第3节 光的干涉

第3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、光的双缝干涉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：狭缝S1和狭缝S2相当于两个频率、相位和振动方向相同的波源，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。狭缝明暗相间偶数整数奇数削弱二、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)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。(2)检测精密的光学平面的_______。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______________________________________________。干涉平滑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。3．光的干涉条件(1)两列光的频率相同；(2)两列光的振动方向相同；(3)两列光的相位差恒定或相位总相同。[答案]

暗条纹变宽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)要记住光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。

/方法技巧/[针对训练]1．(2022·扬州高二检测)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：B2.(2023·江苏高考)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的

(

)3．在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，

P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400nm的

光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600nm的光实验时，P处将呈现

(

)A．第2条亮条纹 B．第3条亮条纹C．第2条暗条纹 D．第3条暗条纹答案：A

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：来自皂膜前、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。

2．竖放肥皂液膜的干涉现象(1)白光照射图样是彩色的

如图所示，竖直放置的肥皂液膜，因重

力的作用，上面薄、下面厚，由于不同颜色的光的波长不同，

从前、后两个表面反射的光，在不同的位置被加强，换句话说，

不同颜色的光对应亮条纹的位置不同，不能完全重合，因此看起来是彩色的。(2)条纹是水平方向的因为在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，从前、后两表面反射的光的路程差均相同，如果此时两反射光互相加强，则此高度水平方向各处均加强，因此，明暗相间的干涉条纹应为水平方向的。(3)观察薄膜干涉，应从光源这一侧观察。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]

(2021·浙江6月选考)(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．(2021·江苏高考)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．劈尖干涉是一种薄膜干涉，装置如图所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，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所示。干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在如图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．消失解析：撤去一张纸片后，劈形空气薄膜的劈势(即倾斜程度)减缓，相同水平距离上，劈势厚度变化减小，以致干涉时路程差变化减小，条纹变宽，干涉条纹变疏，故A正确。答案：A3．(2023·山东高考)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是

(

)A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动解析：因为C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G膨胀得更明显，导致劈形空气层的厚度变大，空气层上相同厚度的位置将左移，对应该厚度的干涉条纹也相应左移，故A正确。答案：A

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。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．(2021·山东等级考)

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

(

)答案：D

2．(2021·湖北高考)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光

组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和

反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在

屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M