光的干涉(教科版)

1、5-1光的干涉光的干涉选修3-4 第五章 光的波动性光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一。随着人类对自然的前科学研究中最活跃的学科之一。随着人类对自然的认识不断深入，光学的发展大致经历了萌芽时期、几认识不断深入，光学的发展大致经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等学时期等5个时期。个时期。光学的发展简介：光学的发展简介：光是什么？光是什么？在物理学的发展史上，光是什么的问题经在物理学的发展史上，光是什么的问题经历过很长一段时间的争论，包括牛

2、顿、惠更斯历过很长一段时间的争论，包括牛顿、惠更斯和爱因斯坦在内的大批科学家均参与其中。正和爱因斯坦在内的大批科学家均参与其中。正是他们大量的争论，推动了光学的发展。是他们大量的争论，推动了光学的发展。光到底是什么？光到底是什么？1717世纪明确形成世纪明确形成了两大对立学说了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说1919世纪初证明了世纪初证明了波动说的正确性波动说的正确性由于波动说没有由于波动说没有数学基础以及牛数学基础以及牛顿的威望使得微顿的威望使得微粒说一直占上风粒说一直占上风1919世纪末光电效应现象使得世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在爱因斯坦在2020世纪初提出了世

3、纪初提出了光子说：光具有粒子性光子说：光具有粒子性这里的光子完全不同于牛顿所说的这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒微粒”波的干涉波的干涉 两列频率相同两列频率相同的波的波( (相干波相干波) )相遇时相遇时, ,在某些在某些区域振动加强区域振动加强( (波峰与波波峰与波峰、波谷与波谷叠加峰、波谷与波谷叠加),),而在某些区域振动减弱而在某些区域振动减弱( (波峰与波谷叠加波峰与波谷叠加););且振且振动加强的区域与振动减动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔弱的区域相互间隔. .这种这种现象叫现象叫波的干涉波的干涉。ns 2) 12(ns加强加强减弱减弱到两波源的路程差（波程差）到两波源的路程

4、差（波程差）s s满足满足: :若两波源振动情况完全相同若两波源振动情况完全相同一、光的干涉一、光的干涉双缝干涉实验双缝干涉实验证明光是一种波证明光是一种波 1801年英国物理学家托马斯年英国物理学家托马斯扬在实验室里成扬在实验室里成功地观察到了光的干涉现象功地观察到了光的干涉现象. .1 1、装置特点、装置特点：如何获得相干光？如何获得相干光？ 不同的光源发出的光频率不同；同一光源在不同的不同的光源发出的光频率不同；同一光源在不同的位置发出的光频率不同。位置发出的光频率不同。 为了获得相干光，就只能将频率恒定的光分成两束。为了获得相干光，就只能将频率恒定的光分成两束。托马斯托马斯.杨利用单缝

5、和双缝很巧妙地解决了这一问题。杨利用单缝和双缝很巧妙地解决了这一问题。 一束单色光先通过单缝一束单色光先通过单缝S，单缝，单缝的作用是获得一个频率和振动情况的作用是获得一个频率和振动情况都唯一的线光源；都唯一的线光源； 线光源线光源S的光衍射后到达双缝的光衍射后到达双缝S1、S2，获得频率、振动情况完全相同，获得频率、振动情况完全相同的两个相干光，以实现在右侧干涉。的两个相干光，以实现在右侧干涉。 若要用红光来做实验，可以在若要用红光来做实验，可以在S的左侧加一红色滤光片。的左侧加一红色滤光片。1 1、装置特点、装置特点：1）屏上形成的明暗相间条纹叫做）屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样干涉图

6、样2 2、干涉图样、干涉图样：2）干涉图样的特点）干涉图样的特点: 屏上到屏上到S1S2距离相距离相等的点出现的是明条纹等的点出现的是明条纹,叫做叫做中央亮纹中央亮纹。明明(暗暗)条纹的宽度相同条纹的宽度相同明条纹形成的原因明条纹形成的原因S1S2PP中央亮纹 由于由于S1S2到中央亮纹的距离是相等到中央亮纹的距离是相等的的, 又又由于从由于从S S1 1S S2 2发出的光是振动情况发出的光是振动情况完全相同，那么完全相同，那么, ,当其中一条光传来的当其中一条光传来的是是“波峰波峰”时，另一条传来的也一定时，另一条传来的也一定是是“波峰波峰”，其中一条光传来的是，其中一条光传来的是“波谷波

