13.2《光的干涉》

1、高中物理新人教版 選修- 4系列課件 13.2光的干涉 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo) 1.通過實(shí)驗(yàn)觀察認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說 明光是一種波. 2.掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋， 何處出現(xiàn)暗條紋. 3.掌握明條紋（或暗條紋）間距的計(jì)算公式及推導(dǎo)過程. 4.知道不同色光的頻率不同，掌握波長、波速、頻率的關(guān)系. 5.通過實(shí)驗(yàn)初步認(rèn)識(shí)薄膜干涉現(xiàn)象，了解其應(yīng)用. 二、能力目標(biāo)二、能力目標(biāo) 1.通過了解楊氏把一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的一束光分成兩束，理解 相干光源的設(shè)計(jì)思想. 2.通過根據(jù)波動(dòng)理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學(xué)生比較推 理，探究知識(shí)的能力. 3.在認(rèn)真觀

2、察實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)抽象思維能力的培養(yǎng). 三、德育目標(biāo)三、德育目標(biāo) 通過對(duì)光的本性的初步認(rèn)識(shí)，建立辯證唯物主義的 世界觀. 教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 雙縫干涉圖象的形成實(shí)驗(yàn)及分析 教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 1.亮紋（或暗紋）位置的確定. 2.亮紋（或暗紋）間距公式的推導(dǎo). 教學(xué)方法教學(xué)方法 通過機(jī)械波干涉現(xiàn)象的復(fù)習(xí)，過渡到光波的疊加， 進(jìn)而提出問題，引發(fā)思考，在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上通 過探究現(xiàn)象成因，總結(jié)規(guī)律，完成本節(jié)課的教學(xué)目 標(biāo)，最后通過對(duì)薄膜干涉成因的分析達(dá)到拓展應(yīng)用， 提高能力的目的. 1、兩列機(jī)械波（如聲波、水波）發(fā)、兩列機(jī)械波（如聲波、水波）發(fā) 生干涉的條件是什么？生干涉的條件是什么？ 復(fù)習(xí)回顧：

3、復(fù)習(xí)回顧： 2、如何獲得兩列相干的機(jī)械波？、如何獲得兩列相干的機(jī)械波？ （以水波為例以水波為例） 3、兩列波干涉時(shí)，振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)和、兩列波干涉時(shí)，振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)和 振動(dòng)最弱的點(diǎn)條件是什么？振動(dòng)最弱的點(diǎn)條件是什么？ 21 0,1,2,rrkk， 21 210,1,2, 2 rrkk ， 光到底是什么？ 1717世紀(jì)明確形成世紀(jì)明確形成 了兩大對(duì)立學(xué)說了兩大對(duì)立學(xué)說 牛牛 頓頓 惠惠 更更 斯斯 微粒說微粒說波動(dòng)說波動(dòng)說 1919世紀(jì)初證明了世紀(jì)初證明了 波動(dòng)說的正確性波動(dòng)說的正確性 由于波動(dòng)說沒有由于波動(dòng)說沒有 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛 頓的威望使得微頓的威望使得微 粒說一直占上風(fēng)粒說一直占上

4、風(fēng) 愛因斯坦在愛因斯坦在2020世紀(jì)世紀(jì) 初提出了光子說初提出了光子說 麥克斯韋麥克斯韋 電磁說電磁說 光的波粒二象性光的波粒二象性 第二節(jié) 光的干涉 分波面法小結(jié) S1 S2 S* * * 二、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)二、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn) 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 像屏像屏 雙縫雙縫 屏屏 觀察觀察 實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)， 概括實(shí)概括實(shí) 現(xiàn)象，現(xiàn)象， 并說明并說明 出這種出這種 現(xiàn)象的現(xiàn)象的 原因？原因？ 三、單色光的雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：三、單色光的雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 1、等寬度、等間距的明暗條紋。、等寬度、等間距的明暗條紋。 2、波峰與波峰波峰與波峰、波谷與波谷波谷與波谷疊加疊加 的區(qū)域振動(dòng)最強(qiáng)，即出現(xiàn)的區(qū)域振動(dòng)

