干涉与衍射分解.ppt

高中物理新人教版选修-4系列课件,13.2光的干涉,教学目标,一、知识目标1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波.2.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹.3.掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程.4.知道不同色光的频率不同，掌握波长、波速、频率的关系.5.通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用.二、能力目标1.通过了解杨氏把一个点光源发出的一束光分成两束，理解相干光源的设计思想.2.通过根据波动理论分析单色光双缝干涉，培养学生比较推理，探究知识的能力.3.在认真观察实验事实的基础上，加强抽象思维能力的培养.,三、德育目标通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观.教学重点双缝干涉图象的形成实验及分析教学难点1.亮纹（或暗纹）位置的确定.2.亮纹（或暗纹）间距公式的推导.教学方法通过机械波干涉现象的复习，过渡到光波的叠加，进而提出问题，引发思考，在实验观察的基础上通过探究现象成因，总结规律，完成本节课的教学目标，最后通过对薄膜干涉成因的分析达到拓展应用，提高能力的目的.,1、两列机械波（如声波、水波）发生干涉的条件是什么？,复习回顾：,2、如何获得两列相干的机械波？（以水波为例）,3、两列波干涉时，振动最强的点和振动最弱的点条件是什么？,光到底是什么？,17世纪明确形成了两大对立学说,牛顿,惠更斯,微粒说,波动说,19世纪初证明了波动说的正确性,由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风,第二节光的干涉,分波面法小结,一、相干光的来源,二、杨氏双缝实验,杨氏双缝干涉,像屏,双缝屏,观察实验，概括实现象，并说明出这种现象的原因？,三、单色光的双缝干涉的实验现象：,1、等宽度、等间距的明暗条纹。,2、波峰与波峰、波谷与波谷叠加的区域振动最强，即出现明条纹。波峰与波谷叠加的区域振动最弱，即出现暗条纹。,思考：若用绿光在同样的装置中做双缝干涉实验，会得到什么图样呢？,不同单色光的双缝图样干涉比较,从两张照片中可以看出：红光的条纹间距（宽度）比绿光大，那么，不同单色光的干涉条纹的间距（宽度）与哪些因素有关?,提出问题：,P,思考1：下图中P点为明条纹还是暗条纹？,P1,思考2：设单色光的波长为，若P1为靠近中央最近的明条纹，则：P1S2P1S1=？,Q1,思考3：若Q1为PP1的中点，则Q1是明条纹还是暗条纹？Q1S2Q1S1=？,Q2,由于l远远大于d，l远远大于x，,1、条纹间距的含义：相邻的亮纹或暗纹之间的距离总是相等的，相邻的亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离叫做条纹间距。,四、单色光的双缝间距或宽度与波长的关系：,观察不同单色光的双缝干涉条纹的情况，说说你的思考？,红光波长最大，紫光波长最小,五、光的波长的测定：,五、进一步研究：,不同的色光在真空中的传播速度相同。波长和频率的乘积等于波速：v=f，波长越长频率越小，波长越短频率越大。,1nm=10-9m,七种单色光的综合性质对比一览表,思考4：七种单色光在同一种装置中的双缝干涉条纹间距是从大到小的。但它们在双缝正对的像屏的中央P处附近均为亮条纹还是暗条纹？,拓展1、若用白光在同样的装置中做双缝干涉实验，其干涉图样是什么条纹？,拓展2、分析说明用白光做杨氏双缝实验时，中央亮纹的边缘是什么颜色？,拓展3、分析说明用白光做杨氏双缝实验时，离中央最近的一条亮纹是什么颜色？,红,紫,白光,蓝光,红光,单色光的合成,六、白光的双缝干涉：,中央明条纹,七、薄膜干涉,思考：肥皂泡看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，看起来也是彩色的。这些现象是这样形成的？,1）现象：水平明暗相间条纹,）相干光的来源：肥皂薄膜前表面反射光波与后表面反射光波相互叠加产生干涉,在薄膜的厚度为d处，前后表面反射光的光程差为d，则,当时，出现暗条纹,当时，出现亮条纹,如果薄膜厚度均匀变化，用单色光照射条纹间距相等用白光照射在同一厚度某一波长的光反射后增强，另一波长的光反射后减弱，所以出现彩色条纹,例1、如图4-4所示，竖直的肥皂液膜的横截面，右侧受到一束平行光的照射，关于肥皂液膜产生干涉条纹的说法正确的是()A.在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液薄膜左右两个表面反射的两列波迭加生成的B.在左侧也能观察到类似的条纹C.观察到的条纹可能是黑白相间的也可能是色彩相间的D.观察到的条纹可能是水平的也可能是竖直的,薄膜干涉的应用,a.干涉法检查平面,原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片，使其间形成一个楔形的空气薄层当用单色光从上面照射时，入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是从反射光中看到干涉条纹,b.增透膜,原理：当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光，增大透射光的作用,思考：增透膜能否将所有反射光都抵消,思考：那么，怎样来确定增透膜的厚度？,因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的厚度为绿光在增透膜中波长的1/4。以增大绿光的透射强度。因为红光与紫光反射强度大，所以照相机的镜头常呈淡紫色或蓝色,照相机和望远镜,牛顿环,干涉图样：中央疏边沿密的同心圆环,人接收的信息有90来自眼睛看到的光;光给了我们多姿多彩的世界.,既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢?,光的衍射,复习提问,问题1.什么是波的衍射现象？,问题2.发生明显衍射的条件是什么？,波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传的现象叫波的衍射,障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。,光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？