4.4+光的干涉+课件-【知识精讲精研】高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册

第四章光及其应用粤教版选择性必修一第四节光的干涉新课导入这些彩色条纹或图样是怎样形成的？肥皂泡看起来常常是彩色的雨后公路积水，上面漂浮的油膜也经常显现出彩色条纹或图样牛顿微粒说光的本性学说的发展史惠更斯波动说干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象知识回顾机械波的干涉2、产生干涉的条件１、解释干涉现象3、重叠区内一质点振动是加强还是减弱，取决于什么？水波的干涉知识回顾机械波的干涉水波的干涉两列频率相同,振动方向相同,相位差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加)，某些区域的振动始终减弱(波峰与波谷叠加)，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？相干光源（频率和振动情况一致）一、光的双缝干涉现象一、光的双缝干涉现象天才的设想光束单缝双缝红滤色片

(激光)屏幕s0s1s2托马斯·杨杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。巧妙解决了相干光问题一、光的双缝干涉现象1、装置特点：1）双缝到单缝的距离相等2）双缝很近d=0.1mm2、单缝作用：获得线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．3、双缝作用：获得两个频率相同、振动情况完全相同的光源，叫相干光源一、光的双缝干涉现象单缝双缝S1SS2屏杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到光的干涉一、光的双缝干涉现象等间距4、双缝干涉图样特点：中央亮条纹明暗相间单缝双缝S1SS2屏二、对光的双缝干涉现象的解释1.干涉图样的特点:S1S2双缝屏幕P0

中央亮纹由于S1S2到中央亮纹的距离是相等的,又由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，那么，当其中一条光线传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光线传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P0点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，故出现亮纹。光程差δ=S2P0－S1P0=0S1S2P0二、对光的双缝干涉现象的解释第一条亮纹的形成原因分析光程差δ=S2P1－S1P1=λP1

第一亮纹双缝S1S2屏幕S1S2P1

λλδ=λ取P0点上方的点P1，若从S1S2发出的光到P1点的光程差，正好等于一个波长δ=S2P1－S1P1=λ，则当其中一条光线传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P1点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，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。二、对光的双缝干涉现象的解释P2

第二亮纹2λ第二条亮纹的形成原因分析光程差δ=S2P2－S1P2=2λ双缝S1S2屏幕二、对光的双缝干涉现象的解释双缝S1S2屏幕P1第一亮纹δ=λP0

中央亮纹δ=0P2第二亮纹δ=2λP3第三亮纹δ=3λ当光程差δ=kλ

时出现亮纹以此类推光程差δ=S2Pk－S1Pk=kλP3/

第三亮纹δ=-3λP2/

第二亮纹δ=-2λP1/

第一亮纹δ=-λ二、对光的双缝干涉现象的解释当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。2.暗条纹形成的原因取P0点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2光程差δ=S1Q1－S2Q1＝λ/2Q1

第一暗纹

双缝S1S2屏幕光程差δ=S2Q1－S1Q1=𝝀/𝟐二、对光的双缝干涉现象的解释取P0点上方的点Q2，与两个狭缝S1、S2光程差δ=S1－S2＝3λ/2当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光线传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q2点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q2点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。Q1

第一暗纹

双缝S1S2屏幕Q2

第二暗纹光程差δ=S2Q1－S1Q1=3𝝀/𝟐二、对光的双缝干涉现象的解释双缝S1S2屏幕Q1第一暗纹δ=λ/2Q2第二暗纹δ=3λ/2Q3/

第三暗纹δ=-5λ/2Q3第三暗纹δ=5λ/2Q2/

第二暗纹δ=-3λ/2Q1/

第一暗纹δ=-λ/2当光程差δ=(2k+1)λ/2，即半波长奇数倍时，出现暗纹。以此类推光程差δ=S2Qk－S1Qk=(2k+1)λ/2二、对光的双缝干涉现象的解释中央亮条纹明暗相间二、对光的双缝干涉现象的解释（1）空间的某点距离光源S1和S2的光程差为0、λ、2λ、3λ等波长的整数倍（半波长的偶数倍）时，该点为振动加强点。

