3. 光的干涉-人教版《物理》培优教学课件

第四章光选择性必修一•人教版3.光的干涉

我们生活在一个充满光的世界。人类渴望光明，生物需要阳光，人类的感觉器官接收到的信息中，有90%的是通过眼睛。现在光学已经成为物理学的重要组成部分，在生活、生产和科学技术中有广泛的应用，光学是现代高科技领域中最前沿的科学之一。

导入新课肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。这些彩色条纹或图样是怎样形成的？物理观念理解光的干涉条件及现象，建立“光具有波动性”的物理观念。科学思维通过对比机械波干涉，归纳光波干涉的共性；利用几何近似推导条纹间距公式，培养建模能力。科学探究经历光的双缝干涉的实验过程,体会科学探究的意义。科学态度与责任通过杨氏双缝实验的科学史，感悟科学探索精神；关注薄膜干涉在技术中的应用，体会物理的社会价值。

学习目标

重点难点重点

光的干涉条件；条纹间距的公式推导难点薄膜干涉中光程差的分析；近似条件d≪l

的物理意义理解。一、光的双缝干涉

3.光的干涉一、光的双缝干涉

两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔.这种现象叫波的干涉。光是一种电磁波，那么光也应该发生干涉现象，怎样才能观察光的干涉现象呢？一、光的双缝干涉光要发生干涉现象需要满足什么条件？频率和振动情况一致相干光源有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？天才的设想巧妙解决了相干光问题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。一、光的双缝干涉实验现象解读：有的地方亮一些有些地方暗一些。红滤色片单缝S1S2S***屏幕一、光的双缝干涉S1S2PPδ=0中央亮纹

由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动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，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。双缝S1S2屏幕实验现象解读——亮纹一、光的双缝干涉P2

第二亮纹双缝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。2λ实验现象解读——亮纹一、光的双缝干涉P3

第三亮纹双缝S1S2屏幕

屏上P1点的上方还可以找到δ=S1－S2＝4λ的P2点，δ=S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ=S1－S2＝λ的P1/点，δ=S1－S2＝2λ的P2/点，δ=S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。3λ实验现象解读——亮纹一、光的双缝干涉双缝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一、光的双缝干涉Q1

第一暗纹双缝S1S2屏幕S1S2Q1

取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ=S1－S2＝λ/2，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点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。

λ/2P

中央亮纹实验现象解读——暗纹一、光的双缝干涉Q2

第二暗纹双缝S1S2屏幕

屏上Q1点的上方还可以找到δ=S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。

Q1

第二暗纹P

中央亮纹实验现象解读——暗纹一、光的双缝干涉双缝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=3λP3/

第二亮纹δ=2λP3/

第一亮纹δ=λQ2第二暗纹Q1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实验现象解读——亮纹和暗纹相间出现一、光的双缝干涉光程差：S1S2P1Pl双缝干涉规律n=0、1、2、3……暗纹：n=0、1、2、3……亮纹：二、干涉条纹和光的波长之间的关系

3.光的干涉二、干涉条纹和光的波长之间的关系

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。相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为与波长有什么关系？在线段P1S2上作P1M＝P1S1，则S2M＝r2－r1，有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)

①另：x＝ltanθ≈lsinθ②当两列波的路程差为波长的整数倍，即时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为S1S2P1Pldxr2r1MM二、干涉条纹和光的波长之间的关系相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为S1S2P1Pld（2）双缝之间的距离d:（3）双缝与屏间的距离l: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由此可以得出，相邻明（暗）纹间的距离大小受哪些因素的影响？二、干涉条纹和光的波长之间的关系各色光在真空中的波长光的颜色波长nm光的颜色波长nm红770－620绿580－490橙620－600蓝－靛490－450黄600－580紫450－400（1）相同介质中，不同的光波长不同：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫2、不同单色光干涉条纹宽度：同一个装置，不同单色光干涉条纹宽度大小规律是怎样的？（2）相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同：Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫二、干涉条纹和光的波长之间的关系3.白光的干涉图样特点：如果用白光做双缝干涉实验，会得到怎样的干涉条纹？为什么？会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。因为白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。三、薄膜干涉

3.光的干涉三、薄膜干涉三、薄膜干涉观察实验：在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同？请解析看到的现象。现象：观察到灯焰的像出现了明暗相间的干涉条纹。该条纹是怎样形成的？该条纹是由液膜前后两个面反射的光相互叠加发生干涉形成的。三、薄膜干涉由于重力的作用，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。薄膜干涉成因前表面后表面三、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三、薄膜干涉1.检查表面的平整程度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三、薄膜干涉2.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。照相机的增透膜镀层薄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。三、薄膜干涉3.牛顿环将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。四、课堂总结

3.光的干涉光的干涉双缝干涉实验装置：双缝干涉仪干涉条件：频率相同、振动情况相同的光干涉图样：单色光是明暗相间、等间距的条纹明暗条件n=0、1、2、3……明纹：暗纹：n=0、1、2、3……条纹间距：薄膜干涉及应用四、练习与应用

3.光的干涉四、练习与应用C1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分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光的频率不相等,不能发生干涉现象,因此屏上不会出现干涉条纹,但屏上仍有光亮。故选项C正确。四、练习与应用四、练习与应用A2.(2025·广东佛山期末)双缝干涉实验装置的示意图如图所示,其中S为单缝,S1、S2为双缝,P为光屏,实验时光源发出的白光从左边照射单缝S。若在单缝S左侧加上红色滤光片,则可以在光屏P上看到红光的干涉条纹。下列说法正确的是(

)A.仅增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离会增大B.仅增大双缝间的距离,干涉条纹间的距离会增大C.仅将红色滤光片替换为蓝色滤光片,干涉条纹间的距离会增大D.暗条纹到S1、S2的光程差一定为波长的整数倍四、练习与应用

四、练习与应用A3.如图所示,竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用而形成上薄下厚的薄膜,从膜左侧面水平射入红光,在左侧面观察到干涉条纹,则下列说法正确的是(

)A.干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的B.干涉条纹是红黑相间的竖直条纹C.入射光如果换成紫光,相邻明条纹间距变大D.如果薄膜的下端再厚一些,干涉条纹变疏四、练习与应用

五、提升训练

3.光的干涉五、提升训练C1.(2025·广东肇庆高二期中)下列说法正确的是(

)A.图1为检验工件平整度的装置,利用了光的衍射原理B.图2中汽泡看上去特别明亮,主要是光的折射引起的C.图3中沙漠蜃景属于光的全反射现象D.图4的原理和照相机镜头表面加上增透膜的原理是不同的五、提升训练解析

图1利用了薄膜干涉的原理,故A错误;图2中汽泡特别明亮,主要是全反射引起的,故B错误;图3中沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大,从远处物体射向地面的光先折射后发生全反射形成沙漠蜃景,故C正确;图4中肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的干涉现象,照相机镜头表面加上增透膜是利用薄膜干涉,它们的原理相同,故D错误。五、提升训练C2.(2025·广