第3节 光的干涉

第3节光的干涉物理观念掌握光的干涉的条件，知道双缝干涉、薄膜干涉。科学思维理解干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点。科学探究通过实验观察双缝干涉和薄膜干涉。一、光的双缝干涉1．填一填(1)实验装置(注：屏在挡板右侧，没有画出)(2)实验过程

在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的

，在后面的屏上观察光的干涉情况。(3)实验现象：在屏上得到

的条纹。(4)现象解释：狭缝S1和狭缝S2相当于两个频率、相位和振动方向相同的波源，当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的

倍时(即恰好等于波长的

______倍时)，两列光波在这点相互加强，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

倍时，两列光波在这点相互

，出现暗

条纹。狭缝明暗相间偶数整数奇数削弱(5)物理学史光的干涉实验最早是由英国物理学家托马斯·杨在1801年用强光完成的，它有力地证明了光是一种波。(6)干涉条纹和光的波长之间的关系相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝___λ。2．判一判(1)在双缝干涉实验中，中央条纹的宽度最大。

()(2)在双缝干涉实验中，某处出现亮条纹还是暗条纹是由该处到双缝的路程差决定的。

()(3)托马斯·杨用光的干涉实验证明了光是一种波。

()×√√二、薄膜干涉1．填一填(1)定义：薄膜前后两个面反射的光相互叠加而发生的

现象。(2)应用

①光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，用以增加光的透射或者反射。

②检测精密的光学平面的

。干涉平滑度2．选一选如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是(

)解析：薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平的，故选项D正确。答案：D

探究(一)光的双缝干涉[问题驱动]：如图所示是几种单色光用同一双缝干涉装置进行实验得到的双缝干涉图样，请问：(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？提示：(1)相等。(2)不一样，红光条纹间距最大，紫光最小。

[重难释解]1．双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。2．单缝屏的作用获得一个线光源，该线光源有唯一的频率和振动情况。如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏(托马斯·杨当时没有激光)。3．双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。4．相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看作直角三角形。

如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，用波长为5.30×10－7m的激光，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“亮条纹”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”)。[答案]

暗条纹变宽双缝干涉实验中明暗条纹的判断方法(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。(2)要记住光程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹。(3)还要注意这一结论成立的条件是两个光源情况完全相同。

[针对训练]1．(2022·浙江6月选考)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是(

)A．用复色光投射就看不到条纹B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大答案：B

2．在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600nm的光实验时，P处将呈现

(

)A．第2条亮条纹 B．第3条亮条纹C．第2条暗条纹 D．第3条暗条纹解析：由Δl＝×3×2可得Δl＝3λ1＝1200nm，所以Δl＝nλ2＝2×600nm，P处将呈现第2条亮条纹，选项A正确。答案：A

3.如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以

(

)A．增大S1与S2的间距B．减小双缝到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光探究(二)薄膜干涉的理解和应用[问题驱动]如图所示，一铁丝环中有肥皂液膜，当日光照射肥皂液膜时会出现彩色条纹。请分析原因。提示：来自皂膜前、后表面的反射光发生干涉出现条纹，由于肥皂液膜上面薄、下面厚，不同颜色的光波长不同，因此发生干涉的明暗条纹的位置不同，出现的条纹为彩色条纹。

3．竖放肥皂液膜的干涉现象(1)白光照射图样是彩色的如图所示，竖直放置的肥皂液膜，因重力的作用，上面薄、下面厚，由于不同颜色的光的波长不同，从前、后两个表面反射的光，在不同的位置被加强，换句话说，不同颜色的光对应亮条纹的位置不同，不能完全重合，因此看起来是彩色的。(2)条纹是水平方向的因为在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，从前、后两表面反射的光的路程差均相同，如果此时两反射光互相加强，则此高度水平方向各处均加强，因此，明暗相间的干涉条纹应为水平方向的。(3)观察薄膜干涉，应从光源这一侧观察。

如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的

(

)A．a的上表面和b的下表面B．a的上表面和b的上表面C．a的下表面和b的上表面D．a的下表面和b的下表面[解析]

干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃板之间的空气层。在空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以判断厚玻璃板的上表面是否平整。因此选项C是正确的。[答案]

C[针对训练]1．(多选)如图所示是一竖直的肥皂液膜的横截面，用单色光照射，薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是

(

)A．观看干涉条纹时应在薄膜的左边B．观看干涉条纹时应在薄膜的右边C．薄膜上干涉条纹是竖直的D．用紫光照射所产生的干涉条纹间距比用红光照射时小解析：根据薄膜干涉中相干光的来源可知，A正确，B错误；薄膜干涉中同一亮条纹或暗条纹对应同一薄膜厚度，而水平方向薄膜等厚，所以条纹是水平的，C错误；由于相邻两亮条纹或相邻两暗条纹的波程差为λ，λ越大，则干涉条纹间距也越大，由于紫光的波长比红光短，所以干涉条纹间距比红光照射时小，D正确。答案：AD

2.如图所示是用光学的方法来检查一物体表面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其表面平整程度的物体，C为单色入射光，如果要说明能检查平面平整程度的道理，则需要用到的光学概念是

(

)A．反射和干涉 B．全反射和干涉C．反射和衍射 D．全反射和衍射解析：题述装置是应用了薄膜干涉，在标准平板和被检查表面间有一楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹，若干涉条纹平行则物体表面平整。由以上分析可知，如果要说明能检查平面平整程度，需用到光的反射和光的干涉两个光学概念，A正确，B、C、D错误。答案：A

一、培养创新意识和创新思维(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)同一实验装置，用不同的色光来做双缝干涉实验，所产生的干涉条纹是不同的。下图是由三种色光产生的干涉条纹，请比较它们有什么异同，并说明原因。1．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相对于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏的距离l以及相邻两条亮纹间距Δx。若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是

(

)