高中物理选修3-4《光的干涉》

1、 1、光的干涉、光的干涉 第五章 光的波动性 光光 是什么是什么 17世纪的两种学说世纪的两种学说 牛牛 顿顿 的的 微微 粒粒 说说 惠更斯的惠更斯的波动说波动说 对光本性的认识，人类经历对光本性的认识，人类经历 了十分漫长的过程，牛顿认了十分漫长的过程，牛顿认 识光是一种粒子流，与牛顿识光是一种粒子流，与牛顿 同时代的惠更斯则认为光是同时代的惠更斯则认为光是 波，他开创了光的波动论。波，他开创了光的波动论。 假如你认为光是波，准假如你认为光是波，准 备通过哪些物理现象来证备通过哪些物理现象来证 明呢？明呢？ 假设假设光真的是一种波光真的是一种波 我们必然能看到波特有的现象我们必然能看到波特

2、有的现象 1801年，英国物理学家年，英国物理学家 托马斯托马斯杨在实验室里杨在实验室里 成功的观察到了光的干成功的观察到了光的干 涉现象涉现象 对光本性的认识，人类经对光本性的认识，人类经 历了十分漫长的过程，牛历了十分漫长的过程，牛 顿认识光是一种粒子流，顿认识光是一种粒子流， 与牛顿同时代的惠更斯则与牛顿同时代的惠更斯则 认为光是波，他开创了光认为光是波，他开创了光 的波动论。的波动论。 用一束平行的红色激用一束平行的红色激 光束照射有两条狭缝光束照射有两条狭缝 （也称双缝）（也称双缝）s1和和s2 的档板的档板（s1和和s2相距相距 0.1m），），观察挡板后观察挡板后 面与档板平行的

3、屏幕面与档板平行的屏幕 上所出现的条纹。上所出现的条纹。 观察思考？观察思考？ 一、一、双缝干涉双缝干涉 单色光单色光 屏屏 s1 s2 双缝双缝 探究探究1：光是一种波：光是一种波 单色激光束单色激光束 屏屏 等间距等间距 双缝干涉图样双缝干涉图样 图样有何特征？图样有何特征？ s1 s2 亮条纹的中心线亮条纹的中心线 亮条纹的中心线亮条纹的中心线 暗条纹的中心线暗条纹的中心线 暗条纹的中心线暗条纹的中心线 双缝双缝 中央亮条纹中央亮条纹 明暗相间明暗相间 亮条纹亮条纹 亮条纹亮条纹 探究探究2： 出现明暗相间条纹的条件出现明暗相间条纹的条件 s1 s2 亮条纹亮条纹 出现亮条纹的条件出现亮

4、条纹的条件 2 2 ns（ n=0，1，2，3） 暗条纹暗条纹 探究探究2： 出现明暗相间条纹的条件出现明暗相间条纹的条件 s1 s2 /2 亮条纹亮条纹 暗条纹暗条纹 出现亮条纹和暗条纹的条件出现亮条纹和暗条纹的条件 2 2 ns 2 12 ns （ n=0，1，2，3） （ n=0，1，2，3） 光的干涉光的干涉双缝干涉 激光束 双缝 屏 屏上看到明暗相间的条纹屏上看到明暗相间的条纹 结论结论:光是一种波光是一种波 观察思考？观察思考？ 1 1、改变光屏到双缝的距离、改变光屏到双缝的距离l l，观察干涉条纹的间，观察干涉条纹的间 距有何变化？距有何变化？ 2 2、改变双缝的间距、改变双缝的

5、间距d d，观察干涉条纹的间距有何，观察干涉条纹的间距有何 变化？变化？ 3 3、分别用红光和紫光照射双缝，观察干涉条纹、分别用红光和紫光照射双缝，观察干涉条纹 的间距有什么不同？的间距有什么不同？ 想一想，双缝干部涉条纹的间距可能与哪些因素想一想，双缝干部涉条纹的间距可能与哪些因素 有关？有关？ 白光 干涉图样分析干涉图样分析 红光700nm 红 蓝光470nm 兰 亮暗相间彩色条纹亮暗相间彩色条纹 = l x d 结论：结论： 1 1、改变光屏到双缝的距离、改变光屏到双缝的距离l l，观察干涉条纹的间，观察干涉条纹的间 距有何变化？距有何变化？ 2 2、改变双缝的间距、改变双缝的间距d d

6、，观察干涉条纹的间距有何，观察干涉条纹的间距有何 变化？变化？ 3 3、分别用红光和紫光照射双缝，观察干涉条纹、分别用红光和紫光照射双缝，观察干涉条纹 的间距有什么不同？的间距有什么不同？ 想一想，双缝干部涉条纹的间距可能与哪些因素想一想，双缝干部涉条纹的间距可能与哪些因素 有关？有关？ 随随双缝的间距双缝的间距d增大而减小增大而减小 随随光屏到双缝的距离光屏到双缝的距离l增大而增大增大而增大 红光波长长干涉条纹的间距大红光波长长干涉条纹的间距大 用一根吸管蘸一点肥皂用一根吸管蘸一点肥皂 溶液，可以吹出一串肥溶液，可以吹出一串肥 皂泡，每个肥皂泡都呈皂泡，每个肥皂泡都呈 现出现出五五颜颜六六色

