第四节　光的干涉

第四节光的干涉学

习

目

标思

维

导

图1.知道光的干涉现象，知道光是一种波．2.理解相干光源和产生干涉现象的条件．3.理解明暗条纹产生的机理．4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉现象及其应用．01.知识点一03.知识点三04.随堂自主检测05.课时素养评价23内容索引02.知识点二01.知识点一知识点一双缝干涉【知识梳理】1．双缝干涉实验：将一束单色光照射在单缝上，单缝上的光从不同路径照射在双缝上，双缝平行于屏．2．现象：在屏上观察到了________的条纹．明暗相间【重难突破】1．光的干涉现象两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总是加强，在另外一些区域总是减弱，且加强区和减弱区相互间隔，从而出现明暗相间条纹的现象叫光的干涉现象．2．干涉条件两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同，能发生干涉的两列光波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源通常可用同一束光分成两列而获得，称为分光法．3．杨氏双缝干涉实验法利用如图所示装置，让一束平行的单色光(例如激光)射到一个单缝上，单缝上的光从不同路径照射在一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近(约0.1mm)．双缝出来的光在挡板后面的空间相互叠加，可观察到，光在一些位置相互加强，在另一些位置相互减弱，在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹．例1在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹．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．有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上无任何光亮答案：C解析：两束光能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干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍会有光亮，C正确．总结提能双缝干涉问题的三点注意(1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小．(2)光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，用单一频率较好的激光做实验比较容易获得成功，用普通光源做实验时可先用单缝获得相同频率的光，再用双缝将一束光“一分为二”获得相干光源．(3)在单色光的干涉条纹中，两相邻明条纹或暗条纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．【变式训练1】由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象．这是因为(

)A．两个光源发出光的频率不同B．两个光源发出光的强度不同C．两个光源的光速不同D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源答案：D解析：题中两光源发出的光都是白光，频率不确定，A错误；光的强度对光是否产生干涉没有影响，B错误；光速在真空中是确定的，对光的干涉无影响，C错误；题中的是两个独立光源，二者产生的不是相干光，D正确．02.知识点二

偶数倍奇数倍2．计算波长的公式如果观察屏到双缝挡板的距离为L，双缝之间的距离为d，光的波长为λ，则观察屏上的相邻两条明条纹(或暗条纹)间的距离为Δx＝________．利用此公式，测出相邻条纹间的距离Δx，即可求出光的波长．

例2如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6m.(1)分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是明条纹还是暗条纹？①已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7m；②已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)．答案：①暗条纹②明条纹

(2)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．答案：A、B两种光频率不同，不能发生干涉，此时在光屏上只能观察到亮光．【变式训练2】图示是研究光的双缝干涉实验的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹．已知入射激光的波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的明条纹记作第0号明纹，由P向上数，与0号明纹相邻的明纹为1号明纹，与1号明纹相邻的明纹为2号明纹，则P1处的明纹恰好是10号明纹．设直线S1P1的长度为δ1，S2P1的长度为δ2，则|δ1－δ2|＝(

)A．9λ B．10λC．11λ D．20λ答案：B解析：出现明条纹的条件是路程差|δ1－δ2|＝nλ，n＝0时，出现0号明纹；n＝1时，出现1号明纹……n＝10时，出现10号明纹，B正确．03.知识点三知识点三薄膜干涉【情境导学】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，用它观察灯焰的像如图所示．这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验情况又会如何？提示：灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成．如果用白光做实验，肥皂膜上会出现彩色水平条纹．【知识梳理】1．薄膜：薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的________薄层．2．薄膜干涉现象：在膜不同的地方，其内、外表面反射光的光程差________，故总有一些地方的光程差满足明、暗条纹条件．状元随笔热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜都会呈现彩色的条纹，这些彩色条纹是由于白光中各色光波长不同，发生干涉后条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色花纹．气体不同【重难突破】1．形成原因如图所示，照射到液膜上的光线从前、后两个表面反射回来，形成两列光波．由于这两列光波是由同一入射光波产生的，因此频率相同、相位差恒定，满足干涉条件．2．用干涉法检查平面平整程度如图甲所示，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整的，得到的干涉图样必是等间距的．如果条纹发生弯曲，就表明被测表面不够平整．

(2)增透膜的应用为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁．例3用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是(

)A.当金属丝圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°B．当金属丝圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°C．当金属丝圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°D．干涉条纹保持原来状态不变答案：D解析：金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确．【变式训练3】有一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，再让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是(

