高中物理 4.1 光的干涉课件 沪科版选修34.ppt

第4章光的波动性 4 1光的干涉 1 知道什么是相干光源以及光产生干涉现象的条件 2 观察光的干涉现象 认识双缝干涉条纹的特点及其明暗条纹的位置特点 3 观察薄膜干涉现象 知道薄膜干涉条纹的特点 并能用它解释生活中的相关现象 学习目标定位 知识储备区 知识链接 1 频率相同互相间隔 知识储备区 2 1 托马斯 杨双缝干涉 2 明暗相间等距离 3 频率 5 波3 偶数整数亮条纹奇数相互削弱4 1 明暗相间 2 前后两 3 反射光程亮条纹暗条纹 新知呈现 学习探究区 一 杨氏双缝干涉实验 二 光屏上出现明暗条纹的条件 三 奇妙的薄膜干涉 一 杨氏双缝干涉实验 问题设计 麦克斯韦预言光是一种电磁波 光若是一种波 它就应该有衍射 干涉现象 托马斯 杨通过双缝实验观察到了光的干涉现象 从而证明了光具有波动性 波发生干涉的必要条件是什么 托马斯 杨如何得到两个相干光源的 答案波发生干涉的必要条件是两列波频率相同 托马斯 杨通过两个狭缝获得了两个相干光源 要点提炼 1 杨氏双缝干涉实验示意图 如图3所示 图3 2 单缝的作用 获得线光源 3 双缝的作用 获得两个光源 4 实验现象 在屏上出现一系列的条纹 5 实验结论 光具有性 相干 明暗相间 波动 例1在双缝干涉实验中 以白光为光源 在屏上观察到了彩色干涉条纹 若在双缝中的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 已知红光与绿光的频率 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 有除红色 绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹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 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干涉的两束光 在屏上形成干涉条纹 但分别用红滤光片和绿滤光片挡住两条缝后 红光和绿光频率不相等 不能发生干涉 因此屏上不会出现干涉条纹 故选c 答案c 问题设计 二 光屏上出现明暗条纹的条件 机械波发生干涉现象时 形成的图样有什么特点 光发生干涉现象时为什么会出现明暗相间的条纹 答案机械波的干涉图样的特点是 振动加强区和振动减弱区相互间隔 其分布不变 光发生干涉现象时 振动加强区和振动减弱区也会交替分布 反映在屏上 振动加强区 光能量较强 亮 振动减弱区 光能量较弱 暗 即得到明暗相间的干涉条纹 要点提炼 屏上某处出现亮 暗条纹的条件1 出现亮条纹的条件 屏上某点p到两条缝s1和s2的路程差正好是波长的倍或倍 即 ps1 ps2 k 0 1 2 3 整数 半波长的偶数 k 2k 2 出现暗条纹的条件 屏上某点p到两条缝s1和s2的路程差正好是倍 即 ps1 ps2 k 1 2 3 半波长的奇数 2k 1 例2用波长为 的单色光照射单缝o 经过双缝m n在屏上产生明暗相间的干涉条纹 如图4所示 图中a b c d e为相邻亮条纹的位置 c为中央亮条纹 则 a o到达a b的路程差为零b m n到达b的路程差为 c o到达a c的路程差为4 d m n到达e的路程差为2 图4 解析振动方向一致的两光源在空间发生干涉 得到亮条纹的条件需满足 l k k 0 1 2 3 答案bd 返回 问题设计 三 奇妙的薄膜干涉 如图5所示 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 让它挂上一层薄薄的液膜 放在酒精灯旁 膜上就会出现灯焰的像 肥皂膜上为什么会出现灯焰的像呢 这个像有什么特点 答案液膜上的像是液膜前后两个面反射的光形成的 特点 此像由明暗相间的水平条纹组成 图5 要点提炼 1 薄膜干涉的原理与双缝干涉的情况相同 在膜上不同位置 来自前后两个面的反射光 用图6中实线和虚线来代表 所走的路程差不同 路程差是光在介质中波长的倍的位置上时 叠加后加强 出现了亮条纹 路程差是光在介质中半波长的倍的位置上时 叠加后相互削弱 于是出现了暗条纹 图6 整数 奇数 2 薄膜干涉中应注意的问题 1 观察的是的光 眼睛与光源在膜的同一侧 2 用单色光照射时得到明暗相间的条纹 用白色光照射时得到条纹 从膜前 后两表面反射回来 彩色 例3用如图7所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象 图 a 是点燃的酒精灯 在灯芯上撒些盐 图 b 是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈 将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转 观察到的现象是 a 当金属线圈旋转30 时 干涉条纹同方向旋转30 b 当金属线圈旋转45 时 干涉条纹同方向旋转90 c 当金属线圈旋转60 时 干涉条纹同方向旋转30 d 干涉条纹保持不变 图7 解析竖直肥皂膜是由重力作用产生的上薄下厚的薄膜 所以金属线圈的转动 改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状 由干涉原理可知 同一厚度处的干涉条纹在同一级次上 所形成的干涉条纹都是水平的 与金属线圈在该竖直平面内的转动无关 仍然是水平的干涉条纹 d正确 答案d 返回 课堂要点小结 返回 光的干涉 杨氏双缝干涉实验 装置现象 屏上形成明暗相间的条纹结论 光具有波动性 出现明暗条纹的条件 亮条纹 光程差是波长的整数倍暗条纹 光程差是半波长的奇数倍 奇妙的薄膜干涉 现象成因 自我检测区 1 2 3 1 2 3 1 能发生干涉的两束光应是 a 亮度一样b 颜色一样c 频率相等d 传播方向相同 解析产生干涉的条件是两光源的频率相同 振动方向相同 相位差恒定 c 1 2 3 2 某同学自己动手利用如图8所示器材 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 太阳光不能做光源 图8 1 2 3 解析因为移走b屏后 在c上出现一窄亮斑 说明单缝s太宽 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 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 但中央不一定是亮条纹 c错误 太阳光是复色光 可出现彩色干涉条纹 d错误 答案b 1 2 3 3 在双缝干涉实验中 双缝到光屏上p点的距离之差为0 6 m 若分别用频率为f1 5 0 1014hz和f2 7 5 1014hz的单色光垂直照射双缝 则p点出现明 暗条纹的情况是 a 单色光f1和f2分别照射时 均出现明条纹b 单色光f1和f2分别照射时 均出现暗条纹c 单色光f1照射时出现明条纹 单色光f2照射时出现暗条纹d 单色光f1照射时出现暗条纹 单色光f2照射时出现明条纹 1 2 3 解析判定某处是明条纹还是暗条纹 关键是看该处到