7、色，你能，你能 解释这个现象吗？解释这个现象吗？ 二、薄膜干涉二、薄膜干涉 产生原因是当肥皂膜竖直放置产生原因是当肥皂膜竖直放置 ，由于重力作用，膜上薄下厚，由于重力作用，膜上薄下厚 。光照射到肥皂膜上，经前后。光照射到肥皂膜上，经前后 膜两次反射，又叠加在一起，膜两次反射，又叠加在一起， 后膜反射光的路程比前膜反射后膜反射光的路程比前膜反射 多多2倍膜厚。若膜厚度倍膜厚。若膜厚度2倍等于倍等于 波长整数倍，两列光波加强，波长整数倍，两列光波加强， 呈现明纹。若某种膜厚度呈现明纹。若某种膜厚度2倍等倍等 于半个波长奇数倍，此处两处于半个波长奇数倍，此处两处 两列波互相减弱，出现暗纹。两列波互相

8、减弱，出现暗纹。 膜厚度变化是连续的，就了现膜厚度变化是连续的，就了现 明暗相间条纹。明暗相间条纹。 薄膜干涉：产生原因薄膜干涉：产生原因 光的干涉现象在技术中的应用光的干涉现象在技术中的应用 用干涉法检查各种用干涉法检查各种 镜面的平整程度。镜面的平整程度。 如果被测平面是平如果被测平面是平 的，干涉条纹就是的，干涉条纹就是 一组平行的。如果一组平行的。如果 干涉条纹发生弯曲，干涉条纹发生弯曲， 就表明被测表面不就表明被测表面不 平的。平的。 增增 透透 膜膜 b.b.增透膜增透膜 原理：原理：当当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长 的的时时，在薄膜的两个面上的反射

9、光，光，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，增大透射光的作用减小反射光，增大透射光的作用 思考：思考：增透膜能否将所有反射光都抵消增透膜能否将所有反射光都抵消 思考：思考：那么，怎样来确定增透膜的厚度？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，所以因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的增透膜的 厚度为绿光在厚度为绿光在增透膜中波长增透膜中波长的的1/4。以增大绿光的。以增大绿光的 透射强度。透射强度。 因为红光与紫光反射强度大，所以因为红光与紫光反射强度大，所以照相机的镜头照相机的镜

10、头 常呈淡紫色或蓝色常呈淡紫色或蓝色 照相机和望远镜照相机和望远镜 【例【例1 1】关于光的干涉，下列说法正确的是】关于光的干涉，下列说法正确的是 a.a.只有频率相同的两列光波才能产生干涉只有频率相同的两列光波才能产生干涉 b.b.频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定 c.c.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个 狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹 d.d.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个两个完全相同的相干

11、光源做双缝干涉实验时，从两个 狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹 a、c 【标准解答】【标准解答】选选a a、c.c.两列波产生干涉时，频率必须相同两列波产生干涉时，频率必须相同 ，否则不可能产生干涉现象，而不是干涉不稳定，故，否则不可能产生干涉现象，而不是干涉不稳定，故a a正正 确、确、b b错错. .两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时， 从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现 亮条纹；若该路程差是光半波长的奇数倍时出现暗条纹亮

12、条纹；若该路程差是光半波长的奇数倍时出现暗条纹 （注意是半波长而不是波长），故（注意是半波长而不是波长），故c c正确、正确、d d错错. . 【变式训练】（【变式训练】（20102010南京高二检测）下列关于双缝干南京高二检测）下列关于双缝干 涉实验的说法中正确的是涉实验的说法中正确的是( )( ) a.a.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 b.b.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 c.c.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗 条纹条纹 d.

13、d.在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间 的空间却没有干涉发生的空间却没有干涉发生 b 【解析】【解析】选选b.b.在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一 个线光源，使光源有惟一的频率和振动情况，双缝的作个线光源，使光源有惟一的频率和振动情况，双缝的作 用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项a a错错 误、误、b b正确正确. .在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上 距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹，选项

14、距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹，选项c c错错 误误. .两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生 干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉 ，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项d d错误错误. . 【例【例2 2】（】（20102010福州高二检测）关于杨氏双缝干涉实验福州高二检测）关于杨氏双缝干涉实验 ，下列说法正确的是（，下列说法正确的是（ ） a.a.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹用白光作为光源，屏上将呈现黑白相

15、间的条纹 b.b.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 c.c.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上 将呈现彩色条纹将呈现彩色条纹 d.d.照射单缝的单色光的波长越短，光屏上出现的条纹宽照射单缝的单色光的波长越短，光屏上出现的条纹宽 度越宽度越宽 b 【自主解答】【自主解答】选选b.b.用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将 呈现彩色条纹，故呈现彩色条纹，故a a错错. .用红光作光源，屏上将呈现红色用红光作光源，屏上将呈现红色 亮条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，故亮条纹

