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文档简介
1、知识与技能知识与技能1知道光的干涉现象,并知道从光的干涉现象说明知道光的干涉现象,并知道从光的干涉现象说明光是一种波。光是一种波。2理解双缝干涉现象是如何产生的,并能判断出何理解双缝干涉现象是如何产生的,并能判断出何处出现亮条纹,何处出现暗条纹。处出现亮条纹,何处出现暗条纹。3知道什么是相干光源。知道什么是相干光源。过程与方法过程与方法1通过实验现象认识光的干涉现象。通过实验现象认识光的干涉现象。2掌握双缝干涉中波的叠加形成明暗条纹的条件及掌握双缝干涉中波的叠加形成明暗条纹的条件及判断方法。判断方法。情感态度与价值观情感态度与价值观1培养学生实际动手能力。培养学生实际动手能力。2锻炼学生观察实
2、验、处理实验数据的能力。锻炼学生观察实验、处理实验数据的能力。1.1801年,英国物理学家年,英国物理学家_成功地观察到了光成功地观察到了光的干涉现象。杨氏实验证明,光的确是的干涉现象。杨氏实验证明,光的确是_。2双缝干涉实验:让一束双缝干涉实验:让一束_光投射到一个有光投射到一个有两条狭缝的挡板上,狭缝相距很近,这时在挡板后面的屏两条狭缝的挡板上,狭缝相距很近,这时在挡板后面的屏上就可以观察到上就可以观察到_的条纹。的条纹。3当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的_时时(即恰好等于波长的即恰好等于波长的_时时),两列光在这,两列光在这点相互点相互
3、_,这里出现亮条纹;当两个光源与屏上某,这里出现亮条纹;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的点的距离之差等于半波长的_时,两列光在这点相时,两列光在这点相互互_,这里出现暗条纹。,这里出现暗条纹。答案:答案:1托马斯托马斯杨一种波杨一种波2单色明暗相间单色明暗相间3偶数倍整数倍加强奇数倍削弱偶数倍整数倍加强奇数倍削弱知识点知识点1杨氏干涉实验杨氏干涉实验(1)杨氏干涉实验杨氏干涉实验如图如图1331所示,让一束平行的单色光投射到一个所示,让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝有两条狭缝S1和和S2的挡板上,狭缝的挡板上,狭缝S1和和S2相距很近。如果相距很近。如果光是一种波,狭缝就成了两
4、个波源,它们的振动情况总是光是一种波,狭缝就成了两个波源,它们的振动情况总是相同的。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,相同的。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,发生干涉现象,光在一些位置相互加强,在另一些位置相发生干涉现象,光在一些位置相互加强,在另一些位置相互削弱,因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。这互削弱,因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。这就是杨氏干涉实验。就是杨氏干涉实验。图图1331双缝干双缝干涉实验示意图涉实验示意图(2)干涉现象干涉现象若两列光波在空间传播时相遇,将在相遇区域发生波若两列光波在空间传播时相遇,将在相遇区域发生波的叠加,如果在某些区域
5、加强,而在另一些区域减弱,且的叠加,如果在某些区域加强,而在另一些区域减弱,且加强区域和减弱区域是相互间隔的,这种现象称为光的干加强区域和减弱区域是相互间隔的,这种现象称为光的干涉现象。涉现象。(3)干涉条件:两列光的频率相同,振动情况相同且相干涉条件:两列光的频率相同,振动情况相同且相差恒定。能发生干涉的两列波称为相干波,两个光源称为差恒定。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,称为相干光源,相干光源可用同一束光分成两列而获得,称为分光法。分光法。注意:注意:一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因:一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因:由于
6、不同光源发出的光频率一般不同,即使是同一光源,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差,在一般情况下,很难找到那么小的缝和那些特殊的装差,在一般情况下,很难找到那么小的缝和那些特殊的装置,形不成相干光源,故一般情况下不易观察到光的干涉置,形不成相干光源,故一般情况下不易观察到光的干涉现象。现象。【例【例1】从两只手电筒射出的光,当它们照到同一屏从两只手电筒射出的光,当它们照到同一屏上时看不到干涉条纹,这是因为上时看不到干涉条纹,这是因为()A干涉图样太细小看不清楚干涉图样太细小看不清
