第4节 光的干涉

第4节光的干涉核心素养导学物理观念掌握光的干涉的条件，知道双缝干涉、薄膜干涉。科学思维理解干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点。科学探究通过实验观察双缝干涉和薄膜干涉。一、双缝干涉1．实验装置(注：屏在挡板右侧，没有画出)2．实验过程：在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光束照射金属挡板上的两条平行的_____，在后面的屏上观察光的干涉情况。3．实验现象：在屏上得到_________的条纹。4．现象解释：红色激光束垂直射到两条狭缝S1和S2时，狭缝S1和狭缝S2相当于两个完全相同的光源，当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的______倍时(即恰好等于波长的_____倍时)，两列光波在这点相互加强，出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的______倍时，两列光波在这点相互______，出现暗条纹。狭缝明暗相间整数偶数奇数削弱二、薄膜干涉1．定义：薄膜前后两个面反射的光相互叠加而发生的______现象。2．应用(1)检测精密的光学平面的__________。(2)光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，用以增加光的透射或者反射。1.如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图，则(1)单缝的作用是为了____________________________________。(2)双缝的作用是_____________________________________________。干涉平整程度获得具有单一频率和振动情况的线光源为了获得两束频率相同振动情况完全一致的相干光2．如图为某单色光通过双缝在屏上产生的干涉图样，试结合该实验判断下列说法是否正确：(1)光的干涉现象说明光是一种波。

()(2)如果两列光波到达某点时，路程差为波长的整数倍，这两列波互相加强，

在那里就出现亮条纹。

()(3)光的干涉现象中，亮条纹是光波振动加强的区域。

()(4)光波的波长λ越大，相邻两条纹间的距离越小。

()(5)在干涉条纹中，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是相等的。

()√√√×√3.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上就会观察到干涉图样。(1)观察者应该位于P的左侧还是右侧？(2)观察者观察到的干涉条纹是竖直的还是水平的？提示：(1)观察者应该位于P的右侧进行观察。(2)干涉条纹是水平的。[重点释解]1．双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样：①中央为亮条纹；②明暗相间的条纹，且相邻条纹间距相等；③波长越大，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距越大。(2)白光的干涉图样：①中央条纹为白色；②其余为彩色条纹。2．原理：频率相同的两列光叠加时，某些区域的光相互加强，出现亮条纹；某些区域的光相互减弱，出现暗条纹，且加强区与减弱区相互间隔，即亮、暗条纹相互间隔。[典例体验][典例]如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，用波长为5.30×10－7m的激光，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7m，则在这里出现的应是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10－7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。[答案]

暗条纹变宽/方法技巧/双缝干涉实验中明暗条纹的判断方法(1)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(光程差)与波长的比值。(2)要记住路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹。(3)还要注意这一结论成立的条件是两个光源情况完全相同。

[针对训练]1．(2022·郑州高二检测)如图是双缝干涉实验装置示意图，使用波

长为600nm的橙色光照射时，在光屏中心P点出现亮条纹，位

于P点上方的P1点到S1、S2的路程差恰为600nm。现改用波长

为400nm的紫色光照射，则

(

)A．P和P1处都出现亮条纹B．P处为亮条纹，P1处为暗条纹C．P处为暗条纹，P1处为亮条纹D．P处和P1处都是暗条纹答案：B

2．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观

察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(

)A．增大S1与S2的间距B．减小双缝到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光答案：C新知学习(二)|薄膜干涉的理解和应用[任务驱动]如图所示，一铁丝环中有肥皂液膜，当日光照射肥皂液膜时会出现彩色条纹。请分析原因。提示：来自肥皂液膜前、后表面的反射光发生干涉出现条纹，由于肥皂液膜上面薄、下面厚，不同颜色的光波长不同，因此发生干涉的明暗条纹的位置不同，出现的条纹为彩色条纹。

3．用干涉法检查平面平整度如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中

P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示。[典例体验][典例]

(多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是

(

)A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°[解析]

肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，肥皂膜从形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，D错误。[答案]

AB[针对训练]1．铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是

(

)解析：薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在入射光为复色光时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，由于干涉条纹的间距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度变化越来越大，故C正确，A、B、D错误。答案：C

2．(2023·攀枝花高二检测)如图所示是用干涉法检查某块

厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用

普通光通过滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的

(

)A．a的上表面和b的下表面B．a的上表面和b的上表面C．a的下表面和b的上表面D．a的下表面和b的下表面解析：干涉法的原理是利用单色光的薄膜干涉，这里的薄膜指的是样板与待测玻璃板之间的空气层。在空气层的上表面和下表面分别反射的光会发生干涉，观察干涉后形成的条纹是否为平行直线，可以判断厚玻璃板的上表面是否平整。因此选项C是正确的。答案：C

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——三种干涉条纹的比较1．(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)同一实验装置，用不同的色光来做双缝干涉实验，所产生的干涉条纹是不同的。下图是由三种色光产生的干涉条纹，请比较它们有什么异同，并说明原因。

科学探究——光的干涉条件的探究2．(选自粤教版新教材“观察与思考”)如图所示，将一支激光笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了什么？如果将两支同样的激光笔射向屏上的同一个地方，又观察到了什么现象？提示：(1)用一支激光笔照射在双缝上，在光屏上会观察到明暗相间的条纹。(2)将两支同样的激光笔射向屏的同一个地方，只看到一片亮斑，看不到明暗相间的条纹。

科学态度与责任——增反膜3．(选自粤教版新教材课后练习)登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力，有人想利用薄膜干涉的原理设计一种“增反膜”，以减小紫外线对眼睛的伤害，他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014Hz。(1)他设计的这种“增反膜”所依据的是什么原理？(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？答案：(1)见解析(2)1.23×10－7m二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间

的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，

可能正确的是