人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案1：4 3 光的干涉

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE14.3光的干涉〖学习目标〗1．了解光的干涉现象，了解光的干涉产生的条件。2．知道决定干涉条纹间距的条件，认识出现亮条纹和暗条纹的位置特点。3．了解薄膜干涉及其成因。4．知道光的干涉在生产、生活中的应用。〖知识梳理〗知识点1双缝干涉实验1．物理史实1801年，英国物理学家__________成功地观察到了光的干涉现象。2．实验示意图如图所示3．实验过程如图，让一束平行的_______投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距_______，两条狭缝就产生两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是_______，两波源发出的光在挡板后面的空间互相_______，发生干涉现象。4．实验现象在屏上得到__________的条纹。5．实验结论证明光是一种______。知识点2干涉条纹和光的波长之间的关系1．亮条纹的条件屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半个波长的_________。2．暗条纹的条件屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半个波长的_________。3．干涉图样中条纹间距的计算在双缝间的距离d和双缝到光屏间的距离l不变的条件下，单色光产生的干涉条纹间距Δx(相邻两条亮条纹中心或相邻两条暗条纹中心间的距离)跟光的波长λ成______，即Δx＝_______。知识点3薄膜干涉1．薄膜干涉中的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面_______的光是由同一个光波分解而成的，它们具有相同的_______、恒定的相位差及振动方向。2．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的______不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现____条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现____条纹。〖课堂探究〗一、对光的双缝干涉实验的理解思考1：如图所示，用单色光照射双狭缝，在后面的屏上得到明暗相间的干涉条纹，:为什么会出现双缝干涉现象？1．双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。2．单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。3．双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，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。4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：①亮条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3…)k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的中心O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮纹。②暗条纹的条件：屏上某点到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1－PS2|＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3…)〖典例精析〗例1如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－7m的橙光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4×10－7m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是()A．P和P1点处都是亮条纹 B．P点处是亮条纹，P1点处是暗条纹C．P点处是暗条纹，P1点处是亮条纹 D．P和P1点处都是暗条纹二、双缝干涉图样的特点思考2：如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？1．干涉条纹间距Δx与波长λ的关系(1)关系式：Δx＝eq\f(l,d)λ式中l是指屏和双缝之间的距离，d是指两缝之间的距离。(2)同一干涉装置中，条纹间距Δx与λ成正比。(3)c＝λf，频率越高的光波长越短。白光的各种色光波长从长到短依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。2．单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。3．白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。这是因为(1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮纹间宽度最大。紫光亮纹间宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。例2如图(甲)所示为双缝干涉实验的装置示意图，(乙)图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，(丙)图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是()A．(丙)图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．(丙)图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．(丙)图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．(丙)图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短三、薄膜干涉及其应用思考3：观察薄膜干涉现象时，要在有光照的一侧观察还是在无光照的一侧观察？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使下面厚、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，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹。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．薄膜干涉的应用(1)等倾法检查平面平整度如图所示，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，入射光从空气膜的上、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，那里空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲。(2)光学镜头上的增透膜光学镜头表面常常镀一层透光的膜称为增透膜。因增透膜的厚度为入射光在薄膜中波长的eq\f(1,4)，从介质膜前后两个面反射的光的路程差为eq\f(λ,2)，所以两列光波相互削弱，使反射光的强度大大降低，透射光的强度得到加强。特别提醒：对“增透”的理解：如果用宏观的思维方式来理解，两束反射光相互抵消，并没有增加透射光的强度，因此，此过程只是“消反”，却不能“增透”。其实光的干涉将引起整个光强分布的改变，但总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强。增透膜正是通过“消反”来确保“增透”的。例3(多选)把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入(如图)，这时可以看到亮暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是()A．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏B．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动〖课堂达标〗1．某同学自己动手利用如图所示的器材，观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因，最大的可能是()A．单缝S太窄 B．单缝S太宽C．S到S1和S2距离不等 D．太阳光不能作光源2．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是()A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源3．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，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像应是图中的()4．教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为()A．两盏灯亮度不同 B．灯光的波长太短C．两灯光的振动频率不同 D．电灯发出的光不稳定

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖知识梳理〗知识点1托马斯·杨单色光很近相同的叠加明暗相间波知识点2偶数倍奇数倍正比eq\f(l,d)λ知识点3反射频率路程差亮暗〖课堂探究〗思考1：两条狭缝相当于两个频率、振动方向相同，相位差恒定的光源，满足干涉条件。例1〖答案〗B〖解析〗从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2的距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此P点是中央亮条纹，因而，无论入射光是什么颜色，波长多长，P点处都是亮条纹。由题意可知分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一倍波长，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙，当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600nm＝eq\f(3,2)λ紫，则两列光波到P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光在P1点相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹。故选B。思考2：(1)相等(2)不一样例2〖答案〗A〖解析〗根据双缝干涉图样的特点,入射光的波长越长,同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大,由题意可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长,因此B、C、D错,A对。思考3：在有光照的一侧，因为薄膜干涉是前后两个面的反射光叠加后发生的干涉。例3〖答案〗AC〖解析〗A对，B错：从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现干涉条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的。当将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；若将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏。C对，D错：将上玻璃板平行上移，导致满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此条纹向着劈尖移动。〖课堂达标〗1．〖答案〗B〖解析〗本实验中，单缝S应非常窄，才可看作“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽，故B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误。2．〖答案〗B〖解析〗通过观察发现，图乙中干涉条纹的宽度比甲图中的大，根据干涉条纹宽度有：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此可以使缝屏距l变大，双缝间距d减小，或换用波长较长即