7、楚B手电筒射出的光不是单色光手电筒射出的光不是单色光C周围环境的漫反射光太强周围环境的漫反射光太强D两个光源是非相干光源两个光源是非相干光源【答案【答案】D【解析【解析】两束光的频率不同,不满足干涉条件两束光的频率不同,不满足干涉条件相干相干光源。光源。【思维点悟【思维点悟】相干光源是指两束光的频率和振动情况相干光源是指两束光的频率和振动情况完全一样,在传播过程中互相叠加,形成干涉条纹。完全一样,在传播过程中互相叠加,形成干涉条纹。对应练习对应练习1在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕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察到了彩色干
8、涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片片(只能透过红光只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片,另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿只能透过绿光光),已知红光与绿光频率、波长均不相等,这时,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缝干涉条纹消失B红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的干红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的干涉条纹依然存在涉条纹依然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮光亮D屏上无任何光亮屏上无任何光亮解析:解析:(两列
9、光波发生干涉的条件之一是频率相等,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叠加的两束光,在光屏上利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两形成干涉条纹,但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率不等,不能发生干涉,因此屏上条缝后,红光和绿光频率不等,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹,但仍有红光和绿光的衍射图样。不会出现干涉条纹,但仍有红光和绿光的衍射图样。)答案:答案:C知识点知识点2 决定条纹间距的条件决定条纹间距的条件(1)出现明、暗条纹的条件出现明、暗条纹的条件同机械波的干涉一样,光
10、波的干涉也有加强区和减弱同机械波的干涉一样,光波的干涉也有加强区和减弱区,加强区照射到光屏上出现亮条纹,减弱区照射到光屏区,加强区照射到光屏上出现亮条纹,减弱区照射到光屏上就出现暗条纹。对于相差为零的两列光波如果光屏上某上就出现暗条纹。对于相差为零的两列光波如果光屏上某点到两个波源的路程差是波长的整数倍,该点是加强点;点到两个波源的路程差是波长的整数倍,该点是加强点;如果光屏上某点到两个波源的路程差是半波长的奇数倍,如果光屏上某点到两个波源的路程差是半波长的奇数倍,该点是减弱点。该点是减弱点。如图如图1332所示,所示,S为单缝,为单缝,S1、S2为双缝为双缝(间距为间距为d),双缝到屏的距离
11、为,双缝到屏的距离为L,O为为S1S2垂直平分线与屏的交点,垂直平分线与屏的交点,S1、S2到屏上到屏上P点的路程分别为点的路程分别为r1、r2,两列光波传到,两列光波传到P的的路程差路程差r|r1r2|,设光波波长为,设光波波长为。图图1332【例【例2】如图如图1333所示是双缝干涉实验装置,使所示是双缝干涉实验装置,使用波长为用波长为600 nm的橙色光源照射单缝的橙色光源照射单缝S,在光屏中央,在光屏中央P处处观察到亮条纹,在位于观察到亮条纹,在位于P点上方的点上方的P1点出现第一条亮纹中点出现第一条亮纹中心心(即即P1到到S1、S2的光程差为一个波长的光程差为一个波长),现换用波长为
12、,现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝,的紫光源照射单缝,()AP和和P1仍为亮点仍为亮点BP为亮点,为亮点,P1为暗点为暗点CP为暗点,为暗点,P1为亮点为亮点 DP、P1均为暗点均为暗点图图1333【答案【答案】B【解析【解析】从单缝从单缝S射出的光波被射出的光波被S1、S2两缝分成的两两缝分成的两束光为相干光,由题意屏中央束光为相干光,由题意屏中央P点到点到S1、S2距离相等,即距离相等,即由由S1、S2分别射出的光到分别射出的光到P点的路程差为零,因此是亮纹点的路程差为零,因此是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P点
