人教版选修34 光的干涉 第1课时 学案.docx

133光的干涉学习目标：1.观察光的干涉现象，能说出光的干涉条纹的特点2能说出干涉现象产生的原因以及出现明条纹或暗条纹应满足的条件3明确相干光源的概念，熟记产生稳定干涉现象的条件重点：说出光的干涉条纹的特点、熟记产生稳定干涉现象的条件难点：说出干涉现象产生的原因以及出现明条纹或暗条纹应满足的条件预习新课： 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，开始让人们认识到光的波动性光的干涉现象 (1)定义：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即出现亮纹和暗纹相间的现象。(2)实例分析：如图所示是波的干涉图样，s1、s2是两个振动情况总是相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷，a、b、c、d、e中a、c两点振动加强，d、e两点振动减弱，这是毫无疑问的，那么b点是振动加强点吗？振动加强和振动减弱主要看波源到这一点的路程差，由图可以看出oo是s1、s2连线的中垂线，所以b到s1、s2的路程差为零，所以b点也是振动加强点。光的波动理论认为，光具有波动性。那么，如果两列振动情况总是相同的光叠加，也应该出现振动加强和振动减弱的区域，并且出现振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象。重点：光的干涉光波的干涉与机械波的干涉一样，也有加强区和减弱区。波峰与波峰(波谷与波谷)相遇处为加强区，对于光波来说加强区照射到光屏上出现亮条纹；波峰与波谷相遇处为减弱区，对于光波来说减弱区照射到光屏上为暗条纹。【例1】 如图所示是单色光双缝干涉实验中某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷，在此时刻，介质中a点为波峰相叠加点，b点为波谷相叠加点，a、b连线上的c点为某中间状态相叠加点。如果把屏分别放在a、b、c三个位置，那么()aa、b、c三个位置都出现亮条纹bb位置出现暗条纹cc位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定d以上结论都不对解析：在干涉现象中，所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同的。该点的振幅是两列波的振幅之和，而不要理解为该点始终处于波峰或波谷，在某时刻它可以位于平衡位置(如图中c点)。所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的，该点的振幅是两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，则该点始终在平衡位置。在光屏上，该点是完全暗的。答案：a2干涉条件条件：两列光的频率相同、相差恒定或两列光振动情况总是相同。能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列而获得。(1)由于不同光源发出的光频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象。(2)干涉是波叠加的一种特殊情况，是波的特征之一。重点：光的干涉条件的分析生活中任何两个各自独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉，这是由物体的发光机理决定的，即任何两个各自独立的光源都不是相干光源。所以杨氏双缝干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源，以便能有相同的频率和振动规律。双缝是由同一个狭缝照亮的，所以双缝也就成了一对相干光源。光的相干条件中频率相同是光发生干涉的必要条件，要发生干涉，两光源还必须具有相同的振动方向和恒定相位差，通常的问题中对相干光源的条件说法比较含蓄，要注意挖掘。【例2】 如图所示为两个波源s1和s2在水面产生的两列波叠加后的干涉图样，由图可推知下列说法正确的是()a两波源振动频率一定相同b两波源振动频率可能不相同c两列水波的波长相等d两列水波的波长可能不相等解析：两列波产生干涉图样的条件是波的频率必须相同，故a项正确；在同种介质中，各种水波的传播速度相同，根据波长、波速和频率的关系可知，两列水波的波长一定相同，c项正确。答案：ac3杨氏干涉实验(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，开始让人们认识到光的波动性。(2)双缝干涉实验实验过程：如图所示，让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两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，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉。实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。实验结论：证明光是一种波。现象解释：s1和s2相当于两个频率、相位和振动方向相同的光源，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)，两列光波在这点相互加强，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，两列光波在这点相互削弱，出现暗条纹。【例3】 关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是()a用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹b用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹c用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹d照射单缝的单色光的波长越短，光屏上出现的条纹宽度越宽解析：a用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹b用红光作光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间c红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹d单色光的波长越短，光屏上出现的条纹越窄答案：b4条纹间距(1)条纹间距公式：双缝s1、s2之间的距离为d，双缝到屏的距离为l，光的波长为，则观察屏上的相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离x。