高中物理选修3-4《光的干涉》(修改)

1、 1、光的干涉、光的干涉光光 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有的现象天才的设想天才的设想光束光束单缝单缝双缝双

2、缝红滤色片红滤色片 ( (激光激光) )屏幕屏幕s s0 0s s1 1s s2 2托马斯托马斯杨杨 杨氏双缝实验被杨氏双缝实验被评为十大最美丽实评为十大最美丽实验之一。验之一。巧妙解决了相干光问题巧妙解决了相干光问题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S1S2双缝双缝探究探究1：光是一种波：光是一种波 一、一、双缝干涉双缝干涉

3、单色激光束单色激光束屏屏条纹间距相等条纹间距相等双缝干涉图样双缝干涉图样图样有何特征？图样有何特征？S1S2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S1S2亮条纹亮条纹出现亮条纹的条件出现亮条纹的条件22ns（ 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S1S2/2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22ns212n

4、s（ 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屏上看到等间距等间距明暗相间的条纹明暗相间的条纹结论结论:光是一种波光是一种波白光红光700nm红兰光470nm兰白光的干涉图样是：白光的干涉图样是：观察：条纹的间距与波长观察：条纹的间距与波长的关系？的关系？亮亮LL屏屏屏屏亮亮亮亮亮亮d2d112dd亮亮L LL L屏屏屏屏观察：条纹的间距与双缝间距观察：条纹的间距与双缝间距d的关系？的关系？屏A屏BL1L2d12LL两狭缝之间距离两狭缝之间距离d不变不变观察：条纹的间距与缝屏间的距离观察：条纹的间距与缝屏间的距离L的关系？的关系？白光干涉图样分析

5、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=LXd2 2、相邻明（暗）纹间的距离大小：、相邻明（暗）纹间的距离大小：双缝之间的距离双缝之间的距离d:d:双缝与屏间的距离双缝与屏间的距离 l : :S1S2P1Pldlx 波长越大，相邻的亮纹间距越大波长越大，相邻的亮纹间距越大波长波长:d d越小，相邻的亮纹间距越大越小，相邻的亮纹间距越大L L越大，相邻的亮纹间距越大越大，相邻的亮纹间距越大（1 1）影响因素：）影响因素：（2 2）相邻亮纹间距计算公式：）相邻亮纹间距计算公式：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

6、，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

7、列波互相减弱，出现暗纹。两列波互相减弱，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

8、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头常呈淡紫色

9、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光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝

10、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条纹；若该路程差是光半波长的奇数倍时出现暗条纹（注

11、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.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

12、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

13、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

14、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

15、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=5.010101414HzHz和和f f2 2=7.5=7.510101414Hz 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

16、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 = 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

17、.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. .1cf8143 10 5.0 108142c3 10 =f7.5 1032【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

18、【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

19、 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

20、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波长，所以绿色光照射薄膜产生的干涉条长小于黄光的波长，