4.3光的干涉 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

第节3光的干涉高中物理选择性必修第一册第四章1.了解相干光源，知道光的干涉条件，知道杨氏干涉实验的设计原理。2.通过光的双缝干涉实验，认识双缝干涉图样的特征。3.知道光的路程差的概念，知道产生明暗条纹的条件和相邻两个亮（暗）条纹中心间距与波长的关系。4.知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象。学习目标引入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？一、光的双缝干涉1.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。实验装置干涉条纹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，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。发生干涉现象。双缝干涉的示意图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。6.光发生干涉的条件（类比机械波）（1）干涉条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。（2）相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。二、对双缝干涉实验的理解1.单缝的作用：获得线光源2.双缝的作用狭缝S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源，它们到屏上P0

点的距离相同。双缝干涉的原理图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）三、干涉条纹和光的波长之间的关系如图，波长为

λ的单色光照射到双缝上。两缝中心之间的距离为d

，两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0

＝

l。

根据分析，当两列波的路程差为波长的整数倍，即时出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是相邻亮（暗）条纹距离表达式的应用根据相邻亮（暗）条纹距离表达式可知，条纹之间的距离与光波的波长成正比，因此能够断定，不同颜色的光，波长不同。实验中确实发现，各种颜色的单色光都会发生干涉，但条纹之间的距离不一样。用黄光做光的干涉实验，条纹之间的距离比用红光时小；用蓝光时更小。根据这个关系式还可以测出单色光的波长。红光干涉条纹蓝光干涉条纹白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。这是因为用白光做干涉实验时，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是从大到小，屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红。白光干涉条纹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？灯焰在肥皂膜上所成的像四、薄膜干涉1.概念来自两个面的反射光相互叠加，发生干涉，也称薄膜干涉。2.现象解释如图所示，不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光（即图中的实线和虚线波形代表的两列光）的路程差不同。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现了亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现了暗条纹。3.彩色条纹的解释如果用另一种颜色的光做这个实验，由于光的波长不同，导致从肥皂膜的前后两面反射的光将在别的位置相互加强，所以，从肥皂膜上看到的亮条纹的位置也会不同。薄膜上不同颜色的光的条纹的明暗位置不同，相互交错，所以，看上去会有彩色条纹。4.薄膜干涉的应用可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射，还可以利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。过A点向2光线作一垂线AD，自A和D到透镜的焦点的距离相等，所以1光和2光的光程差就产生于自A点起1光在薄膜内所走光程同2光所走的光程之差。当光从光疏介质射向光密介质，在分界面反射时有半波损失。即A、C两点的距离很近，薄膜厚度可近似看着相等，为d光程是相同时间内光在真空中传播的距离，等于光传播的几何距离与介质折射率的乘积。5.薄膜干涉的深度理解“半波损失“就是当光从折射率小的光疏介质射向折射率大的光密介质时，在入射点，反射光相对于入射光有相位突变π，即在入射点反射光与入射光的相位差为π，由于相位差π与光程差λ/2相对应，它相当于反射光多走了半个波长λ/2的光程，故这种相位突变π的现象叫做半波损失。半波损失仅存在于当光从光疏介质射向光密介质时的反射光中，折射光没有半波损失。当光从光密介质射向光疏介质时，反射光也没有半波损失。

“半波损失”现象可以由电磁场理论中的菲涅耳公式予以解释。当光线垂直入射时且当时当时玻璃氟化镁为增透膜

增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高或降低光学器件的透光率.例为了增加透射率,求氟化镁膜的最小厚度.已知空气,氟化镁,23解

减弱取有半波损失

增反膜增透膜广泛使用单层膜增反膜广泛使用多层膜例［多选］把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入（如图），这时可以看到亮暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（）A.将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏B.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏C.将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D.将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动解析：A对，B错：C对，D错：同一明条纹或同一暗条纹都对应相同厚度的空气层2cm本课小结1.光发生干涉的条件（1）干涉条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。（2）相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。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）3.相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是4.薄膜干涉：（1）来自两个面的反射光相互叠加，发生干涉，也称薄膜干涉。

（2）应用：增透膜当堂检测1.［多选］关于光的干涉，下列说法中正确的是 （）A.只有频率相同的两列光波才能产生干涉B.频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定C.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D.在双缝干涉现象中，入射光的波长变大，相邻两个亮条纹间距将变宽解析：A对，B错：两列波产生干涉时，频率必须相同。C错：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。D对：在双缝干涉实验中，入射光的波长越长，相邻两个亮条纹间距越大。AD2.关于光的干涉，下列说法正确的是（）A.用白光作光源，在双缝前一个放红色滤光片，一个放紫色滤光片，光屏上将出现紫红色干涉条纹B.红光和紫光也能相互干涉，只是干涉图样不稳定C.进入双缝的光强度不同，光屏上仍能出现干涉条纹D.用白光作光源，能观察到干涉图样，而白光是由频率不同的七色光复合而成，因此不同频率的光，也能相互干涉提示：①某种颜色的滤光片只能让该色光通过；②光的干涉条件与光强度无关；③白光的干涉图样中，各频率的光在不同位置加强，不同频率的光不相干。C3.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮纹或暗纹？【解析】如图所示，双缝S1、S2到光屏上P点的路程之差Δr=|PS1-PS2|，当Δr等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相削弱，出现暗条纹。频率为f1的单色光波长λ1=

=

m=0.6×10-6m=0.6μm频率为f2的单色光波长λ2=

=

m=0.4×10-6m=0.4μm可见Δr=λ1，Δr=1.5λ2故用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹，且为第一条亮纹；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为第二条暗纹。4.［多选］把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入

，这时可以看到亮暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（）A.将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏B.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变