(2)影响条纹间距大小的因素：由条纹间距的公式x知，条纹间距不仅与实验装置中双缝s1、s2之间的距离d、双缝到屏的距离l有关，还与光的波长有关，相同的实验装置中波长越长，条纹间距越大。【例4】 在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是()a用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光b用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的光c单色光双缝干涉条纹中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的d在双缝干涉现象里，把入射光由波长长的光换成波长短的光，相邻两个亮条纹间距将变宽解析：a条纹间距与光的波长成正比，故偏离中央亮条纹最远的是波长较长的光bc双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等宽等间距的d相邻两亮条纹间距将变窄答案：a 5从能量的观点解释光的干涉现象光的干涉现象中虽然是波峰与波峰叠加或波谷与波谷叠加出现亮条纹，波峰与波谷叠加出现暗条纹，但仍遵循能量守恒的原则。干涉现象只是光波能量的重新分配，暗条纹处光能量几乎为零，亮条纹处能量较强，存在光能量增强处并不是光的干涉可以产生能量，而是按波的传播规律，到达该处的光能量比较集中，而暗条纹处基本没有光能量传到该处。【例5】 为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52107 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度。解析：若绿光在真空中波长为0，在增透膜中的波长为，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：n即，那么增透膜厚度h m1107 m。答案：1107 m拓展与创新6判断亮条纹和暗条纹的方法(1)如图，p0点为中央亮纹，距s1、s2距离相等，光程差rs1p0s2p00(2)到p1点的光程差r1为，在p1点出现亮条纹；同理，p1点的上方还可以找到r2|s1p2s2p2|2的p2点，r3|s1p3s2p3|3的p3点，rn|s1pns2pn|n的pn点，它们对应产生第2、3、4n条亮条纹；在p点下方，与p1、p2等关于p0对称的点也应是亮条纹。(3)s1、s2发出的光在q1点是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反。q1点位置在p0、p1间，它与两波源光程差为|s1q1s2q1|，出现暗纹，同理，r|s1q2s2q2|，处，在p1p2、p2p3、亮纹之间有第2条暗纹q2、第3条暗纹q3结论总结：(1)r2n，n0,1,2，时，出现亮纹。(2)r(2n1)，n0,1,2，时，出现暗纹。点技巧 判断亮暗条纹的方法判断光屏上的某点出现亮条纹或暗条纹最基本的方法就是判断此点到两波源的光程差。如果光程差(2n1)(n1,2,3，)，则出现暗条纹，如果n(n1,2,3)，则出现亮条纹。本题并没有直接给出波长，但通过公式cf可由频率求得波长。【例61】 如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙光源照射单缝s，在光屏中央p处观察到亮条纹，在位于p点上方的p1点出现第一条亮纹中心(即p1到s1、s2的光程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则()ap和p1仍为亮点bp为亮点，p1为暗点cp为暗点，p1为亮点 dp、p1均为暗点解析：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点到s1、s2距离相等，即由s1、s2分别射出的光到p点的路程差为零，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，p点都是中央亮纹中心。而p1点到s1、s2的光程差刚好是橙光的一个波长，即|p1s1p1s2|600 nm橙，则两列光波到达p1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹。当换用波长为400 nm的紫光时，|p1s1p1s2|600 nm3紫/2，则两列光波到达p1点时振动情况完全相反，即由s1、s2射出的光波到达p1点时就相互削弱，因此，出现暗条纹，综上所述，选项b正确。答案：b【例62】 如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图。乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为：红光的波长最长，紫光的波长最短。则以下说法正确的是()a甲图中d不变，丙图可能为用红光实验产生的条纹b甲图中d不变，丙图可能为用紫光实验产生的条纹c甲图中只使d变大，其他不变，丙图可能为用紫光实验产生的条纹d丙图一定不是用红光实验产生的条纹解析：根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，由x可知使d变大，x变小，因此选项b、c、d错误，a正确。答案：a课堂练习：1.(多选)双缝干涉实验装置如图4所示，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是()图4a若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹b若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化c若将像屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹d若将像屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹不会发生变化答案acd2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f15.01014 hz和f27.51014 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用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹b用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹c用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹d用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹解析单色光f1的波长：1 m0.6106 m0.6 m.