物理人教版（2023）选择性必修第一册4.3光的干涉（共31张ppt）

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1、干涉的条件

(1)两波源的频率相同。

(3)振动方向相同。

(2)相位差恒定。

振动加强点的位置

振动减弱点的位置

2、加强点和减弱点的判断

复习回顾

第四章光

3、光的干涉

CONTENTS

01

02

干涉条纹和波长之间的关系

03

04

目录

典型例题

光的双缝干涉

了解薄膜干涉

1.光要发生干涉现象需要满足什么条件？

2.该怎样获得相干光呢？

频率相同，振动方向相同，相位差恒定

思考：怎样才能观察到光的干涉现象呢？

光到底是波还是粒子，人们对此进行了很长时间的争论

人们知道，干涉是波特有的性质，只要是波都可以发生干涉

托马斯·杨

英国物理学家托马斯-杨，首次利用双缝实验得到了光的干涉图样

颜色相同

同一束光

一、光的双缝干涉

1801年托马斯·杨寻找到的相干光源

(1)单缝作用：获得一束线光源，使光源有唯一频率(单色光)和振动情况，也可用激光直接照射双缝。

(2)双缝作用：把一束光分成两列频率相同、相位差恒定、振动方向相同的相干光。双缝间距为0.1mm。

光束

单缝

双缝

红滤色片

(激光)

屏幕

s0

s1

s2

2023年杨氏双缝实验被评为历史上十大最美丽实验之一。

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。

双缝干涉的示意图

实验结论：证明光是一种波

1.实验现象：屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样

2.干涉图样的特点：

等间距、

上都为亮条纹

明暗相间、

讨论1：为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？

红滤色片

单缝

S

1

S

2

S

*

*

*

屏幕

实验现象解读

亮条纹为波峰与波峰（波谷与波谷）相遇，即振动加强点

暗条纹为波峰波谷相遇，即振动减弱点

双缝

S1

S2

屏幕

P1第一亮纹Δr=λ

P上都亮纹Δr=0

P2第二亮纹Δr=2λ

P3/第三亮纹Δr=3λ

P3第三亮纹Δr=3λ

P3/第二亮纹Δr=2λ

P3/第一亮纹Δr=λ

Q2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

Δr=5λ/2

Δr=λ/2

Δr=3λ/2

Δr=5λ/2

Δr=3λ/2

Δr=λ/2

讨论2：亮纹和暗纹依次出现满足什么规律呢？

振动加强点条件：（亮条纹）

振动减弱点条件：

（暗条纹）

P

上都亮纹

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，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，这一条亮纹叫上都亮纹。

双缝

S1

S2

屏幕

讨论3：上都P处为什么一定是亮纹

3．如图所示，用频率为f的单色光（激光）垂直照射双缝，在光屏的P点出现第2条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为（）

B

二、干涉条纹和光的波长之间的关系

双缝

S1

S2

屏幕

什么是干涉条纹的间距(条纹宽度)

△x

△x

条纹间距的含义：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。

我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。

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。

S1

S2

P1

P

l

d

x

r2

r1

M

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dl，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：

相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：

（2）双缝之间的距离d:

（3）双缝与屏间的距离l:

S1

S2

P1

P

l

波长越大，相邻的亮纹间距越大

（1）波长λ:

d越小，相邻的亮纹间距越大

L越大，相邻的亮纹间距越大

d

1、双缝干涉亮（暗）纹间距的公式

（2）不同颜色的光频率不同：f红λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫

（3）相同双缝干涉装置，不同颜色的光条纹间距不同: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：

3.白光的干涉图样特点：

（1）明暗相间的彩色条纹；

（2）上都为白色亮条纹；

（3）干涉条纹是以上都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。

一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除上都白色条纹外，两侧还有彩色条纹，是因为（）

A．各色光的波长不同，因而各色光产生的干涉条纹间距不同

B．各色光的速度不同，造成条纹间距不同

C．各色光的强度不同

D．各色光通过双缝的距离不同

【正确答案】A

4．用同一双缝干涉实验装置在真空中做红光和紫光的双缝干涉实验，获得甲、乙两种干涉条纹，如图所示，则下列说法正确的是（）

A．甲为紫光，乙为红光

B．甲光在水中的传播速率大于乙光在水中的传播速率

C．在同一种介质中，甲光的折射率大，乙光的折射率小

D．在同一种介质中，甲光的全反射临界角小，乙光的全反射临界角大

B

7．如图是杨氏双缝干涉实验示意图，其中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为上都亮纹的中心，P1为第一级亮纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则（）

A．屏上干涉条纹的间距将变小

B．屏上O点仍然为上都亮条纹的中心

C．屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心

D．屏上P1位置可能为暗条纹的中心

BD

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

光程差为波长的整数倍，两列波叠加加强形成亮条纹。

光程差为半波长的奇数倍，两列波叠加减弱，形成暗条纹。

三、薄膜干涉

=n

亮纹：

暗纹：

思考：我们应该在哪一侧观察薄膜干涉？是在光源一侧？还是在无光源一侧？

观察方向：是在光源一侧，观察反射光

薄膜干涉条纹应是水平方向

注意：λ是光在介质中的波长

薄膜干涉的光程差：

(d为薄膜厚度)

白光照射时是彩色条纹

薄膜（劈尖）干涉的条纹间距

d1

d2

l

θ

θ

两处光程差为1=2d1，2=2d2

2－1=，所以d2－d1=/2

结论：劈尖的θ角越小，l越大，即条纹越稀疏。

亮纹1

亮纹2

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

如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的，如图甲、乙；如果观察到的干涉条纹如图丙，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10-6cm。

甲

乙

丙

被检测平面

薄片

标准样板

单色光

提前凹陷，延后凸起

如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图所示条纹中的P和Q情况，这说明（）

A．此操作利用了光的反射原理

B．N的上表面B处向上凸起

C．若出现两条连续的直线干涉条纹，则说明两条连续的

干涉条纹所对应的空气薄膜厚度相等

D．干涉条纹是由M下表面的入射光线和N的上表面的反射光线干涉形成的

【正确答案】B

增透膜

薄膜厚度

在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长。它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。

增透膜厚度：

应用二：照相机的增透膜

由于人眼对绿色最敏感，所以一般增透膜增强的是绿光

将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。

空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。

应用三：牛顿环