第1节 光的干涉

第5章

光的干涉、衍射和偏振第1节光的干涉

一、光的干涉及其产生条件1．填一填(1)双缝干涉：将一束激光照射到

上，光通过双缝后照射到光屏上，可观察到屏上出现

。(2)干涉条件：两列光波必须具有相同的

和

。(3)光的干涉说明光具有

的特性。双缝明暗相间的条纹频率振动方向波2．判一判(1)直接用强光照射双缝，发生干涉。

()(2)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。

()(3)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。

()××√3．想一想(1)为什么使用双缝才能观察到光的干涉现象？(2)两支手电筒射出的光在空间相遇，能否观察到光的干涉现象？

提示：(1)因为利用双缝获得的两列光是同一光源发出的具有相同的频率和振动方向，符合干涉条件，才能观察到干涉现象。 (2)不能。两只手电筒射出的光束在空间相遇，不满足光发生干涉的条件，不能观察到光的干涉现象。整数倍±nλ亮条纹奇数倍暗条纹波长双缝间距离双缝到光屏nl2．判一判(1)两列光波的路程差为半波长的整数倍时为暗条纹。

()(2)双缝间距越大，条纹间距越大。

()(3)波长越长，条纹间距越大。

()××√3．选一选在杨氏双缝干涉实验中，如果

(

)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．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D．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解析：用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对；λ变小，Δy变小，C错；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错。答案：B

三、薄膜干涉及其应用1．填一填(1)定义

由薄膜两个面

的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。(2)应用

①检查平面的

。

②作为光学镜头上的

。2．判一判(1)白光照射肥皂液膜，由于干涉现象会形成彩色条纹。

()(2)肥皂膜上的干涉条纹是竖直排列的。

()(3)应用薄膜干涉可以检查平面的平整程度。

()反射平整程度增透膜√×√3．选一选

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，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是(

)

解析：薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平的，故选项D正确。

答案：D探究(一)

探究双缝干涉现象[问题驱动]如图所示是双缝干涉实验的示意图。(1)单缝的作用是什么？(2)双缝的作用是什么？提示：(1)用同一极小部分光源产生的光形成点光源，最大限度地保证光的相干性。(2)平行光照射到单缝S上后，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。

在双缝干涉实验中，用频率ν＝5×1014Hz的单色光照射双缝，若屏上P点到双缝距离之差为0.9μm，则P点将出现________条纹。若将整个装置放入折射率n＝2的介质中进行上述实验，则P点将出现________条纹。双缝干涉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：路程差等于波长整数倍处出现亮条纹；等于半波长奇数倍处为暗条纹。(3)上述结论成立的条件是：两个光源情况完全相同。(多选)双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点出现距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光的波长，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况正确的是

(

)A．在O点出现红光的亮条纹B．红光的第一条亮条纹出现在P点的上方C．在O点不出现蓝光的亮条纹D．蓝光的第一条亮条纹出现在P点的上方[解析]

由于O点到双缝的光程差为零，所以在O点出现各种单色光的亮条纹，在P点出现绿光的第一条亮条纹，因为λ红>λ绿>λ蓝，所以红光条纹间距大于绿光条纹间距，绿光条纹间距大于蓝光条纹间距，A、B正确，C、D错误。[答案]

AB[素养训练]1. 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．撤去双缝 B．将绿光换为蓝光C．将绿光换为红光

D．将绿光换为紫光解析：撤去双缝不能获得干涉图样，为使条纹间距更大，应将绿光换为波长更长的红光，故C正确。答案：C

2．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3. 双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是(

)探究(二)

薄膜干涉的原理和应用[问题驱动]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。如图所示，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？提示：像上出现明暗相间的条纹。

[重难释解]1．薄膜干涉的成因如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后相互削弱，则出现暗条纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。(2)用干涉法检查平面：如图甲所示，被检查平面

B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。(多选)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，观察到的现象有如图所示的条纹中的P和Q情况，这说明

(

)A．N的上表面A处向上凸起B．N的上表面B处向上凸起C．N的上表面A处向下凹陷D．N的上表面B处向下凹陷[素养训练]1.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，所用的单色光是用普通光加滤光片产生的。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：薄膜干涉是透明介质形成厚度与光波波长相近的薄膜的两个面反射的光叠加而产生的。垫上薄片，a的下表面和b的上表面反射的光波相遇而发生干涉。答案：C2．为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相互抵消，求所涂的这种增透膜的最小厚度。一、培养创新意识和创新思维1．(选自人教版新教材课后练习)在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7m，如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹。2. 劈尖干涉是一种薄膜干涉，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，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？二、注重学以致用和思维建模1．矿井中的瓦斯对人危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉的原理设计了一个监测仪，在双缝前面放置两个完全相同的透明容器