)A．平行的、明暗相间的干涉条纹B．环形的、明暗相间的干涉条纹C．只能看到同颜色的平行反射光D．一片黑暗答案：B解析：薄膜干涉条纹可看作等厚线，题图中，厚度相同的空气薄膜应是以切点为圆心的一个个圆，故干涉条纹应是环形的条纹，又因是单色光照射，所以是明暗相间的条纹，故B正确，A、C、D错误．04.随堂自主检测1．(多选)两列光波在空中叠加，以下说法正确的是(

)A．不同的色光有可能产生干涉现象B．不同的色光不可能产生干涉现象C．光的强度不同有可能产生干涉现象D．光的强度不同不可能产生干涉现象答案：BC解析：两列光波叠加能否发生干涉现象的关键是看两列光是不是相干光，不同的色光频率一定不相同，所以不可能产生干涉现象，A错误，B正确；光的强度不同但有可能满足相干光的条件，若满足，就能产生干涉现象，C正确，D错误．2．(多选)用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，其中图甲是a光照射形成的，图乙是b光照射形成的，则关于a、b两束单色光，下列说法正确的是(

)A．a光的频率比b光的大B．在水中a光传播的速度比b光的大C．水对a光的折射率比b光的大D．b光的波长比a光的短答案：AC

3．如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到明条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条明条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)．现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则(

)A．P和P1仍为明条纹B．P为明条纹，P1为暗条纹C．P为暗条纹，P1为明条纹D．P、P1均为暗条纹答案：B

4．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，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图中的(

)答案：D解析：酒精灯发出的光在肥皂膜前、后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处路程差相同，而同一条明条纹(或暗条纹)上路程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同，故肥皂膜上的明(暗)条纹是一些水平的平行直线．正确选项为D.05.课时素养评价231．两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为(

)A．两个灯亮度不同B．灯光的波长太短C．两个光源的频率不稳定，是非相干光源D．周围环境的漫反射光太强答案：C解析：一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光的频率不稳定，振动情况也往往不同，是非相干光源，C正确．2．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是(

)A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同答案：A解析：各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹，A正确．3．在杨氏双缝干涉实验中，如果(

)A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹答案：B

4．(多选)用红光做光的双缝干涉实验，如果将其中一缝改用蓝光，下列说法正确的是(

)A．在光屏上出现红蓝相间的干涉条纹B．只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象，此时不产生干涉现象C．频率不同的两列光也能发生干涉现象，此时出现彩色条纹D．尽管亮暗条纹都是光波相互叠加的结果，但此时红光与蓝光只叠加不产生干涉现象答案：BD解析：频率相同、相位差恒定是产生干涉现象的条件，红光和蓝光频率不同，不能产生干涉现象，不会产生干涉条纹，A、C错误，B、D正确．5.如图为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的竖直放置的金属线圈，由于重力作用，形成上薄下厚的楔形，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到干涉现象，若实验中将金属线圈在其所在的平面内缓慢旋转，观察到的现象是(

)A．干涉条纹保持不变B．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°C．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°D．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°答案：A解析：在转动金属线圈的过程中，由于两层薄膜的厚度不变，故反射光形成的路程差也不会发生变化，故产生的干涉条纹仍保持原来的状态不变，A正确．6．关于薄膜干涉，下列说法正确的是(

)A．干涉条纹的产生是由于光在膜的前、后两表面反射，形成的两列光波叠加的结果B．干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明膜的厚度处处相等D．观察薄膜干涉条纹时，人应在入射光的另一侧答案：A解析：薄膜前、后两个面反射的光波的路程差不同，一些地方，波峰(波谷)与波峰(波谷)相遇，相互加强，出现明条纹；在另一些地方，波峰(波谷)与波谷(波峰)相遇，相互削弱，出现暗条纹．干涉条纹是等间距的平行线时，说明膜是理想的劈，膜的厚度不相等．人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果，因此人应与入射光在同一侧，A正确．7.(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为相邻明条纹的位置，c为中央明条纹，则(

)A．O到达a、b的路程差为零B．M、N到达b的路程差为λC．O到达a、c的路程差为4λD．M、N到达e的路程差为2λ答案：BD解析：振动一致的两光源在空间发生干涉，得到明条纹的条件满足双缝到某点的路程差Δx＝nλ(n＝0，1，2，3…)，故B、D正确．8．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是(

)A．减小光源到单缝的距离B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏之间的距离D．换用频率更高的单色光源答案：B

9.煤矿中瓦斯爆炸危害极大．某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示．在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是(

)①如果屏的正中央仍是明条纹，说明B中的气体与A中的气体成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定④只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹A．①③