第1节 光的干涉

第5章

光的干涉、衍射和偏振第1节光的干涉核心素养导学物理观念知道光的干涉条件，知道双缝干涉和薄膜干涉现象。科学思维(1)掌握双缝干涉条纹间距公式，知道影响条纹间距的因素，并能解释相关的物理现象。(2)知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象。科学探究通过实验观察和探究双缝干涉，认识双缝干涉图样的特征。科学态度与责任能体会物理知识的应用对人类生活和社会发展带来的影响，有学习物理的兴趣，具有实事求是的态度。一、光的干涉及其产生条件1．双缝干涉

将一束激光照射到______上，光通过双缝后照射到光屏上，可观察到屏上出现________________。双缝明暗相间的条纹2．干涉条件

两列光波必须具有相同的_____和_________。3．本质特性

光的干涉和机械波干涉的本质都是波的叠加，干涉是波特有的一种现象，光的干涉说明光具有_____的特性。二、光的双缝干涉公式1．亮暗条纹的条件

如图所示，如果从缝S1和缝S2发出的振动情况相同的两列光波到达某点时，路程差为波长的_____倍，在那里就出现亮条纹；如果两列光波到达某点时，路程差为半波长的______倍，在那里就出现暗条纹。频率振动方向波整数奇数反射平整程度增透膜获得具有单一频率和振动情况的线光源获得两束频率相同、振动情况完全一致的相干光2．

如图为某单色光通过双缝在屏上产生的干涉图样，试结合该实验

判断下列说法是否正确：(1)光的干涉现象说明光是一种波。

()(2)如果两列光波到达某点时，路程差为波长的整数倍，这两列波互相加强，

在那里就出现亮条纹。

()(3)光的干涉现象中，亮条纹是光波振动加强的区域。

()(4)光波的波长λ越大，相邻两条纹间的距离越小。

()(5)在干涉条纹中，相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离是相等的。

()√√√×√3．

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

肥皂膜上就会观察到干涉图样。(1)观察者应该位于P的左侧还是右侧？(2)观察者观察到的干涉条纹是竖直的还是水平的？提示：(1)观察者应该位于P的右侧进行观察。(2)干涉条纹是水平的。提示：(1)因为利用双缝获得的两列光是同一光源发出的具有相同的频率和振动方向，符合干涉条件，才能观察到干涉现象。(2)不能。两只手电筒射出的光束在空间相遇，不满足光发生干涉的条件，不能观察到光的干涉现象。[重点释解]1．屏上某处出现亮、暗条纹的条件

频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：续表2．单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。[典例体验][典例]

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/方法技巧/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．

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．将绿光换为紫光答案：C2．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处将呈现达式(

)A．第2条亮条纹

B．第3条亮条纹C．第2条暗条纹

D．第3条暗条纹答案：A2．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．用干涉法检查平面平整度

如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中

P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示。[典例体验][典例]

多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是

(

)

A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°[解析]

肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，肥皂膜从形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，D错误。[答案]

AB[针对训练]1．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

2．铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是

(

)解析：薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在入射光为复色光时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，由于干涉条纹的间距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度变化越来越大，故C正确，A、B、D错误。答案：C一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——薄膜干涉图样分析1．

(选自人教版新教材课后练习)劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图

所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入

两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当

光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？答案：条纹间距将变大

科学探究——光的干涉条件的探究2．

(选自粤教版新教材“观察与思考”)如图所示，将一支激光

笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了

什么？如果将两支同样的激光笔射向屏上的同一个地方，又

观察到了什么现象？提示：(1)用一支激光笔照射在双缝上，在光屏上会观察到明暗相间的条纹。(2)将两支同样的激光笔射向屏的同一个地方，只看到一片亮斑，看不到明暗相间的条纹。

科学态度与责任——增反膜3．(选自粤教版新教材课后练习)登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力，有人想利用薄膜干涉的原理设计一种“增反膜”，以减小紫外线对眼睛的伤害，他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014Hz。(1)他设计的这种“增反膜”所依据的是什么原理？(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？答案：(1)见解析(2)1.23×10－7m二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是

(

)解析：根据薄膜干涉的形成规律，若薄膜厚度d均匀变化时，会产生等间距的明暗相间的条纹，现在条纹间距不等，说明薄膜厚度d不是线性变化的，

故A、B错误；由于条纹间距变大，说明薄膜厚度d的变化趋缓，反映到d-x图像中即图像的斜率减小，故C错误，D正确。答案：D

答案：B3．如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色

光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光

经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条

纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是

波长为λ1和λ2的光形成的距离