高中物理选修3-4《光的干涉》

光

是什么—17世纪的两种学说牛顿的微粒说惠更斯的波动说对光本性的认识，人类经历了十分漫长的过程，牛顿认识光是一种粒子流，与牛顿同时代的惠更斯则认为光是波，他开创了光的波动论。第一页第二页，共41页。

•假如你认为光是波，准备通过哪些物理现象来证明呢？第二页第三页，共41页。假设光真的是一种波我们必然能看到波特有的现象第三页第四页，共41页。1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到了光的干涉现象．对光本性的认识，人类经历了十分漫长的过程，牛顿认识光是一种粒子流，与牛顿同时代的惠更斯则认为光是波，他开创了光的波动论。第四页第五页，共41页。用一束平行的红色激光束照射有两条狭缝（也称双缝）S1和S2的档板（S1和S2相距0.1m），观察挡板后面与档板平行的屏幕上所出现的条纹。观察思考？一、双缝干涉第五页第六页，共41页。单色光屏S1S2双缝探究1：光是一种波

第六页第七页，共41页。单色激光束屏等间距双缝干涉图样图样有何特征？S1S2亮条纹的中心线亮条纹的中心线暗条纹的中心线暗条纹的中心线双缝中央亮条纹明暗相间第七页第八页，共41页。亮条纹亮条纹λ探究2：出现明暗相间条纹的条件S1S2第八页第九页，共41页。第九页第十页，共41页。亮条纹出现亮条纹的条件（n=0，1，2，3…）第十页第十一页，共41页。暗条纹探究2：出现明暗相间条纹的条件S1S2λ/2第十一页第十二页，共41页。第十二页第十三页，共41页。亮条纹暗条纹出现亮条纹和暗条纹的条件（n=0，1，2，3…）（n=0，1，2，3…）第十三页第十四页，共41页。光的干涉双缝干涉激光束双缝屏屏上看到明暗相间的条纹结论:光是一种波第十四页第十五页，共41页。观察思考？1、改变光屏到双缝的距离L，观察干涉条纹的间距有何变化？2、改变双缝的间距d，观察干涉条纹的间距有何变化？3、分别用红光和紫光照射双缝，观察干涉条纹的间距有什么不同？想一想，双缝干部涉条纹的间距可能与哪些因素有关？第十五页第十六页，共41页。第十六页第十七页，共41页。白光＋干涉图样分析红光蓝光亮暗相间彩色条纹…………第十七页第十八页，共41页。结论：1、改变光屏到双缝的距离L，观察干涉条纹的间距有何变化？2、改变双缝的间距d，观察干涉条纹的间距有何变化？3、分别用红光和紫光照射双缝，观察干涉条纹的间距有什么不同？想一想，双缝干部涉条纹的间距可能与哪些因素有关？随双缝的间距d增大而减小随光屏到双缝的距离L增大而增大红光波长长干涉条纹的间距大第十八页第十九页，共41页。用一根吸管蘸一点肥皂溶液，可以吹出一串肥皂泡，每个肥皂泡都呈现出五颜六色，你能解释这个现象吗？二、薄膜干涉第十九页第二十页，共41页。第二十页第二十一页，共41页。产生原因是当肥皂膜竖直放置，由于重力作用，膜上薄下厚。光照射到肥皂膜上，经前后膜两次反射，又叠加在一起，后膜反射光的路程比前膜反射多2倍膜厚。若膜厚度2倍等于波长整数倍，两列光波加强，呈现明纹。若某种膜厚度2倍等于半个波长奇数倍，此处两处两列波互相减弱，出现暗纹。膜厚度变化是连续的，就了现明暗相间条纹。薄膜干涉：产生原因第二十一页第二十二页，共41页。光的干涉现象在技术中的应用用干涉法检查各种镜面的平整程度。如果被测平面是平的，干涉条纹就是一组平行的。如果干涉条纹发生弯曲，就表明被测表面不平的。第二十二页第二十三页，共41页。第二十三页第二十四页，共41页。增透膜第二十四页第二十五页，共41页。b.增透膜

原理：当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的１∕４时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光，增大透射光的作用思考６：增透膜能否将所有反射光都抵消思考７：那么，怎样来确定增透膜的厚度？

第二十五页第二十六页，共41页。因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的厚度为绿光在增透膜中波长的1/4。以增大绿光的透射强度。因为红光与紫光反射强度大，所以照相机的镜头常呈淡紫色或蓝色照相机和望远镜第二十六页第二十七页，共41页。【例1】关于光的干涉，下列说法正确的是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.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹D.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹A、C第二十七页第二十八页，共41页。【标准解答】选A、C.两列波产生干涉时，频率必须相同，否则不可能产生干涉现象，而不是干涉不稳定，故A正确、B错.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹；若该路程差是光半波长的奇数倍时出现暗条纹（注意是半波长而不是波长），故C正确、D错.第二十八页第二十九页，共41页。【变式训练】（2010·南京高二检测）下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(

)A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D.在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生B第二十九页第三十页，共41页。【解析】选B.在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，使光源有惟一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误、B正确.在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹，选项C错误.两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误.第三十页第三十一页，共41页。【例2】（2010·福州高二检测）关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是（）A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D.照射单缝的单色光的波长越短，光屏上出现的条纹宽度越宽B第三十一页第三十二页，共41页。【自主解答】选B.用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，故A错.用红光作光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，故B正确.红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，故C错.单色光的波长越短，光屏上出现的条纹越窄，故D错.第三十二页第三十三页，共41页。【典例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,若分别用频率为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A.单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B.单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C.单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D.单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹第三十三页第三十四页，共41页。【自主解答】选C.单色光f1的波长λ1==m=0.6×10-6m=0.6μm，单色光f2的波长λ2=m=0.4×10-6m=0.4μm，因P点到双缝的距离之差Δx=0.6μm=λ1,所以用f1照射时P点出现亮条纹.Δx=0.6μm=λ2,所以用f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确.【思路点拨】判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值.第三十四页第三十五页，共41页。【例3】关于光在竖直肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下列说法中正确的是（）A.干涉条纹的产生是由于光在薄膜前后两表面发生反射，形成的两列光波叠加的结果B.若出现明暗相间的条纹相互平行，说明肥皂膜的厚度是均匀的C.用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射间距小D.薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的A、C第三十五页第三十六页，共41页。【典例2】如图所示,劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图(a)所示.将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图(b)所示.现若在图(a)装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹（）A.变疏B.变密C.不变D.消失A第三十六页第三十七页，共41页。【标准解答】选A、C.要想产生干涉现象，必须有两列相干光源.在肥皂膜干涉中，薄膜前后两表面反射的光正好是两个相干光源，它们相互叠加形成干涉条纹，所以选项A正确.肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均匀的，并且厚度均匀的薄膜是不会出现干涉条纹的（若厚度相同，路程差处处相等，两列波叠加后，若是加强，处处光线加强，若是减弱，处处光线减弱，不会出现明暗相间条纹），所以选项B错误.第三十七页第三十八页，共41页。波长越短的光波，对同一装置，干涉条纹越窄.绿光的波长小于黄光的波长，所以绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射的间距小.选项C正确.出现亮、暗条纹的位置与薄膜厚度有关，对于某位置，若光线叠加后加强，则与此等厚度的位置反射光线叠加都加强，从而形成亮条纹.对暗条纹也