5、最強(qiáng)，即出現(xiàn)明條紋明條紋。 波峰與波谷波峰與波谷疊加的區(qū)域振動(dòng)最弱，疊加的區(qū)域振動(dòng)最弱， 即出現(xiàn)即出現(xiàn)暗條紋暗條紋。 21 0,1,2,rrkk，明條紋 21 210,1,2, 2 rrkk ，暗條紋 思考：若用綠光在同樣的裝思考：若用綠光在同樣的裝 置中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，會(huì)得置中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，會(huì)得 到什么圖樣呢？到什么圖樣呢？ 不同單色光的雙縫圖樣干涉比較不同單色光的雙縫圖樣干涉比較 紅光紅光 藍(lán)光藍(lán)光 從兩張照片中可以看出：紅光的從兩張照片中可以看出：紅光的 條紋間距（寬度）比綠光大，那么，條紋間距（寬度）比綠光大，那么， 不同單色光的干涉條紋的間距（寬不同單色光的干涉條紋的間距（寬 度）

6、與哪些因素有關(guān)度）與哪些因素有關(guān)? 提出問題：提出問題： S1 S2 S* * * P 思考思考1：下圖中下圖中P點(diǎn)為明條紋還是暗條紋？點(diǎn)為明條紋還是暗條紋？ P1 思考思考2：設(shè)單色光的波長為設(shè)單色光的波長為，若，若P1為靠近為靠近 中央最近的明條紋，則：中央最近的明條紋，則：P1S2P1S1=？ Q1 思考思考3：若若Q1為為PP1的中點(diǎn)，則的中點(diǎn)，則Q1是明條紋是明條紋 還是暗條紋？還是暗條紋？ Q1S2Q1S1=？ Q2 由于l遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于d， l遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于x， 12 rr 2 d x dL d L kx 2 ) 1 2( 條紋中心的位置條紋中心的位置： d L kx明紋明紋 暗紋暗紋 ,

7、2 , 1 , 0 k 1、條紋間距的含義：相鄰的亮紋或暗紋、條紋間距的含義：相鄰的亮紋或暗紋 之間的距離總是相等的，相鄰的亮紋和亮之間的距離總是相等的，相鄰的亮紋和亮 紋之間的距離或暗紋和暗紋之間的距離叫紋之間的距離或暗紋和暗紋之間的距離叫 做條紋間距。做條紋間距。 2、單色光的相干的特征：等寬度等間、單色光的相干的特征：等寬度等間 距的明暗條紋距的明暗條紋 d L x （指相鄰明紋與明紋之間或暗紋與暗紋之間）（指相鄰明紋與明紋之間或暗紋與暗紋之間） d L kx 2 ) 1 2( 條紋中心的位置條紋中心的位置： d L kx明紋明紋 暗紋暗紋 , 2 , 1 , 0 k 四、單色光的雙縫間

8、距或?qū)挾扰c波長的關(guān)系：四、單色光的雙縫間距或?qū)挾扰c波長的關(guān)系： 觀察不同單觀察不同單 色光的雙縫干色光的雙縫干 涉條紋的情況，涉條紋的情況， 說說你的思考？說說你的思考？ 各色光在真空中的波長各色光在真空中的波長 光的光的 顏色顏色 波長波長 nm 光的光的 顏色顏色 波長波長 nm 紅紅770620綠綠580490 橙橙620600藍(lán)藍(lán) 靛靛 490450 黃黃600580紫紫450400 紅光紅光波長最波長最大大， 紫光波長最紫光波長最小小 x L d 五、光的波長的測定：五、光的波長的測定： 五、進(jìn)一步研究：五、進(jìn)一步研究： 不同的色光在真空中的傳播速度相同。不同的色光在真空中的傳播速度

9、相同。 波長和頻率的乘積等于波速：波長和頻率的乘積等于波速：v=f，波長波長 越長頻率越小，波長越短頻率越大。越長頻率越小，波長越短頻率越大。 光的光的 顏色顏色 波長波長(nm) 頻率頻率 f (1014Hz) 光的光的 顏色顏色 波長波長(nm) 頻率頻率 f (1014Hz) 紅紅7706203.94.8綠綠5804905.26.1 橙橙 6206004.85.0藍(lán)靛藍(lán)靛4904506.16.7 黃黃 6005805.05.2 紫紫 4504006.77.5 1nm=10-9m 特征量特征量紅光紅光紫光紫光 干涉條紋間干涉條紋間 距（距（x） 由大到小由大到小 真空中的波真空中的波 長（