,水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？,光的衍射,S,d,一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多,取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏,激光束,调节狭缝宽窄,像屏,一单缝衍射,波长很短400-700nm,一单缝衍射,单缝衍射条纹的特征,一单缝衍射,1、中央亮纹宽而亮,2、两侧条纹具有对称性，明暗相间且不等距.,单缝衍射与双缝干涉条纹和区别,各明纹或暗纹宽度、亮度基本相等.,中央条纹最宽最亮,两侧条纹宽度、亮度逐渐减小,干涉条纹,衍射条纹,观察下列衍射图样，分析衍射规律：,单缝衍射规律,1、波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大(衍射越明显),2、单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越明显),3、白光（白炽灯）的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色,改变缝宽,改变波长,光的衍射,1衍射图样：明暗相间且不等距条纹（中央亮纹）,2单缝衍射规律,3衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小,一、单缝衍射,1)波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大,2)单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大,3)白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色,A,B,S,1、孔较大时屏上出现清晰的光斑,圆孔衍射,二圆孔衍射,A,B,S,2、孔较小时屏上出现衍射花样（亮暗相间的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围）,原因:来自单缝或圆孔上不同位置的光,在屏上叠加的结果.,圆孔衍射,S,光的衍射,1衍射图样：明暗相间且不等距条纹（中央亮纹）,2单缝衍射规律,3衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小,一、单缝衍射,二、圆孔衍射,1衍射图样：明暗相间且不等距的同心圆环（中央亮斑）,2衍射条件：孔的尺寸接近波长或比波长还要小,三光绕过障碍物的衍射,不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样泊松亮斑,实验：在光束中放一个不透明圆盘现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。,圆屏衍射,泊松亮斑,圆屏衍射图样,泊松亮斑,在其影子的中心有一个亮斑,小圆盘和小圆孔做衍射图样特点,圆孔衍射,圆盘衍射,光的衍射现象,不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果,光的衍射,一、单缝衍射,二、圆孔衍射,三、圆屏衍射,1衍射图样：明暗相间的不等距的同心圆环，中心有一个亮斑（泊松亮斑）,2衍射条件：屏的尺寸接近波长或比波长还要小,小结1、光在没有障碍物的均匀介质中，直线传播。2、在孔或障碍物的尺寸比波长差不多或还小，光就发生衍射。3、光的衍射并没有否定光的直线传播，而是指出了它的适用范围和它的局限性。4、缝、孔或障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比波长还小时，衍射现象明显。,透射光棚:在玻璃片上刻有许多等宽而又间距相等的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝,一般每毫米有几十到几千个狭缝。反射光栅:在高反射率的金属上刻痕.,六衍射光栅,练一练,1、下列属于光的衍射现象的是：A雨后天空出现的绚丽的彩虹B阳光下肥皂膜上的彩色条纹C太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹D眼睛透过纱巾看到的灯光的条纹E眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围有彩色花纹,DE,2、下列关于单缝衍射的说法中，正确的是A和光的双缝干涉图样相同B各亮条纹的宽度不同而亮度相同C各亮条纹的宽度相同而亮度不同D中央亮条纹的宽度最宽，亮度最亮,D,3、用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图形，它们的特征是A用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的B中央均为亮点的同心圆形条纹C中央均为暗点的同心圆形条纹D用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的,B,4、我们经常可以看到，凡路边施工处总挂有红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光A比其他色光更容易发生衍射B比其他可见光更容易发生干涉C比其他可见光更容易发生反射D比其他可见光更容易发生折射,A,5、关于衍射下列说法正确的是A衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是光的叠加的结果B双缝干涉中也存在着光的衍射现象C影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实D一切波都可以产生衍射,ABD,6、用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依次出现的现象是：_；_,圆形亮斑,烛烟的像,明暗相间的圆环,7、关于光的衍射：A是光在传播中绕过障碍物发生弯曲的现象B衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C为光的波动说提供了有力的证据D完全否定了光的直线传播的理论,BC,8.如图所示是用游标卡尺两测脚间的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象.当游标卡尺两测脚间的狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时,所看到的四个图像