13、都是中央亮纹中心。点都是中央亮纹中心。而而P1点到点到S1、S2的光程差刚好是橙光的一个波长,即的光程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1P1S2|600 nm橙橙,则两列光波到达,则两列光波到达P1点振动情况点振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。当换用波长为当换用波长为400 nm的紫光时,的紫光时,|P1S1P1S2|600 nm3紫紫/2,则两列光波到达,则两列光波到达P1点时振动情况完全相反,点时振动情况完全相反,即由即由S1、S2射出的光波到达射出的光波到达P1点时就相互削弱,因此,出点时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,
14、选项现暗条纹。综上所述,选项B正确。正确。【思维点悟【思维点悟】判断屏上某点为亮纹还是暗纹,要看该判断屏上某点为亮纹还是暗纹,要看该点到两个光源点到两个光源(双缝双缝)的路程差的路程差(光程差光程差)与波长的比值,要与波长的比值,要记住光程差等于波长的整数倍处出现亮条纹,等于半波长记住光程差等于波长的整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍为暗条纹。还要注意这一结论成立的条件是:两个奇数倍为暗条纹。还要注意这一结论成立的条件是:两个光源情况完全相同。光源情况完全相同。对应练习对应练习2如图如图1334所示,在杨氏双缝干涉实验中,激所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为光的波长为5.30107 m
15、,屏上,屏上P点距双缝点距双缝S1和和S2的路程差的路程差为为7.95107 m,则在这里出现的应是,则在这里出现的应是_(选填选填“明明条纹条纹”或或“暗条纹暗条纹”)。现改用波长为。现改用波长为6.30107 m的激光的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将_(选填选填“变宽变宽”“”“变窄变窄”或或“不变不变”)。图图1334答案:答案:暗条纹变宽暗条纹变宽【例【例3】双缝干涉实验装置如图双缝干涉实验装置如图1335所示,绿光所示,绿光通过单缝通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和
16、和S2与与单缝单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上成干涉条纹。屏上O点距双缝点距双缝S1和和S2的距离相等,的距离相等,P点是距点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红色点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红色或蓝色,讨论屏上或蓝色,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是:点及其上方的干涉条纹的情况是:O点是红光的亮条纹;点是红光的亮条纹;红光的第一条亮条纹在红光的第一条亮条纹在P点的点的上方;上方;O点不是蓝光的亮条纹;点不是蓝光的亮条纹;蓝光的第一条亮条纹蓝光的第一条亮条纹在在P点的上方。已知红
17、光波长大于蓝光的波长,据此判断点的上方。已知红光波长大于蓝光的波长,据此判断()图图1335A只有只有正确正确 B只有只有正确正确C只有只有正确正确 D只有只有正确正确【答案【答案】A【解析【解析】由于由于O点到双缝的光程差为零,所以为各种点到双缝的光程差为零,所以为各种色光的亮条纹,色光的亮条纹,P点由于是绿光的第一亮条纹,红光的波点由于是绿光的第一亮条纹,红光的波长大于绿光,条纹间距大于绿光的条纹间距长大于绿光,条纹间距大于绿光的条纹间距也正确。也正确。迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理迈克尔逊干涉仪是利用干涉条纹精确测定长度和长度迈克尔逊干涉仪是利用干涉条纹精确
18、测定长度和长度改变的仪器。它是迈克尔逊在改变的仪器。它是迈克尔逊在1881年设计成功的。迈克尔年设计成功的。迈克尔逊和莫雷应用该仪器进行了测定以太风的著名实验。后人逊和莫雷应用该仪器进行了测定以太风的著名实验。后人根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。如图如图1336所示,所示,G2的一面镀上半透半反膜,的一面镀上半透半反膜,M1、M2为平面反射镜,为平面反射镜,M1是固定的,是固定的,M2和精密丝相连,使其和精密丝相连,使其可前后移动,最小读数为可前后移动,最小读数为104 mm,可读读到,可读读到105 mm,M1和和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和和M1严格严格平行时,平行时,M2移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心心“吐出吐出”或向中心或向中心“消失消失”。两平面镜之间的。两平面镜之间的“空气间空气间隙隙”距离增大时,中心就会距
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