《光的干涉》课件

第四章光3光的干涉学习目标学法指导1.了解杨氏双缝干涉实验装置和实验现象2．了解相干光源的概念及产生干涉现象的条件，了解相干光源的概念及产生干涉现象的条件3．能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点，能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点1.通过阅读和实验认识干涉现象，并思考其原理2．用控制变量法分析影响干涉条纹变化的因素3．用干涉知识解释生产、生活中的干涉现象知识导图课前·自主预习1．物理史实1801年，英国物理学家__________成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性．杨氏双缝干涉实验托马斯·杨

2．双缝干涉实验(1)实验过程：让一束________光投射到一个有两条平行的狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是________的，这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生__________．(2)实验现象：在屏上得到_________的条纹．(3)实验结论：光是一种波．单色相同干涉现象明暗相间

一般情况下光源发出的光很难观察到干涉现象，这是什么原因？【答案】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，不具备相干光源的条件．

以下光源可作为相干光源的是 (

)A．两个相同亮度的烛焰B．两个相同规格的灯泡C．双丝灯泡D．出自一个光源的两束光【答案】D

【解析】相干光的条件，必须是频率相同，相位差恒定，故D正确．1．当双缝光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的______倍时，两列光波在这点叠加后相互加强，出现________．决定干涉条纹明暗的条件整数亮条纹

奇数暗条纹

用白光做双缝干涉实验，彩纹的特点如何？【答案】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．

从两个相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是为什么？【答案】见解析

【解析】本题虽然强调两个相同的手电筒，但它们发出的光频率仍然不一定相同，不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样．课堂·重难探究1．光的干涉(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域是相互间隔的，即出现亮纹和暗纹相间的现象．(2)干涉条件：两列光的频率相同、相位差恒定或两列光振动情况总是相同．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可由同一束光分成两列来获得．杨氏双缝干涉实验2．托马斯·杨的双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图(如图所示)．实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏．(2)单缝屏的作用．获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏．托马斯·杨时期没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光．(3)双缝屏的作用．平行光照射到单缝S上，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．3．双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样(如图所示)若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等．中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．(2)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：①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．杨氏双缝干涉实验例1如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－7m的橙光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹．若使用波长为4×10－7m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是

(

)A．P和P1点处都是亮条纹B．P点处是亮条纹，P1点处是暗条纹C．P点处是暗条纹，P1点处是亮条纹D．P和P1点处都是暗条纹【答案】B

变式1某同学自己动手利用如图所示的器材，观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏．当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹．他移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能是

(

)A．单缝S太窄B．单缝S太宽C．S到S1和S2距离不等D．太阳光不能作光源【答案】B

【解析】本实验中，单缝S应非常窄，才可看作“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽，B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误．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，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．3．在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．1．明暗条纹的判断如图所示，S1、S2是两个狭缝，S1S2＝d，缝到屏的距离为l，l≫d，O是S1S2的中垂线与屏的相交点．决定干涉条纹明暗的条件2．对双缝干涉图样的两点说明(1)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮纹为白色．(2)若利用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等，中央仍为亮纹．决定干涉条纹明暗的条件例2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f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是：单色光f1照射时出现______条纹，单色光f2照射时出现________条纹．【答案】明暗

变式2如图甲所示为研究光的干涉现象的实验装置，狭缝S1、S2的间距d可调，狭缝到屏的距离为L.同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中在屏上得到了图乙所示图样(图中阴影部分表示暗条纹).下列说法正确的是

(

)A．图乙中双缝干涉图样的亮条纹，经过半个周期长的时间后变成暗条纹B．仅减小狭缝S1、S2的间距d，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大C．仅增加L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小D．若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是亮条纹【答案】B双缝干涉图样的特点例3

如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是

(

)A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短【答案】A

【解析】根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由题意可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长更长，故B、C、D错误，A正确．变式3

(多选)在光的双缝干涉现象中，下列描述正确的是

(

)A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的光C．单色光双缝干涉条纹中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D．在双缝干涉现象里，把入射光由波长较长的光换成波长较短的光，相邻两个亮条纹的间距将变窄【答案】AD

【解析】条纹间距与光的波长成正比，故偏离中央亮条纹最远的是波长较长的光，A正确，B错误；双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等宽等间距的，C错误；双缝干涉实验中，波长变短，相邻两亮条纹间距将变窄，D正确．核心素养应用激光陀螺仪激光陀螺，是指利用激光光束的光程差测量物体角位移的装置．例如三角形环状激光器，其中放置激光发生器，产生氦氖激光在三角形三个顶端放置反射镜形成闭合光路，使用分光镜将一束激光分为正反两向传播的两束激光．当物体(激光器)没有角位移时，两束激光没有光程差．如果物体移动产生角位移，两束激光相遇时就会产生干涉，利用光的干涉条纹测出物体的角位移，以此计算出物体的角速度，从而完成机械式陀螺同样的任务．它的精度大大高于机械式陀螺，没有运动部件，易于维护，可靠性高，寿命长，从而取代机械式陀螺，成为大中型飞机惯性基准系统的核心部件，但是它比机械式陀螺的体积大，价格高，因此在小型飞机上使用得较少．例4激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具．激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，我们简化为如图所示模型：由激光器发出的A、B两束激光，经完全对称的两个通道(图中未画出)在光电探测器处相遇，产生干涉条纹．如果整个装置本身具有绕垂直纸面的转轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，此时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度．某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置C处检测出光强经过了“强→弱→强→弱→强”的变化过程．根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是 (

)A．A束激光的频率大于B束激光的频率B．整个装置加速转动过程中，A束激光到达光电探测器的路程逐渐变大C．整个装置加速转动过程中，C处始终没有出现干涉明条纹D．整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了2个波长【答案】D

小练·随堂巩固1．用一束单色光做杨氏双缝干涉实验，经双缝后光照射到光屏上，可观察到的图像是图中的

(

)【答案】D

【解析】光的干涉图像是等间距、明暗相间的条纹，D正确．2．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的

(

)A．传播速度不同

B．强度不同C．振动方向不同

D．频率不同【答案】D

【解析】两侧条纹间距与各色光的波长成正比，不同色光的频率不同、波长不同．这样除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了彩色条纹．3．(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长) (

)A．在距双缝的路程相等的点形成暗条纹B．在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹【答案】BD

4．(多选)关于光的干涉，下列说法中正确的是 (

)A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B．在双缝干涉现象里，入射光波长变大，相邻两个明条纹间距将变宽C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定【答案】BC

【解析】在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；入射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，B正确；两列波产生干涉时，频率必须相同，C正确，D错误．5．关于薄膜干涉，下列说法中正确的是 (

)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，观察者应和光源在液膜的同一侧【答案】D

【解析】当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路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，这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现．当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也可能发生干涉现象，如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的，A、B、C错误；薄