43光的干涉【大单元教学】高二物理（人教版2019选择性）

4.3光的干涉第四单元《光》1物理观念：知道光的干涉条件，能用干涉条件解释薄膜干涉。形成光的波动性认知观念。2科学思维：利用光程差的概念，理解产生明暗条纹的条件和相邻两个亮（暗）条纹中心间距与波长的关系。描述别光的干涉图样。3科学探究：尝试用科学探究的方法研究物理问题：能正确处理数据，测出某频率色光的波长大小。能从多个角度进行实验误差分析。经历测量过程，能分析数据、发现特点，形成结论，解释并交流实践成果。4科学态度与责任：具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。培养将物理实验成果服务社会生产生活的应用意识。核

心

素

养一、驱动问题收集一个完好的废弃光盘，剥掉它的背面广告贴纸层，然后通过胶水做一个滑动的轨道，将盖上中心孔但是漏光的光盘固定在另一端。点亮一个白色的移动小光源，然后按要求视频进行移动操作。你会发现什么有趣的现象？这种魔幻炫彩的动感七色光圈是怎样形成的呢？你能做一个这样的实践操作吗？点击播放视频二、光的双缝干涉

两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔.这种现象叫波的干涉。复习回顾：光是一种电磁波，那么光也应该发生干涉现象，怎样才能观察光的干涉现象呢？二、光的双缝干涉（一）问题与思考光要发生干涉现象需要满足什么条件？频率和振动情况一致相干光源有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？天才的设想巧妙解决了相干光问题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。二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉演示实验：观察光的干涉现象二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉实验现象分析

一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。S1S2**屏幕单色激光束二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉什么时候出现亮条纹，什么时候又出现暗条纹呢？红滤色片单缝S1S2S***屏幕二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉S1S2Pδ=0

由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动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，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。实验现象解读——亮纹P中央亮纹双缝S1S2屏幕二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉实验现象解读——亮纹S1S2P1

λδ=λ

取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ=S1－S2=λ，出现第一条亮纹。P1

第一亮纹双缝S1S2屏幕二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉P2

第二亮纹双缝S1S2屏幕2λ实验现象解读——亮纹P3

第三亮纹双缝S1S2屏幕3λ

屏上P1点的上方还可以找到δ=S1－S2＝4λ的P2点，δ=S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ=S1－S2＝λ的P1/点，δ=S1－S2＝2λ的P2/点，δ=S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉实验现象解读——暗纹Q1

第一暗纹双缝S1S2屏幕λ/2P

中央亮纹S1S2P1

λ/2

取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ=S1－S2＝λ/2，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点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉实验现象解读——暗纹Q2

第二暗纹双缝S1S2屏幕3λ/2Q1

P

中央亮纹

屏上Q1点的上方还可以找到δ=S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。二、光的双缝干涉（二）光的双缝干涉Q2第二暗纹Q

1

第一暗纹Q3第三暗纹Q3/

第三暗纹Q2/

第二暗纹Q1/

第一暗纹δ=5λ/2δ=λ/2δ=3λ/2δ=5λ/2δ=3λ/2δ=λ/2双缝S1S2屏幕P1第一亮纹δ=λP

中央亮纹δ=0P2第二亮纹δ=2λP3/

第三亮纹δ=3λP3第三亮纹δ=3λP2/

第二亮纹δ=2λP1/

第一亮纹δ=λ由此可以得出出现暗条纹的规律是什么？暗纹规律：n=0、1、2、3……光程差是半波长的的奇数倍时出现暗条纹。三、干涉条纹和光的波长之间的关系（一）亮（暗）纹间距的公式推导

如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P。对屏上与P距离为x的一点P1，两缝与P1的距离P1S1＝r1，P1S2＝r2。相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为与波长有什么关系？在线段P1S2上作P1M＝P1S1，则S2M＝r2－r1，有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)

①另：x＝ltanθ≈lsinθ②当两列波的路程差为波长的整数倍，即时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为S1S2P1Pldxr2r1MM三、干涉条纹和光的波长之间的关系（二）干涉条纹和光的波长之间的关系相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为S1S2P1Pld（2）双缝之间的距离d:（3）双缝与屏间的距离l:波长越大，相邻的亮纹间距越大（1）波长λ:d越小，相邻的亮纹间距越大l越大，相邻的亮纹间距越大由此可以得出，相邻明（暗）纹间的距离大小受哪些因素的影响？三、干涉条纹和光的波长之间的关系各色光在真空中的波长光的颜色波长nm光的颜色波长nm红770－620绿580－490橙620－600蓝－靛490－450黄600－580紫450－400（1）相同介质中，不同的光波长不同：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫（2）相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同：Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫2、不同单色光干涉条纹宽度：（二）干涉条纹和光的波长之间的关系同一个装置，不同单色光干涉条纹宽度大小规律是怎样的？三、干涉条纹和光的波长之间的关系（二）干涉条纹和光的波长之间的关系3.白光的干涉图样特点：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？会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。因为白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。四、薄膜干涉演示视频（一）观察与思考四、薄膜干涉（二）薄膜干涉由于重力的作用，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个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。薄膜干涉成因前表面后表面四、薄膜干涉（二）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（三）薄膜干涉的应用1.检查表面的平整程度如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，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。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。(a)(b)(c)单色光标准样板薄片被检测平面四、薄膜干涉（三）薄膜干涉的应用2.增透膜

因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。照相机的增透膜镀层薄膜在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。四、薄膜干涉（三）薄膜干涉的应用3.牛顿环将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。课堂小结光的干涉双缝干涉实验装置：双缝干涉仪干涉条件：频率相同、振动情况相同的光干涉图样：单色光是明暗相间、等间距的条纹明暗条件n=0、1、2、3……明纹：暗纹：n=0、1、2、3……条纹间距：薄膜干涉及应用课堂反馈1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时（）A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹C课堂反馈【答案】C【详解】两列光波发生干涉的条件之一是频率相同，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不同，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹。故选C。课堂反馈2．a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示，则下列叙述正确的是（）A．a光的频率较大 B．b光的频率较小C．a光的波长较大 D．b光的波长较大C课堂反馈课堂反馈D课堂反馈课堂反馈4．利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜。图1中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是（）A．图1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏B．图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变C．在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凸起D．图3中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故B课堂反馈【答案】B【详解】A．当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小