光的干涉课件高二上学期物理人教版选择性（完整版）

新人教版选择性必修一第四章

光第3节《光的干涉》雨后公路积水，上面漂浮的油膜经常显现出彩色条纹或图样。彩色条纹是怎样形成？牛顿微粒说光的本性学说的发展史惠更斯波动说

干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？相干光源（频率和振动情况一致）一、相干光源如何获得相干光源呢？关键所在单色光狭缝天才的设想光束单缝双缝红滤色片

(激光)屏幕s0s1s2托马斯·杨杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。巧妙解决了相干光问题一、光的双缝干涉1、装置特点：1）双缝到单缝的距离相等2）双缝很近d=0.1mm2、单缝作用：

获得线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．3、双缝作用：获得两个频率相同、振动情况完全相同的光源，叫相干光源光的双缝干涉一、光的干涉1.光的双缝干涉实验：（1）实验装置：单色光（激光是相干光）、双缝、屏（2）实验过程：一束平行单色激光射到狭缝后面的挡板上，两狭缝成了两个相位和振动方向相同的波源；两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。（3）实验现象：来自两个波源的光在一些位置互相加强，在另一些位置互相减弱，在挡板后面的屏幕上得到明暗相间的条纹。（4）实验结论：光的干涉现象证明光是一种波。一、光的干涉2.光的干涉（1）干涉现象：两列相干光在空间传播时相遇，将再相遇区域发生波的叠加，在某些区域加强，在另一些区域减弱，且加强区和减弱区相互间隔、稳定存在，这种现象称为光的干涉。产生的图样叫做干涉图样。（2）干涉条件：两列光波的光源频率相同、振动方向相同、相位差恒定（3）相干光源：能发生干涉的两列波成为相干光，两个光源称为相干光源，相干光源可以用同一束光分成两列而获得，成为分光法。杨氏双缝干涉实验1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773-1829）在实验室里成功的观察到光的干涉．等间距双缝干涉图样特点：中央亮条纹明暗相间S1S2P1P二、干涉分析1.出现亮条纹和暗条纹的条件（1）出现亮条纹的条件：两个光源与屏上某点的距离之差等于半个波长的偶数倍时，两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹。（2）出现暗条纹的条件：两个光源与屏上某点的距离之差等于半个波长的奇数倍时，两列光波在这点相互加强，这里出现暗条纹。2.干涉的条纹与光的波长之间的关系S1S2P1P双缝S1S2屏幕①什么是干涉条纹的间距(条纹宽度)?△x△x条纹间距的含义：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。亮纹是指最亮的地方，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亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。Ld2.干涉的条纹与光的波长之间的关系相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：波长为的单色光照射到双缝上。两缝中心间距为d，两缝S1、S2的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离为OP0=l。对于屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为r1、r2，且d

l亮纹条件：相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：θ理论探究：双缝S1S2屏幕P1第一亮纹δ=λP

中央亮纹δ=0P2第二亮纹δ=2λP3/

第三亮纹δ=3λP3第三亮纹δ=3λP2/

第二亮纹δ=2λP1/

第一亮纹δ=λ当光程差δ=nλ时出现亮纹以此类推第一条亮纹的形成原因分析P1

第一亮纹

取P0点上方的点P1，若从S1S2发出的光到P1点的光程差，正好等于一个波长δ=S1P1－S2P2=λ，则当其中一条光线传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P1点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。λ光程差δ=S2P1－S1P1=λ双缝S1S2屏幕第二条亮纹的形成原因分析P2

第二亮纹2λ光程差δ=S2P2－S1P2=2λ双缝S1S2屏幕

屏上P1点的上方还可以找到δ=S1－S2＝2λ的P2点出现第二条亮纹。2.暗条纹形成的原因当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。取P0点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2光程差δ=S1Q1－S2Q1＝λ/2光程差δ=λ/2Q1

第一暗纹δ双缝S1S2屏幕取P0点上方的点Q2，与两个狭缝S1、S2光程差δ=S1－S2＝3λ/2当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光线传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q2点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q2点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。δ=3λ/2Q1

第一暗纹δ双缝S1S2屏幕Q2

第二暗纹双缝S1S2屏幕Q1第一暗纹δ=λ/2Q2第二暗纹δ=3λ/2Q3/

第三暗纹δ=5λ/2Q3第三暗纹δ=5λ/2Q2/

第二暗纹δ=3λ/2Q1/

第一暗纹δ=λ/2Q1第一暗纹δ=λ/2Q2第二暗纹δ=3λ/2Q3/

第三暗纹δ=5λ/2Q3第三暗纹δ=5λ/2Q2/

第二暗纹δ=3λ/2Q1/

第一暗纹δ=λ/2

当光程差δ=(2n+1)λ/2，即半波长奇数倍时，出现暗纹。以此类推2.干涉的条纹与光的波长之间的关系相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：2.干涉的条纹与光的波长之间的关系相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：杨氏双缝干涉实验1.牛顿的微粒说：光是高速粒子流，解释光的直进，光的反射。2.惠更斯的波动说：光是某种振动，以波的形式向周围传播，解释光的折射、干涉和衍射，光的直进，光的反射。机械弹性波动（以太）。3.麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，发展了光的波动理论。4.爱因斯坦的光子说：成功解释光电效应，认为光具有粒子性。5.德布罗意的波粒二象性学说：光既有粒子性，又有波动性。光的本性学说发展史上的五个学说t18世纪19世纪20世纪17世纪·2000多年前中国的《墨经》·惠更斯，波动说，1678年《论光》微粒说占主导·1801年托马斯·杨的双缝干涉实验··1865年麦克斯韦理论，1888年赫兹实验·1905年，爱因斯坦的光子说解释光电效应·新的光学理论·牛顿，微粒说，《光学》双缝干涉亮（暗）纹间距的公式1、相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：（2）双缝之间的距离d:（3）双缝与屏间的距离l:S1S2P1Pl波长越大，相邻的亮纹间距越大（1）波长λ:d越小，相邻的亮纹间距越大L越大，相邻的亮纹间距越大d三、薄膜干涉1、薄膜干涉（1）成因：竖直放置的肥皂薄膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，从膜的前后表面反射的两列光是相干光。在某些位置，两列波叠加加强，出现亮条纹；在一些位置，两列波叠加后减弱，出现暗条纹。（2）相干光是从膜前、后两个表面反射回来的光，所以观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同侧。三、薄膜干涉光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。白光照射时是彩色条纹由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。前表面后表面薄膜干涉成因牛顿环牛顿环中央疏、边沿密的同心圆环薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度

取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹标准样板待检部件空气薄层如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。(a)(b)(c)单色光标准样板薄片被检测平面注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度薄膜干涉的应用（一）—