人教版物理选修3-4第十三章 光第三节

第十三章,3光的干涉,学习目标1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波.2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、杨氏干涉实验,如图1为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况.在屏幕上观察到什么现象？两条狭缝起什么作用？,答案,图1,答案屏幕上出现明暗相间的条纹.光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源.,对双缝干涉的认识1.1801年，英国物理学家成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有.2.杨氏双缝干涉实验：(1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图2所示，有光源、单缝、双缝和光屏.,图2,托马斯杨,波动性,(2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的和振动情况.也可用激光直接照射双缝.(3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光.3.光产生干涉的条件：两束光的相同、相位差恒定、振动方向相同.杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的.4.干涉图样：(1)若用单色光作光源，干涉条纹是的的条纹.(2)若用白光作光源，干涉条纹是条纹，且中央条纹是白色的.5.证明了光是一种.,频率,频率,等间距,明暗相间,彩色,波,判断下列说法的正误.(1)两只相同的手电筒射出的光在同一区域叠加后，看不到干涉图样的原因是干涉图样太细小看不清楚.()(2)双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光.()(3)只要两列光波的频率相同，在同一区域叠加时就会产生干涉现象.()(4)用单色光做双缝干涉实验时在屏幕上出现明暗相间的条纹.()(5)双缝干涉现象说明光具有波的特性.()(6)用白光做双缝干涉实验时屏幕各处均是彩色条纹.(),二、条纹形成条件,(1)若屏上某点是两列光波的波峰与波峰相遇，该点的振动是加强还是减弱？若屏上某点是两列光波的波峰与波谷相遇，该点的振动是加强还是减弱？,答案,答案波峰与波峰相遇，振动加强；波峰与波谷相遇，振动减弱.,答案红光的条纹间距最宽，紫光的条纹间距最窄.屏幕离双缝越远，条纹间距越大.双缝间距越大，条纹间距越小.与光波波长、双缝到屏的距离及两双缝间距离有关.,(2)如图3所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样有什么不同？如果将屏幕远离双缝移动，条纹间距如何变化？改变双缝间的距离条纹如何变化？说明双缝干涉条纹的间距与哪些因素有关.,答案,图3,产生亮、暗条纹的条件及条纹间距1.如图4所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差rr2r1.(1)若满足路程差为波长的整数倍，即r(其中k0,1,2,3，)，则出现亮条纹.(2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即r(其中k0,1,2,3，)，则出现暗条纹.,图4,k,2.双缝干涉实验时，屏幕上相邻亮条纹和相邻暗条纹是等间距的，这个间距与光的波长、屏幕到双缝的距离和双缝的间距有关.波长越长，屏幕到双缝的距离越大，双缝的间距越小，干涉条纹的间距越宽.,判断下列说法的正误.(1)屏上某处到两缝的间距相等，此处为中央亮条纹.()(2)屏上某处到两缝的间距相差半个波长，此处为暗条纹.()(3)中央亮条纹处到两缝的路程差为零，因此不管光的波长为多大，此处总为亮条纹.()(4)当双缝间距一定时，屏幕上的条纹宽度与光的颜色没有关系.()(5)白光做双缝干涉实验时，因为不同色光在不同位置加强，故出现彩色条纹.(),题型探究,一、杨氏干涉实验,双缝干涉图样的特点1.单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大.2.白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹.这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹.两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹.,例1一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,答案,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.,针对训练1在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹.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.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,解析两束光能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，但分别用红色滤光片和绿色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，但屏上仍会有光亮，故选C.,两束光发生干涉的条件是两束光的频率相同、相位差恒定、振动情况相同.,分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤(1)由题设情况依真n介，求得光在真空(或空气)中的波长.(2)由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹.(3)根据亮条纹的判断式rk(k0,1,2)或暗条纹的判断式r(2k1)(k0,1,2)，判断出k的取值，从而判断条纹明暗情况.,二、决定条纹间距的条件,例2在图5杨氏双缝干涉实验中，已知SS1SS2，且S1、S2到光屏上P点的路程差d1.5106m.当S为0.6m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.,解析,答案,图5,暗,亮,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SS1SS2，所以S1、S2处的光振动同相.当0.6m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,两束光发生干涉形成的是亮条纹还是暗条纹取决于两束光到屏上某点的路程差.,解析,答案,针对训练2在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6m，若分别用频率为f15.01014Hz和f27.51014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是A.单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹B.单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C.单色光f1照射时出现亮条纹，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照射时出现亮条纹,解析判定某处是亮条纹还是暗条纹，关键是看该处到两光源的路程差是该光波长的倍数情况，若是整数倍，该处为亮条纹；若为半波长的奇数倍，则为暗条纹.,达标检测,1.两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为A.两个灯亮度不同B.灯光的波长太短C.两个光源的频率不稳定，是非相干光源D.周围环境的漫反射光太强,答案,1,2,3,解析,解析一般情况下，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的频率不稳定，振动情况也往往不同，是非相干光源，故正确选项为C.,2.(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，为光波波长)A.在距双缝的路程相等的点形成暗条纹B.在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹C.在距双缝的路程差为的点形成亮条纹D.在距双缝的路程差为(n)的点形成暗条纹,1,2,3,答案,解析当屏上的点距双缝的路程差为n时，将出现某时刻波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，该点振动加强，形成亮条纹.当屏上的点距双缝的路程差为(n)时，该点振动减弱，形成暗条纹，故B、D正确.,解析,解析由知f变小，变