10、長（ ） 由大到小由大到小 頻率（頻率（）由小到大由小到大 七種單色光的綜合性質(zhì)對(duì)比一覽表七種單色光的綜合性質(zhì)對(duì)比一覽表 思考思考4 ：七種單色光在同一種裝置中的雙七種單色光在同一種裝置中的雙 縫干涉條紋間距是從大到小的。但它們?cè)诳p干涉條紋間距是從大到小的。但它們?cè)?雙縫正對(duì)的像屏的中央雙縫正對(duì)的像屏的中央P處附近均為亮條紋處附近均為亮條紋 還是暗條紋？還是暗條紋？ 拓展拓展1、若用白光在同樣的裝置中做雙縫若用白光在同樣的裝置中做雙縫 干涉實(shí)驗(yàn)，其干涉圖樣是什么條紋？干涉實(shí)驗(yàn)，其干涉圖樣是什么條紋？ 拓展拓展2 2、分析說明用白光做楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)分析說明用白光做楊氏雙縫實(shí)驗(yàn) 時(shí)，中央亮紋的邊緣是

11、什么顏色？時(shí)，中央亮紋的邊緣是什么顏色？ 拓展拓展3 3、分析說明用白光做楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)分析說明用白光做楊氏雙縫實(shí)驗(yàn) 時(shí)，離中央最近的一條亮紋是什么顏色？時(shí)，離中央最近的一條亮紋是什么顏色？ 紅紅 紫紫 白光白光 藍(lán)光藍(lán)光 紅光紅光 單色光的合成單色光的合成 六、白光的雙縫干涉：六、白光的雙縫干涉： 中央明條紋中央明條紋 七、薄膜干七、薄膜干 涉涉 思考：思考：肥皂泡看起來常常是彩色的，雨后公路肥皂泡看起來常常是彩色的，雨后公路 積水上面漂浮的油膜，看起來也是彩色的。這些積水上面漂浮的油膜，看起來也是彩色的。這些 現(xiàn)象是這樣形成的？現(xiàn)象是這樣形成的？ 1 1）現(xiàn)象：）現(xiàn)象：水平水平 明暗相間條紋

12、明暗相間條紋 ）相干光的來源：相干光的來源： 肥皂薄膜前肥皂薄膜前表面反射光波表面反射光波 與與后表面反射后表面反射 光波光波相互相互 疊加產(chǎn)生干涉疊加產(chǎn)生干涉 在薄膜的厚度為在薄膜的厚度為d處，前后表面反射光處，前后表面反射光 的光程差為的光程差為d，則，則 2dk 221 2 dk 當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)暗條紋當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)暗條紋 當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)亮條紋當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)亮條紋 如果薄膜厚度均勻變化，用如果薄膜厚度均勻變化，用單色光照射條單色光照射條 紋間距相等紋間距相等 用用白光照射在同一厚度某一波長的光反射后白光照射在同一厚度某一波長的光反射后 增強(qiáng)，另一波長的光反射后減弱，所以出現(xiàn)彩增強(qiáng)，另一波長的光反射后減弱，

13、所以出現(xiàn)彩 色條紋色條紋 例例1、如圖、如圖4-4所示，豎直的肥皂液膜的橫截面，所示，豎直的肥皂液膜的橫截面， 右側(cè)受到一束平行光的照射，關(guān)于肥皂液膜產(chǎn)右側(cè)受到一束平行光的照射，關(guān)于肥皂液膜產(chǎn) 生干涉條紋的說法正確的是生干涉條紋的說法正確的是() A.在右側(cè)觀察到的干涉條紋是由光線在肥皂液在右側(cè)觀察到的干涉條紋是由光線在肥皂液 薄膜左右兩個(gè)表面反射的兩列波迭加生成的薄膜左右兩個(gè)表面反射的兩列波迭加生成的 B.在左側(cè)也能觀察到類似的條紋在左側(cè)也能觀察到類似的條紋 C.觀察到的條紋可能是黑白相間的也可能是色觀察到的條紋可能是黑白相間的也可能是色 彩相間的彩相間的 D.觀察到的條紋可能是水平的也可能

14、是豎直的觀察到的條紋可能是水平的也可能是豎直的 薄膜干涉的應(yīng)用薄膜干涉的應(yīng)用a.a.干涉法檢查平面干涉法檢查平面 原理：在被檢平面與透明樣板間墊一個(gè)薄片，使其間原理：在被檢平面與透明樣板間墊一個(gè)薄片，使其間 形成一個(gè)楔形的空氣薄層當(dāng)用單色光從上面照射時(shí)，形成一個(gè)楔形的空氣薄層當(dāng)用單色光從上面照射時(shí)， 入射光從空氣層的上、下表面反射出兩列光波，于是入射光從空氣層的上、下表面反射出兩列光波，于是 從反射光中看到干涉條紋從反射光中看到干涉條紋 b.b.增透膜增透膜 原理：原理：當(dāng)當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長 的的時(shí)時(shí)，在薄膜的兩個(gè)面上的反射光，光，在薄膜的兩個(gè)面上的