7、谷”时，另一条传来的也一定是时，另一条传来的也一定是“波谷波谷”，在，在P P点总是点总是“波峰波峰”与与“波波峰峰”相遇或相遇或“波谷波谷”与与“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”A AA A1 1+A+A2 2为最大，为最大，P P点总是振点总是振动加强的地方，故出现亮纹动加强的地方，故出现亮纹双缝S1S2屏幕“中央明纹中央明纹”的形成原因的形成原因= S1PS2PP1 第一亮纹双缝S1S2屏幕S1S2P1 取取P P点上方的点点上方的点P P1 1，从，从S S1 1S S2 2发出的光到发出的光到P P1 1点的光程差，正好等点的光程差，正好等于一个波长于一个波长= S= S1 1S

8、S2 2=，当其中一条光传来的是，当其中一条光传来的是“波峰波峰”时，时，另一条传来的也一定是另一条传来的也一定是“波峰波峰”，其中一条光传来的是，其中一条光传来的是“波谷波谷”时，另一条传来的也一定是时，另一条传来的也一定是“波谷波谷”，在，在P P1 1点总是点总是“波峰波峰”与与“波峰波峰”相遇或相遇或“波谷波谷”与与“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”A AA A1+A+A2为最大，为最大，P P1 1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。点总是振动加强的地方，故出现亮纹。第一条亮纹的形成原因分析第一条亮纹的形成原因分析 取取P P点上方的点点上方的点P P2 2，从，从S S1 1S S

9、2 2发出的光到发出的光到P P2 2点的光程差，正好等点的光程差，正好等于一个波长于一个波长= S= S1 1S S2 2=2=2，当其中一条光传来的是，当其中一条光传来的是“波峰波峰”时，时，另一条传来的也一定是另一条传来的也一定是“波峰波峰”，其中一条光传来的是，其中一条光传来的是“波谷波谷”时，另一条传来的也一定是时，另一条传来的也一定是“波谷波谷”，在，在P P2 2点总是点总是“波峰波峰”与与“波峰波峰”相遇或相遇或“波谷波谷”与与“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”A AA A1 1+A+A2 2为为最大，最大，P P2 2点总是振动加强的地方，故出现亮纹。点总是振动加强的地方，

10、故出现亮纹。光程差= 2S1S2P1 2第二条亮纹的形成原因分析第二条亮纹的形成原因分析双缝S1S2屏幕P1 第一亮纹 =P 中央亮纹 =0P2 第二亮纹 =2P3 / 第三亮纹 =3P3 第三亮纹 =3P3 / 第二亮纹 =2P3 / 第一亮纹 =当光程差当光程差= n= n时出现亮纹时出现亮纹以此类推以此类推当光程差当光程差= n，那么，那么, ,当其中一条光传来的是当其中一条光传来的是“波峰波峰”时，另一条传时，另一条传来的也一定是来的也一定是“波峰波峰”，其中一条光传来的是其中一条光传来的是“波谷波谷”时，另一条传时，另一条传来的也一定是来的也一定是“波谷波谷”，在在PnPn点总是点总

11、是“波峰波峰”与与“波峰波峰”相遇或相遇或“波谷波谷”与与“波谷波谷”相遇，相遇，“振振幅幅”A AA A1 1+A+A2 2为最大，为最大，PnPn点总是振动加强的地点总是振动加强的地方，故出现亮纹。方，故出现亮纹。Q1 第一暗纹Q1 当其中一条光传来的是当其中一条光传来的是“波峰波峰”，另一条传来的就是另一条传来的就是“波谷波谷”，其，其中一条光传来的是中一条光传来的是“波谷波谷”，另，另一条传来的一定是一条传来的一定是“波峰波峰”，Q Q1 1点总是点总是“波峰波峰”与与“波谷波谷”相遇，相遇，“振幅振幅”最小，最小，Q Q1 1点总是点总是“振动振动”减弱的地方，故出现暗纹。减弱的地方

12、，故出现暗纹。/2S1S2/2双缝S1S2屏幕P 中央亮纹暗条纹形成的原因暗条纹形成的原因取取P点上方的点点上方的点Q1，与两个狭缝，与两个狭缝S1、S2路程差路程差= S1S2/2Q2 第二暗纹双缝S1S2屏幕3/2Q1 第一暗纹P 中央亮纹取取P点上方的点点上方的点Q2，与，与两个狭缝两个狭缝S1、S2路程差路程差= S1S23/2当其中一条光传来的是当其中一条光传来的是“波峰波峰”，另一条传来的，另一条传来的就是就是“波谷波谷”，其中一条，其中一条光传来的是光传来的是“波谷波谷”，另，另一条传来的一定是一条传来的一定是“波波峰峰”，Q Q2 2点总是点总是“波峰波峰”与与“波谷波谷”相遇

