沪科版选修34 4.1光的干涉 课件（28张）.ppt

第4章 4 1光的干涉 学习目标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 内容索引 自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测 自主预习梳理 3 干涉条件 两列光的相同 振动方向一致 且相位差恒定 4 能发生干涉的两束光称为相干光 5 意义 光的干涉现象充分表明光是一种 1 杨氏双缝干涉实验 1 史实 1801年 英国物理学做了著名的光的实验 成功地观察到了光的干涉现象 2 双缝干涉图样 如图1所示 用单色光去照射双缝 屏幕上就会出现 的的条纹 托马斯 杨 双缝干涉 明暗相间 等距离 频率 图1 波 2 明暗条纹位置的判断方法当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的倍 即恰好等于波长的倍时 两列光在这点相互加强 这里出现 当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的倍时 两列光在这点 这里出现暗条纹 偶数 整数 亮条纹 奇数 相互削弱 光照在厚度不同的薄膜上时 在薄膜的不同位置 前后两个面的光的差不同 在某些位置两列波叠加后相互加强 于是出现 在另一些位置 两列波叠加后相互削弱 于是出现 3 奇妙的薄膜干涉 1 观察薄膜干涉 如图2所示 把这层液膜当作一个平面镜 用它观察灯焰的像时会发现水平方向的的条纹 2 相干光源 液膜表面反射的两列光波 3 薄膜干涉的成因 明暗相间 反射 前后两 光程 图2 亮条纹 暗条纹 重点知识探究 一 杨氏双缝干涉实验 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 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 1 杨氏双缝干涉实验示意图 如图3所示 2 单缝的作用 获得线光源 3 双缝的作用 获得两个相干光源 4 实验现象 在屏上出现一系列明暗相间的条纹 5 实验结论 光具有波动性 图3 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 答案 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 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 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 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整数倍或半波长的偶数倍 即 ps1 ps2 k 2k k 0 1 2 3 2 出现暗条纹的条件 屏上某点p到两条缝s1和s2的路程差正好是半波长的奇数倍 即 ps1 ps2 2k 1 k 1 2 3 例2在图4杨氏双缝干涉实验中 已知ss1 ss2 且s1 s2到光屏上p点的路程差d 1 5 10 6m 当s为 0 6 m的单色光源时 在p点处将形成 条纹 若将整个装置放入某种介质中 光源不变 介质的折射率为1 2 则在p点处将形成 条纹 暗 亮 图4 解析 答案 解析若两相干光源的振动同相 则在离两相干光源路程之差为光的波长的整数倍处会出现亮条纹 路程之差为光的半波长的奇数倍处会出现暗条纹 若两相干光源的振动反相 则出现亮 暗条纹的情况刚好相反 由于ss1 ss2 所以s1 s2处的光振动同相 当 0 6 m时 2 5 则p点处两光振动反相 形成暗条纹 根据折射定律 当光进入介质时波长 0 5 m 根据 3 则p点处两光振动同相 形成亮条纹 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 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 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整数倍的位置上时 叠加后加强 出现了亮条纹 路程差是光在介质中半波长的奇数倍的位置上时 叠加后相互削弱 于是出现了暗条纹 图6 2 薄膜干涉中应注意的问题 1 观察的是从膜前 后两表面反射回来的光 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彩色条纹 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 解析 答案 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 当堂达标检测 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 1 2 解析 答案 3 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 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 解析 答案 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 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 解析 答案 1 2 3 解析判定某处是