15、反射光，光 程差恰好等于半波長，因而相互抵消，達(dá)到程差恰好等于半波長，因而相互抵消，達(dá)到 減小反射光，增大透射光的作用減小反射光，增大透射光的作用 思考：思考：增透膜能否將所有反射光都抵消增透膜能否將所有反射光都抵消 思考：思考：那么，怎樣來確定增透膜的厚度？那么，怎樣來確定增透膜的厚度？ 因?yàn)槿说囊曈X最敏感的色光為綠光，所以因?yàn)槿说囊曈X最敏感的色光為綠光，所以增透膜的增透膜的 厚度為綠光在厚度為綠光在增透膜中波長增透膜中波長的的1/4。以增大綠光的。以增大綠光的 透射強(qiáng)度。透射強(qiáng)度。 因?yàn)榧t光與紫光反射強(qiáng)度大，所以因?yàn)榧t光與紫光反射強(qiáng)度大，所以照相機(jī)的鏡頭照相機(jī)的鏡頭 常呈淡紫色或藍(lán)色常呈淡

16、紫色或藍(lán)色 照相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡照相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡 牛 頓 環(huán) 干涉圖樣：中央疏干涉圖樣：中央疏 邊沿密的同心圓環(huán)邊沿密的同心圓環(huán) 光的色散光的色散 色散色散白光透過棱鏡以后被分解為紅、橙、黃、白光透過棱鏡以后被分解為紅、橙、黃、 綠、藍(lán)、靛、紫氣種顏色的光綠、藍(lán)、靛、紫氣種顏色的光 （1）光的顏色由頻率來決定。紅光頻率最小，）光的顏色由頻率來決定。紅光頻率最小， 紫光頻率最大；在不同的介質(zhì)中，光的頻率不變紫光頻率最大；在不同的介質(zhì)中，光的頻率不變 （2）不同頻率的光在真空中的傳播速度相同，）不同頻率的光在真空中的傳播速度相同， 但在介質(zhì)中不同但在介質(zhì)中不同 （3）同一介質(zhì)對(duì)不同光的折射率不同，一般）同

17、一介質(zhì)對(duì)不同光的折射率不同，一般 有有“頻率越高，折射率越大頻率越高，折射率越大” （4）光在介質(zhì)中傳播時(shí)光速發(fā)生變化，波長）光在介質(zhì)中傳播時(shí)光速發(fā)生變化，波長 也發(fā)生變化：同一色光在不同介質(zhì)中，折射率大的也發(fā)生變化：同一色光在不同介質(zhì)中，折射率大的 光速小，波長短；不同色光在同一介質(zhì)中，頻率高光速小，波長短；不同色光在同一介質(zhì)中，頻率高 的折射率大，光速小，波長短的折射率大，光速小，波長短 （03全國）一束單色光從空氣射入玻璃中，全國）一束單色光從空氣射入玻璃中， 則其則其 A頻率不變，波長變長頻率不變，波長變長 B 頻率變大，頻率變大， 彼長不變彼長不變 C 頻率不變，波長變短頻率不變，波

18、長變短 D 頻率變小，頻率變小， 波長不變波長不變 （0404全國春季）全國春季）對(duì)于單色光，玻璃的折射 率比水大，則此光在玻璃中傳播時(shí)（ ） A、其速度比在水中的大，其波長比在水中 的長 B、其速度比在水中的大，其波長比在水中 的短 C C、其速度比在水中的小，其波長比在水中 的短 D、其速度比在水中的小，其波長比在水中 的長 紫光由折射率為紫光由折射率為n n的棱鏡進(jìn)入空氣，則下列的棱鏡進(jìn)入空氣，則下列 說法中正確的是說法中正確的是( )( ) A.A.頻率為原來的頻率為原來的n n倍，波長為原來的倍，波長為原來的1/n1/n B.B.波長為原來的波長為原來的n n倍，波速為原來的倍，波速為原來的n n倍倍 C.C.頻率為原來的頻率為原來的n n倍，波長為原來的倍，波長為原來的n n倍倍 D.D.頻率為原來的頻率為原來的1/n1/n，波長為原來的，波長為原來的n n倍倍 B 一束白光從頂角為的三棱鏡的一側(cè)，