高中物理(新教材)选修1课件2：4 3 光的干涉 人教版

第4章光3光的干涉光的直线传播光的反射光的折射光的干涉干涉现象、衍射现象是波独有的特征如果要证明光是波的话,就应观察到光的干涉现象新课导入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了光的干涉．托马斯·杨1773~1829课堂探究一、光的双缝干涉1、装置特点：2、①要用单色光单缝双缝S1SS2屏屏上看到明暗相间的条纹屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样②双缝很近0.1mm①双缝S1、S2到单缝S的距离相等双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)③双缝的作用：②单缝的作用：获得线光源等间距图样有何特征？亮条纹的中心线亮条纹的中心线暗条纹的中心线暗条纹的中心线中央亮条纹明暗相间3、明条纹形成的原因①“中央明纹”的形成原因:S1S2PdS1S2PS1PPS1S2PPS2光程差d=0，S1、S2步调一致，该点振动加强。（亮）S1S2P1PdS1S2P1P1P1S1P1S2dS1S2P1d=λ/2光程差d=

λ/2

，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗）②第一条暗纹的形成原因:③第一条亮纹的形成原因:S1S2P2PdS1S2P2P2P1S1P1S2dS1S2P2d=λ光程差d=

λ

，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。(亮）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=λQ2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δ=5λ/2δ=λ/2δ=3λ/2δ=5λ/2δ=3λ/2δ=λ/2产生明暗条纹的条件亮纹：光程差

δ=kλ（k=0,1,2,等）暗纹：光程差δ=（2k+1)λ/2(k=0,1,2,3,等）4、干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些因素有关?双缝S1S2屏幕①什么是干涉条纹的间距(条纹宽度)?ΔxΔx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。

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。

②影响条纹间距大小的因素保持L、d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。4、干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些因素有关?双缝S1S2屏幕①什么是干涉条纹的间距(条纹宽度)?ΔxΔx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。

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。

②影响条纹间距大小的因素保持L、d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。4、干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些因素有关?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P。对屏上与P距离为x的一点P1，两缝与P1的距离P1S1＝r1，P1S2＝r2。S1S2P1Pldxr2r1M当两列波的路程差为波长的整数倍，时相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为在线段P1S2上作P1M＝P1S1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看做直角三角形。有：r2－r1＝dsin

θ(令∠S2S1M＝θ)

①另：x＝ltanθ≈lsinθ②才会出现亮条纹，亮条纹位置为：白光的干涉图样是什么样的？①明暗相间的彩色条纹；②中央为白色亮条纹；③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。二、薄膜干涉在阳光下,为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样?由于重力的作用，肥皂薄膜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在重力的作用下,薄膜随着时间越来越薄,条纹间距变稀疏。等厚干涉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？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？薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度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厚度相等的位置对应的反射光(或透射光)形成的干涉结果相同——等厚干涉.如果观察到的干涉条纹不平行，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。如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的；薄膜干涉的应用（二）——增透膜

在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。镀层薄膜光的双缝干涉②干涉图样的特点①光的干涉条件:相干光③产生明暗条纹的条件单色光照射时:白光照射时:亮纹：光程差

δ=kλ暗纹：光程差

δ=（2k+1)λ/2④亮（暗）纹间距的公式课堂小结薄膜干涉例1(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置,c为中央亮条纹,则(

)A.由O到达a、b的路程差为零B.由M、N到达b的路程差为λC.由O到达a、c的路程差为4λD.由M、N到达e的路程差为2λ典例精析解析

从O到达某点可以经过M也可以经过N,根据已知条件无法比较从O到达某两点的路程差,故A、C错误;b为中心亮纹旁边的第一条亮纹,则M、N到达b的路程差为波长λ,故B正确;e为中心亮纹旁边的第二条亮纹,M、N到达e的路程差为2λ,故D正确。BD例2关于光的干涉,下列说法正确的是(

)A.在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B.在双缝干涉现象中,把入射光由波长较长的红光换成波长较短的紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽C.在双缝干涉现象中,将绿光换为红光,相邻两个亮条纹间距将变宽D.在双缝干涉现象中,入射光为白光时得到的彩色条纹为内红外紫解析

在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,故选项A错误;入射光的波长越长,相邻两个亮条纹的间距越大,故选项B错误,C正确;由于各色条纹间距不同,且红光条纹最宽,紫光条纹最窄,故除中间条纹外,前几条彩色条纹应为内紫外红,越往外由于重叠严重,没有明显干涉条纹,只是看到彩光,选项D错误。C例3

有种冷光灯,用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低。这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜,能使薄膜前后表面反射回来的热效应最显著的红外线发生干涉相消,以λ表示红外线在真空中的波长,n表示薄膜对该红外线的折射率,则所镀薄膜的厚度最小应为(

)B1.关于薄膜干涉,下列说法正确的是(

)A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象C.厚度均匀的薄膜,会形成干涉条纹D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在薄膜的同一侧课堂达标解析

当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两面反射回来的光波的光程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。要形成明暗相间的条纹,只有在薄膜厚度不均匀时才会出现,但对薄膜的形状没有要求,因此选项A、B错误。当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但能发生干涉现象,如果是复色光照射,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些颜色的光因干涉而加强,减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,这时会看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但没有形成干涉条纹,故选项C错误。由薄膜干涉中相干光的来源可知,干涉的区域应在入射光一侧,因此选项D正确。答案

D2.(多选)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如甲图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是(

)A.增大双缝之间的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.增大双缝到光屏之间的距离解析

题图乙中条纹的间距比题图甲小,根据双缝干涉的条纹间距公式Δx=λ知,可能是双缝与屏间距减小,也可能是双缝间距变大。故A、C正确,B、D错误。AC3.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,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在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,但因有红光和绿光通过双缝照到屏上,所以屏上有光亮,故只有选项C正确。答案

C4.在双缝干涉实验中,用波长为5×10-7m的黄光照射双缝。已知双缝的间距为0.3mm,双缝到光屏的距离为1.2m,光屏上P点到双缝的路程差为7.5×10-7m,则下列说法中正确的是(

)A.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mmB.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mmC.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mmD.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mm答案

B备用工具&资料4.在双缝干涉实验中,用波长为5×10-7m的黄光照射双缝。已知双缝的间距为0.3mm,双缝到光屏的距离为1.2m,光屏上P点到双缝的路程差为7.5×10-7m,则下列说法中正确的是(

)A.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mmB.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mmC.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mmD.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mm3.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,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