高中物理 光的干涉课件 鲁科版选修34.ppt

高中物理 选修3 4 鲁科版 第5章光的干涉衍射偏振第1讲光的干涉 目标定位 1 知道光的干涉现象 知道光是一种波 2 理解相干光源和产生干涉现象的条件 3 理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件 4 了解双缝干涉测量光的波长的实验原理 能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长 5 理解薄膜干涉的成因 知道薄膜干涉的现象和应用 频率 振动方向 整数 奇数 想一想实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离 y 而要测出n个亮条纹间的距离 再求平均值 答案由于光的波长很小 实验中条纹宽度很小 直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现 只能先测出n个条纹间距 再求相邻亮条纹间的距离 这样既便于测量 又可以减小误差 三 薄膜干涉及其应用1 薄膜干涉 由两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象 2 成因竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用 下面厚 上面薄 因此在膜上不同的位置 来自前后两个面的反射光所走的路程不同 这两列波在一些地方叠加后相互 出现亮条纹 在另一些位置 叠加后相互 出现暗条纹 薄膜 加强 削弱 3 常见的薄膜干涉现象 1 白光照射肥皂液膜出现彩色条纹 2 蚌壳内表面透明薄膜上呈现各种色彩 3 有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带 4 有透明薄膜保护层的激光唱片呈现彩色 4 应用 检查平面的程度 平整 想一想热菜汤表面的油花 马路上积水表面的油膜 都会看到彩色的条纹 这些彩色条纹是如何形成的呢 答案由薄膜干涉造成的 白光照射在油膜表面 被薄膜前 后表面反射的两列反射波叠加 形成干涉条纹 由于白光中的各色光波长不同 干涉后的条纹间距不同 薄膜上就会出现彩色花纹 一 杨氏双缝干涉实验1 双缝干涉的装置示意图图5 1 1 实验装置如图5 1 1所示 有光源 单缝 双缝和光屏 1 单缝的作用 获得一个线光源 使光源有唯一的频率和振动情况 也可用激光直接照射双缝 2 双缝的作用 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 2 产生干涉的条件 两列光的频率相同 相位差恒定 振动方向相同 本实验中是靠 一分为二 的方法获得两个相干光源的 3 干涉图样 1 若用单色光作光源 则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹 2 若用白光作光源 则干涉条纹是彩色条纹 且中间条纹是白色的 4 实验结论 证明光是一种波 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 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 但仍有光亮 故c对 答案c 借题发挥明确两列光波发生干涉的条件 知道不同色光的频率不同 是对此类问题做出正确判断的关键 该知识点必须记住 例2 如图5 1 2所示是双缝干涉实验装置 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点上方的p1点出现第一条亮条纹中心 即p1到s1 s2的光程差为一个波长 现换用波长为400nm的紫光源照射单缝 则 图5 1 2 a p和p1仍为亮点b p为亮点 p1为暗点c p为暗点 p1为亮点d p p1均为暗点解析从单缝s射出的光波被s1 s2两缝分成两束相干光 由题意知屏中央p点到s1 s2距离相等 即分别由s1 s2射出的光到p点的路程差为零 因此是亮条纹中心 因而 无论入射光是什么颜色的光 波长多大 p点都是中央亮条纹中心 借题发挥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 要记住光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 还要注意这一结论成立的条件是 两个光源情况完全相同 2 实验步骤 1 按如图5 1 3所示安装仪器 图5 1 3 2 将光源中心 单缝中心 双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上 3 使光源发光 在光源和单缝之间加红 绿 色滤光片 让通过后的条形光斑恰好落在双缝上 通过遮光筒上的测量头 仔细调节目镜 观察单色光的干涉条纹 撤去滤光片 观察白光的干涉条纹 彩色条纹 4 加装滤光片 通过目镜观察单色光的干涉条纹 同时调节手轮 分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心 记下手轮的读数 然后继续转动使分划板移动 直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心 记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n 例3 现有毛玻璃屏a 双缝b 白光光源c 单缝d和透红光的滤光片e等光学元件 要把它们放在图5 1 4所示的光具座上组装成双缝干涉装置 用以测量红光的波长 1 将白光光源c放在光具座最左端 依次放置其他光学元件 由左至右 表示各光学元件的字母排列顺序应为c a 图5 1 4 2 本实验的步骤有 取下遮光筒左侧的元件 调节光源高度 使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮 按合理顺序在光具座上放置各光学元件 并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上 用米尺测量双缝到屏的距离 用测量头 其读数方法同螺旋测微器 测量数条亮纹间的距离 在操作步骤 时还应注意 3 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐 将该亮纹定为第1条亮纹 此时手轮上的示数如图5 1 5甲所示 然后同方向转动测量头 使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐 记下此时图5 1 5乙中手轮上的示数 mm 求得相邻亮纹的间距 y为 mm 图5 1 5 4 已知双缝间距d为2 0 10 4m 测得双缝到屏的距离l为0 700m 由计算式 求得所测红光波长为 nm 解析 1 滤光片e是从白光中选出单色红光 单缝屏是获取线光源 双缝屏是获得相干光源 最后成像在毛玻璃屏 所以排列顺序为 c e d b a 四 对薄膜干涉的理解1 现象 光照到薄膜上 从膜的前表面和后表面反射回来的光再次相遇而产生的干涉现象 两反射光的光程差等于膜厚度的2倍 2 图样 以光照射肥皂泡为例 如果是单色光照射肥皂泡 肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹 如果是白光照射肥皂泡 液膜上就会出现彩色条纹 且每一条纹呈水平分布 3 应用 用干涉法检查平面的平整程度 光学镜头上的增透膜 例4 如图5 1 6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置 p是附有肥皂薄膜的铁丝圈 s是一点燃的酒精灯 往火焰上撒些盐后 在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的 图5 1 6 解析铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚 在同一水平线上厚度基本一致 如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加