单色光f2的波长：2 m0.4106 m0.4 m.因p点到双缝的距离之差x10.6 m1，所以用单色光f1照射时p处出现亮条纹x20.6 m2，所以用单色光f2照射时p处出现暗条纹，故选项c正确答案c3.如图5所示，用单色光做双缝干涉实验，p处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二条暗条纹的位置()图5a仍在p处b在p点上方c在p点下方d要将屏向双缝方向移近一些才能看到解析由知f变小，变大若出现第二条暗条纹，则p到双缝的路程差r，当变大时，r也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在p点上方，b正确答案b4如图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得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的答案d作业1从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为()a手电筒射出的光是单色光b干涉图样太细小看不清楚c周围环境的光太强d这两束光为非相干光源解析两束光的相位差不恒定，且都不是单色光，故不是相干光源，因此不能产生干涉图样答案d2下列关于双缝干涉实验的说法中，正确的是()a单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源b双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源c光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹d照射单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹宽度越宽解析单缝的作用是产生一个线光源，两个频率相同的光源称为相干光源，选项a错误；双缝的作用是产生两个频率相同、振动情况相同的相干光源，选项b正确；路程差等于半波长奇数倍处出现暗条纹，选项c错误；频率越高，波长越短，条纹宽度越窄，选项d错误答案b3一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()a各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同b各色光的速度不同，造成条纹的间距不同c各色光的强度不同，造成条纹的间距不同d各色光通过双缝到达一确定点的距离不同解析各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹答案a4在杨氏双缝干涉实验中，如果()a用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹b用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹c用红光作为光源，屏上将呈现彩色条纹d用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹解析用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，a错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，b对，c错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，d错答案b5(多选)用单色光做双缝干涉实验时()a屏上到双缝的路程差等于波长整数倍处出现明条纹b屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍处，可能是明条纹，也可能是暗条纹c屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方d屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方解析在双缝干涉实验中，屏上到双缝的路程差等于波长整数倍处出现明条纹，则可能是两列光波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇的地方，a选项正确，c选项错误；屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍处，可能是半波长的奇数倍(暗条纹)，也可能是半波长的偶数倍(明条纹)，b选项正确；两列光波的波峰与波谷相遇的地方，应是暗条纹，d选项错误答案ab6如图1所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝s1、s2，由s1和s2发出的两列波到达屏上时产生干涉条纹，已知入射激光的波长为，屏上的p点到两狭缝s1和s2的距离相等，如果把p处的亮条纹记作0号亮纹，由p向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则p1处的亮纹恰好是10号亮纹设直线s1p1的长度为1，s2p1的长度为2，则21等于()图1a9b10c11d18解析若屏上的p点到两狭缝s1和s2的路程差是波长的整数倍，则屏上出现亮条纹p1处的亮纹恰好是10号亮纹，2110，选项b正确答案b7(多选)双缝干涉实验装置如图2所示，绿光通过单缝s后，投射到具有双缝的挡板上，双缝s1和s2与单缝s的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹屏上o点距双缝s1和s2的距离相等，p点是距o点最近的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是()图2ao点是红光的亮条纹b红光的第一条亮条纹在p点的上方co点不是蓝光的亮条纹d蓝光的第一条亮条纹在p点的上方解析由于o点到双缝的路程差为零，所以为各种色光的亮条纹，a正确；p点由于是绿光的第一条亮条纹，红光的波长大于绿光的波长，红光的条纹间距大于绿光的条纹间