物理选修3-4课件：13-3光的干涉

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，并能判断出何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。3．知道什么是相干光源。过程与方法1．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判断方法。情感态度与价值观1．培养学生实际动手能力。2．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________成功地观察到了光的干涉现象。杨氏实验证明，光的确是________。2．双缝干涉实验：让一束________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上就可以观察到________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________时(即恰好等于波长的________时)，两列光在这点相互________，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________时，两列光在这点相互________，这里出现暗条纹。答案：1．托马斯·杨一种波2．单色明暗相间3．偶数倍整数倍加强奇数倍削弱知识点1 杨氏干涉实验(1)杨氏干涉实验如图13－3－1所示，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。如果光是一种波，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，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。这就是杨氏干涉实验。图13－3－1双缝干涉实验示意图(2)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涉现象。(3)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。注意：一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因：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现象。【例1】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 (

)A．干涉图样太细小看不清楚B．手电筒射出的光不是单色光C．周围环境的漫反射光太强D．两个光源是非相干光源【答案】D【解析】两束光的频率不同，不满足干涉条件——相干光源。【思维点悟】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。对应练习1．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片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，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，但屏上仍有光亮D．屏上无任何光亮解析：(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，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有红光和绿光的衍射图样。)答案：C知识点2 决定条纹间距的条件(1)出现明、暗条纹的条件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；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。如图13－3－2所示，S为单缝，S1、S2为双缝(间距为d)，双缝到屏的距离为L，O为S1S2垂直平分线与屏的交点，S1、S2到屏上P点的路程分别为r1、r2，两列光波传到P的路程差Δr＝|r1－r2|，设光波波长为λ。图13－3－2【例2】如图13－3－3所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的光程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，(

)A．P和P1仍为亮点B．P为亮点，P1为暗点C．P为暗点，P1为亮点

D．P、P1均为暗点图13－3－3【答案】B【解析】从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光，由题意屏中央P点到S1、S2距离相等，即由S1、S2分别射出的光到P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，P点都是中央亮纹中心。而P1点到S1、S2的光程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹。当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600nm＝3λ紫/2，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即由S1、S2射出的光波到达P1点时就相互削弱，因此，出现暗条纹。综上所述，选项B正确。【思维点悟】判断屏上某点为亮纹还是暗纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)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。对应练习2．如图13－3－4所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7m，则在这里出现的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10－7m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________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。图13－3－4答案：暗条纹变宽【例3】双缝干涉实验装置如图13－3－5所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S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O点距双缝S1和S2的距离相等，P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或蓝色，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是：①O点是红光的亮条纹；②红光的第一条亮条纹在P点的上方；③O点不是蓝光的亮条纹；④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方。已知红光波长大于蓝光的波长，据此判断(

)图13－3－5A．只有①②正确

B．只有①④正确C．只有②③正确

D．只有③④正确【答案】A【解析】由于O点到双缝的光程差为零，所以为各种色光的亮条纹，P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②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是利用干涉条纹精确测定长度和长度改变的仪器。它是迈克尔逊在1881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。后人根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。如图13－3－6所示，G2的一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可前后移动，最小读数为10－4mm，可读读到10－5mm，M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M′1严格平行时，M2移动，表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“消失”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”一个个条纹。M2和M′1不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置。M2平移距离d与条纹移动数N的关系满足。图13－3－6迈克尔逊干涉仪示意图经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反