人教版高中物理选择性必修光的干涉

第3节光的干涉核心素养物理观念科学思维1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。2.掌握光的双缝干涉现象的产生，出现亮条纹的位置，出现暗条纹的位置。3.知道产生干涉条纹的条件。掌握杨氏双缝干涉实验及明暗条纹的条件。知识点一光的双缝干涉[观图助学]为什么会出现双缝干涉现象？1.实验原理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。让一束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，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，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到__________的条纹。这种现象证明光是一种____。相同明暗相间波2.干涉图样 (1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的__________的条纹。 (2)若用白光作光源，则干涉条纹是______条纹，且中间条纹是白色的。3.证明了光是一种____。明暗相间彩色波[思考判断](1)两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样的原因是干涉图样太细小看不清楚。()(2)双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光。()(3)只要两列光波的频率相同，在同一区域叠加时就会产生干涉现象。(

)(4)用单色光做双缝干涉实验时在屏幕上出现明暗相间的条纹。(

)××√√1.光产生干涉的条件：两束光的______相同、相位差恒定、振动方向相同。2.相干光源：发出的光能够发生______的两个光源。3.条纹间距公式

相邻亮纹(或暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系：知识点二干涉条纹和光的波长之间的关系频率干涉如图所示，双缝间距d，双缝到屏的距离l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看作直角三角形。有r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)①因为x≈ltanθ≈lsinθ②4.出现明暗条纹的条件(1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的____

(填“奇”或“偶”)数倍时，出现亮条纹。(2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的____

(填“奇”或“偶”)数倍时，出现暗条纹。偶奇[思考判断](1)屏上某处到两缝的间距相等，此处为中央亮条纹。()(2)屏上某处到两缝的间距相差半个波长，此处为暗条纹。(

)(3)中央亮条纹处到两缝的路程差为零，因此不管光的波长为多大，此处总为亮条纹。(

)(4)当双缝间距一定时，屏幕上的条纹宽度与光的颜色没有关系。()(5)白光做双缝干涉实验时，因为不同色光在不同位置加强，故出现彩色条纹。(

)√√√√×知识点三薄膜干涉[观图助学]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。这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验，情况又会怎样？1.薄膜干涉中相干光的获得

光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面______的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的______，恒定的相位差及振动方向。2.薄膜干涉的原理

光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的______差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现____条纹；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱，于是出现____条纹。3.薄膜干涉的应用 (1)用干涉法检查平面的________。 (2)光学仪器上的________。反射频率路程亮暗平整度增透膜[思考判断](1)从液膜上观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧)。()(2)用单色光照射液体薄膜得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹。(

)(3)肥皂液薄膜的干涉条纹基本上是水平的。(

)√√√1801年，英国物理学家托马斯·杨把点光源发出的光通过一狭缝，形成一束光，该束光再通过两个狭缝(如图所示)，他成功地观察到了光的干涉现象。那么：[观察探究]核心要点杨氏双缝干涉实验(1)单缝屏和双缝屏的作用是什么？(2)干涉现象产生的原理是什么？(3)光的干涉现象对认识光的本质有什么意义？提示

(1)①单缝屏的作用：获得一个线光源，有唯一的频率和振动情况。②双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上后，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率、相位和振动方向都相同的相干光。(2)若两列相干光在空间传播时相遇，将在相遇区域发生波的叠加，如果在某些区域加强，而在另一些区域减弱，且加强区域和减弱区域是相互间隔的，这种现象称为光的干涉现象。产生的图样叫作干涉图样。(3)干涉是波的特征，光的干涉现象说明光是一种波。[探究归纳]1.双缝干涉的装置示意图

实验装置如观察探究中图所示，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。3.双缝屏的作用

平行光通过单缝S后，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相同的相干光。4.产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同。实验中可用“一分为二”的方法获得两个相干光源。5.光的干涉原理

光的干涉现象中虽然是波峰与波峰叠加或波谷与波谷叠加出现亮条纹，波峰与波谷叠加出现暗条纹，但仍遵循能量守恒的原则。干涉现象只是光波能量的重新分配，暗条纹处光能量几乎为零，亮条纹处能量较强，存在光能量增强处并不是光的干涉产生的能量，而是按波的传播规律，到达该处的光能量比较集中，而暗条纹处基本没有光能量传到该处。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[试题案例][例1]

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(

)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。选项A正确。答案A方法凝炼光的干涉条件的分析方法(1)生活中任何两个独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉，这是由物体的发光机理决定的，即任何两个独立的光源都不是相干光源，所以杨氏双缝干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源，以便能有相同频率和振动规律。(2)双缝是由同一个狭缝射出的光线照亮的，所以光通过双缝也就成了一对相干光源。光的相干条件中频率相同是光发生干涉的必要条件，要发生干涉，两光源还必须具有相同的振动方向和恒定相位差。(3)通常的问题中对相干光源的条件说法比较含蓄，要注意挖掘。[针对训练1]

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绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮，选项C正确。答案C核心要点双缝干涉图样的特点如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：[观察探究](1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？提示

(1)相等。(2)不一样，条纹的间距不同。[探究归纳]1.单色光的干涉图样：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。一一[试题案例][例2]

如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，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。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短。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。由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此A正确，B、C、D错误。答案A方法凝炼条纹间距是两个相邻的同类条纹中线间的距离，既可以是两相邻亮条纹中线间的距离，也可以是两相邻暗条纹中线间的距离。[针对训练2]

在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是(

)A.用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光B.用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光C.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，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变大解析条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确，B错误；双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等间距的，故C错误；红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变小，故D错误。答案

A核心要点出现亮、暗条纹的条件(1)如果将屏幕远离双缝移动，条纹间距如何变化？(2)改变双缝间的距离，条纹间距如何变化？(3)双缝干涉条纹的间距与哪些因素有关？答案

(1)屏幕离双缝越远，条纹间距越大。(2)双缝间距越大，条纹间距越小。(3)与光波波长、双缝到屏的距离及双缝间距离有关。双缝干涉的示意图：如图所示。[观察探究][探究归纳]1.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。2.亮、暗条纹的判断如图所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差Δr＝r2－r1。 (1)若满足路程差为波长的整数倍，即Δr＝kλ(其中k＝0，1，2，3，…)，则P处出现亮条纹。k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次。[试题案例][例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处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(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仍为亮条纹 B.P为亮条纹，P1为暗条纹 C.P为暗条纹，P1为亮条纹 D.P、P1均为暗条纹答案

B方法凝炼判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值，要记住路程差等于波长整数倍