16、与暗条纹（即黑条纹）相间，故b b正确正确. .红光和紫红光和紫 光频率不同，不能产生干涉条纹，故光频率不同，不能产生干涉条纹，故c c错错. .单色光的波长单色光的波长 越短，光屏上出现的条纹越窄，故越短，光屏上出现的条纹越窄，故d d错错. . 【典例【典例2 2】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上p p点的距点的距 离之差为离之差为0.6 m,0.6 m,若分别用频率为若分别用频率为f f1 1=5.0=5.0101014 14hz hz和和 f f2 2=7.5=7.5101014 14hz hz 的单色光垂直照射双缝，则的单色光垂直照射双缝，则p p点出现

17、明点出现明 、暗条纹的情况是、暗条纹的情况是 a.a.单色光单色光f f1 1和和f f2 2分别照射时，均出现明条纹分别照射时，均出现明条纹 b.b.单色光单色光f f1 1和和f f2 2分别照射时，均出现暗条纹分别照射时，均出现暗条纹 c.c.单色光单色光f f1 1照射时出现明条纹，单色光照射时出现明条纹，单色光f f2 2照射时出现照射时出现 暗条纹暗条纹 d.d.单色光单色光f f1 1照射时出现暗条纹，单色光照射时出现暗条纹，单色光f f2 2照射时出现照射时出现 明条纹明条纹 【自主解答】【自主解答】选选c.c.单色光单色光f f1 1的波长的波长 1 1= = = m=0.6

18、 = m=0.61010-6 -6 m=0.6 m m=0.6 m， 单色光单色光f f2 2的波长的波长 2 2= m=0.4= m=0.41010-6 -6 m=0.4 m m=0.4 m， 因因p p点到双缝的距离之差点到双缝的距离之差x=0.6 m=x=0.6 m=1 1, ,所以用所以用f f1 1照照 射时射时p p点出现亮条纹点出现亮条纹.x=0.6 m= .x=0.6 m= 2 2, ,所以用所以用f f2 2照照 射时射时p p点出现暗条纹，故选项点出现暗条纹，故选项c c正确正确. . 1 c f 8 14 3 10 5.0 10 8 14 2 c3 10 = f7.5 1

19、0 3 2 【思路点拨】【思路点拨】判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹，要判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹，要 看该点到两个光源看该点到两个光源( (双缝双缝) )的路程差与波长的比值的路程差与波长的比值. . 【例【例3 3】关于光在竖直肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下】关于光在竖直肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下 列说法中正确的是（列说法中正确的是（ ） a.a.干涉条纹的产生是由于光在薄膜前后两表面发生反射干涉条纹的产生是由于光在薄膜前后两表面发生反射 ，形成的两列光波叠加的结果，形成的两列光波叠加的结果 b.b.若出现明暗相间的条纹相互平行，说明肥皂膜的厚度若出现明暗相间的条纹相互平行，说明肥皂

20、膜的厚度 是均匀的是均匀的 c.c.用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射间用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射间 距小距小 d.d.薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的 a、c 【典例【典例2 2】如图所示】如图所示, ,劈尖干涉是一种薄膜干涉劈尖干涉是一种薄膜干涉, ,其装置如图其装置如图 (a)(a)所示所示. .将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃之上将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃之上, ,在一在一 端夹入两张纸片端夹入两张纸片, ,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气 薄膜薄膜. .当光垂直入射后当光垂直入射

21、后, ,从上往下看到的干涉条纹如图从上往下看到的干涉条纹如图(b)(b)所所 示示. .现若在图现若在图(a)(a)装置中抽去一张纸片装置中抽去一张纸片, ,则当光垂直入射到新则当光垂直入射到新 的劈形空气薄膜后的劈形空气薄膜后, ,从上往下观察到的干涉条纹（从上往下观察到的干涉条纹（ ） a.a.变疏变疏 b.b.变密变密 c.c.不变不变 d.d.消失消失 a 【标准解答】【标准解答】选选a a、c.c.要想产生干涉现象，必须有两列相要想产生干涉现象，必须有两列相 干光源干光源. .在肥皂膜干涉中，薄膜前后两表面反射的光正好在肥皂膜干涉中，薄膜前后两表面反射的光正好 是两个相干光源，它们相

22、互叠加形成干涉条纹，所以选是两个相干光源，它们相互叠加形成干涉条纹，所以选 项项a a正确正确. . 肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均匀肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均匀 的，并且厚度均匀的薄膜是不会出现干涉条纹的（若厚的，并且厚度均匀的薄膜是不会出现干涉条纹的（若厚 度相同，路程差处处相等，两列波叠加后，若是加强，度相同，路程差处处相等，两列波叠加后，若是加强， 处处光线加强，若是减弱，处处光线减弱，不会出现明处处光线加强，若是减弱，处处光线减弱，不会出现明 暗相间条纹），所以选项暗相间条纹），所以选项b b错误错误. . 波长越短的光波，对同一装置，干涉条纹越窄波长越短的光波，对同一装置，干涉条纹越窄. .绿光的波绿光的波 长小于黄光的