s1 s2的路程差为一个波长 现换用波长为400nm的紫光源照射单缝 则 a p和p1处仍为亮条纹b p处为亮条纹 p1处为暗条纹c p处为暗条纹 p1处为亮条纹d p p1处均为暗条纹 类型一 类型二 点拨 熟记双缝干涉实验中屏上某点出现亮 暗条纹的条件是正确解决此类问题的关键 解析 从单缝s射出的光波被s1 s2两缝分成的两束光为相干光 由题意 屏中央p到s1 s2距离相等 即由s1 s2分别射出的光到p的路程差为零 因此p处是亮纹中心 因而 无论入射光是什么颜色的光 波长多大 p处都是中央亮纹中心 而p1到s1 s2的路程差刚好是橙光的一个波长 即 p1s1 p1s2 600nm 橙 则两列光波到达p1时的振动情况完全一致 振动得到加强 因此 出现亮条纹 两列光波到达p1时振动情况完全相反 即由s1 s2射出的光波到达p1时就相互削弱 因此 出现暗条纹 综上所述 选项b正确 类型一 类