13、，相遇，“振幅振幅”最小，最小，Q Q2 2点总是振动减弱点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。的地方，故出现暗纹。双缝S1S2屏幕Q2 第二暗纹Q 1 第一暗纹Q3 第三暗纹Q3 / 第三暗纹Q2 / 第二暗纹Q1 / 第一暗纹=5/2=/2=3/2=5/2=3/2=/2当光程差= 半波长的奇数时出现暗纹（1 1）空间的某点距离光源空间的某点距离光源S S1 1和和S S2 2的路程差为的路程差为0 0、1 1 、2 2 、3 3 、等波长的整数倍（、等波长的整数倍（半波半波长的偶数倍长的偶数倍）时，该点为振动）时，该点为振动加强加强点点。 （2 2）空间的某点距离光源）空间的某点距离光源S S

14、1 1和和S S2 2的路程差为的路程差为 /2 /2、3 /23 /2、5/25/2、等、等半波长的奇数倍半波长的奇数倍时，时，该点为振动减弱点。该点为振动减弱点。暗纹干涉条纹的间距干涉条纹的间距1 1、什么是干涉条纹的间距、什么是干涉条纹的间距( (条纹宽度条纹宽度)?)?xx 条纹间距的含义：亮纹和亮纹条纹间距的含义：亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离叫做条纹间距。离叫做条纹间距。 我们所说的亮纹是指最亮的地方，我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最有一个过渡，条纹间距

15、实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。 d d、不变，只改变屏不变，只改变屏与缝之间的距离与缝之间的距离L L，L L越大，越大，条纹间距越大条纹间距越大 L L、不变，只改不变，只改变双缝距离变双缝距离d d，d d越小，越小，条纹间距越大条纹间距越大2 2、干涉条纹的间距与哪些因素有关、干涉条纹的间距与哪些因素有关? ? 保持保持L L、d d不变，用不同的单色光进行不变，用不同的单色光进行实验红光的条纹间距最大，紫光的最小。实验红光的条纹间距最大，紫光的最小。 与光的波与光的波长长 有关有关亮（暗）纹间距的公式亮（暗）纹间距的公式波长和频率的乘积等于波

16、速波长和频率的乘积等于波速不同色的光在真空中不同色的光在真空中的传播速度相同。所以：的传播速度相同。所以：波长和频率波长和频率 波长越长频率越小，波长越短频率越大。波长越长频率越小，波长越短频率越大。Lxd白光的干涉图样是什么样的？白光的干涉图样是什么样的？明暗相间的彩色条纹；明暗相间的彩色条纹；中央为白色亮条纹；中央为白色亮条纹；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。 尝试解释出现这样的图样的原因尝试解释出现这样的图样的原因二、薄膜干涉二、薄膜干涉形成干涉图样的原因是：形

17、成干涉图样的原因是：重力作用下，薄膜的厚度随高重力作用下，薄膜的厚度随高度变化，当入射光射到肥皂泡度变化，当入射光射到肥皂泡液薄膜上时，由液膜前的两个液薄膜上时，由液膜前的两个表面反射回来的两列光是相干表面反射回来的两列光是相干光，相互叠加产生干涉。光，相互叠加产生干涉。三、薄膜干涉三、薄膜干涉4.4.像上出现明暗相间的黄色条纹像上出现明暗相间的黄色条纹5.5.随着时间的推移，条纹间距越来大。随着时间的推移，条纹间距越来大。1、点燃酒精灯，并在酒精灯火焰里洒一些食盐，发出黄光。、点燃酒精灯，并在酒精灯火焰里洒一些食盐，发出黄光。3、在火焰的同侧观察火焰的反射像。、在火焰的同侧观察火焰的反射像。

18、2、用金属环在肥皂液中浸一下，制成肥皂薄膜。、用金属环在肥皂液中浸一下，制成肥皂薄膜。 由于重力的作用，肥皂薄膜将形由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。成上薄下厚的楔形。 光从薄膜的前后两个光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相同，这两列光波的频率相同，产生干涉。产生干涉。现象解释现象解释前表面前表面后表面后表面 光程差为波长的整数倍，光程差为波长的整数倍，形成黄色的亮条纹。形成黄色的亮条纹。 光程差为半波长的奇光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。数倍，形成暗条纹。现象解释现象解释在重力的作用下，薄膜随着时间越来越薄。在重力的作用下，薄膜随着时间越来越薄。现象解释现象解释四、光的干涉在技术上的应用四、光的干涉在技术上的应用楔性空气薄层思考：若垫高样板的垫子厚度变化，干涉图样如何变化？思考：若垫高样板的垫子厚度变化，干涉图样如何变化？22234d牛顿环牛顿环压紧两块小玻璃片可看到彩色环压紧两块小玻璃片可看到彩色环BD例例2在下列关于双缝干涉实验的说法中，正确的在下列关于双缝干涉实验的说法中，正确的是是:( )A、将双缝间距变小，则干涉条纹宽度增大；、将双缝间距变小，则干涉条纹宽