（2）空间的某点距离光源S1和S2的光程差为λ/2、3λ/2、5λ/2等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点。3.总结规律光程差δ=kλ（k=0，±1，±2，……）光程差δ=（2k+1)λ/2

(k=0，±1，±2，……）暗纹产生明、暗条纹的条件亮纹：光程差δ=kλ（k=0，±1，±2，

……）暗纹：光程差δ=（2k+1)λ/2(k=0，

±

1，

±

2，……）亮纹空气真空三、干涉条纹与光的波长之间的关系双缝S1S2屏幕

条纹间距的含义：相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离叫作条纹间距.影响因素：双缝到屏的距离、双缝间的距离、入射光的波长光的双缝干涉实验中，条纹间距的含义是什么？它可能与哪些因素有关？三、干涉条纹与光的波长之间的关系θ公式推导d：双缝间距l：挡板到屏的距离

单色光波长：λ挡板屏

d：双缝间距l：挡板到屏的距离在线段P1S2上作P1M＝P1

S1由几何知识得r2－r1＝dsinθ

①x＝ltanθ≈lsinθ②消去sinθ

d≪l

条纹间距的公式推导

相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是：

三、干涉条纹与光的波长之间的关系1.由数学知识可得条纹间距公式为

，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长.2.单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.红光干涉条纹蓝光干涉条纹

单色光波长：λ挡板屏

d：双缝间距l：挡板到屏的距离三、干涉条纹与光的波长之间的关系

红光干涉条纹紫光干涉条纹蓝光干涉条纹最大最小

λ增大三、干涉条纹与光的波长之间的关系如果用白光做双缝干涉实验，会得到怎样的干涉条纹？为什么？（1）明暗相间的彩色条纹；（2）中央为白色亮条纹；（3）干涉条纹是以中央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。条纹间距与光波的波长成正比红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小课堂练习1．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课堂练习2．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点为中央亮纹的中心，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点仍然为中央亮条纹的中心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四、薄膜干涉观察到灯焰的像出现了明暗相间的干涉条纹。该条纹是由液膜前后两个面反射的光相互叠加发生干涉形成的。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。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？请解析看到的现象。四、薄膜干涉四、薄膜干涉2.现象解释由于重力的作用，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列光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。前表面后表面四、薄膜干涉光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。白光照射时是彩色条纹四、薄膜干涉薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度利用薄膜干涉检查平面的平整度：如图甲所示，在利用薄膜干涉检查平面的平整度时，在被检查平面与透明样板间垫一个薄片，使其间形成一个楔形的空气薄层。样板下表面工件上表面空气薄膜注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度四、薄膜干涉薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度当用单色光从上面照射时，入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是从反射光中看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，得到的干涉图样必是一组

的直线；如果观察到的干涉条纹不平行，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。平行被测表面有凹下，亮条纹提前出现被测表面有凸起，亮条纹延后出现练习与应用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？3面4面1面2面d1d2lθθ两处光程差为

1=2d1，

2=2d2

2－

1=，所以d2－d1=/2由几何关系可得即结论：当抽去一张纸片时，θ减小，

l增大，即条纹变稀疏。亮纹1亮纹23面4面1面2面四、薄膜干涉薄膜干涉的应用（二）——镜头镀膜

四、薄膜干涉薄膜干涉的应用（二）——镜头镀膜镜头镀膜：在透镜表面涂上一层薄膜，薄膜的前后表面反射的两列光波形成相干光源，相互叠加，(增透膜)：当光程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光相互抵消，反射光的能量几乎为零，透射光增强；(增反膜)：当光程差为半波长的偶数倍时，在两个表面反射的光相互增强，反射光的能量增强，透射光减弱。增透膜的厚度四、薄膜干涉薄膜干涉的应用（二）——镜头镀膜思考

①若增透膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？②若增反膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？四、薄膜干涉薄膜干涉的应用（三）——牛顿环用一个曲率半径很大的凸透