4.3 光的干涉（教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

第四章

光物理选择性必修第一册•人教版2019第三节

光的干涉学习目标01020304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。重点难点教学重点教学难点

薄膜干涉中光程差的分析；近似条件d≪l

的物理意义理解。

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？课堂引入天才的设想光束单缝双缝红滤色片

(激光)屏幕s0s1s2巧妙解决了相干光问题杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。托马斯·杨相干光源光的双缝干涉011.物理史实1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。2.演示实验在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在后面的屏上观察光的干涉情况。屏的照片实验装置光的双缝干涉3.实验过程

如图，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，两条狭缝就产生两个光源，它们的振动情况总是相同的，两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。4.实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。5.实验结论：证明光是一种波。光的双缝干涉双缝干涉的示意图实验现象解读：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——亮纹光的双缝干涉P1

第一亮纹双缝S1S2屏幕S1S2P1

λδ=λ

取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ=S1－S2=λ，出现第一条亮纹。实验现象解读——亮纹λ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实验现象解读——亮纹光的双缝干涉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：光的双缝干涉用氦氖激光器演示光的双缝干涉光的双缝干涉干涉条纹的加强与减弱干涉条纹和光的波长之间的关系

02干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些因素有关?双缝S1S2屏幕△x△x条纹间距△x：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。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。

Ld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。S1S2P1Pldxr2r1M当两列波的路程差为波长的整数倍，即相邻两个明(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＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)

①另：x＝ltanθ≈lsinθ②时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：亮（暗）纹间距的公式推导干涉条纹和光的波长之间的关系1.相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：S1S2P1Pl波长越大，相邻的亮纹间距越大（1）波长λ:（2）双缝之间的距离d:d越小，相邻的亮纹间距越大（3）双缝与屏间的距离l:l越大，相邻的亮纹间距越大d双缝干涉亮（暗）纹间距的公式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（2）不同颜色的光频率不同：f红<f橙<f黄<f绿<f青<f蓝<f紫（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（3）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2.不同单色光干涉条纹宽度：干涉条纹和光的波长之间的关系3.白光的干涉图样特点：（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。干涉条纹和光的波长之间的关系干涉条纹的间距薄膜干涉03演示实验（1）你会看到什么现象？（2）为什么会出现这样的现象？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薄膜干涉

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应用一：检查表面的平整程度薄膜干涉

如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的，如图甲；如果观察到的干涉条纹如图乙、丙，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1