2017-2018學年高中物理 第十三章 光 第節(jié) 光的干涉教學案 選修-

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精第3節(jié)光_的_干_涉1.英國物理學家托馬斯楊于1801年成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。2雙縫干涉圖樣：單色光明暗相間的條紋。3干涉條件：兩列光的頻率相同,振動方向相同,相位差恒定.4出現(xiàn)明紋與暗紋的條件:兩光源到屏上某點的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋，奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋.一、楊氏干涉實驗1物理史實1801年，英國物理學家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，開始讓人們認識到光的波動性.2雙縫干涉實驗（1）實驗過程：讓一束平行的完全相同的單色光投射到一個有兩條狹縫的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，兩個光源發(fā)出的光

2、在擋板后面的空間互相疊加發(fā)生干涉。（2)實驗現(xiàn)象:在屏上得到明暗相間的條紋。(3）實驗結(jié)論：證明光是一種波。二、光發(fā)生干涉的條件1干涉條件兩列光的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定。2相干光源發(fā)出的光能夠產(chǎn)生干涉的兩個光源.3一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象的原因由于不同光源發(fā)出的光的頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差，故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象。1自主思考-判一判(1）直接用強光照射雙縫，發(fā)生干涉。（)（2）若用白光作光源,干涉條紋是明暗相間的條紋。（）(3）若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋.()（4)在雙縫干涉實驗中單縫屏

3、的作用是為了獲得一個線光源。()(5）雙縫干涉實驗證明光是一種波.()2合作探究議一議(1)兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能否觀察到光的干涉現(xiàn)象？提示：不能。兩只手電筒射出的光束在空間相遇,不滿足光發(fā)生干涉的條件，不能觀察到光的干涉現(xiàn)象。(2）在雙縫干涉實驗中,如果入射光用白光,在兩條狹縫上，一個用紅色濾光片(只允許通過紅光）遮擋，一個用綠色濾光片（只允許通過綠光)遮擋.試想：屏上還有干涉條紋嗎？提示：屏上不會出現(xiàn)干涉條紋,因為雙縫用紅、綠濾光片遮擋后,透過的兩束光頻率不相等，就不是相干光源了,不會再發(fā)生干涉。對楊氏雙縫干涉實驗的理解1雙縫干涉的裝置示意圖實驗裝置如圖13.3。1所示,有光源

4、、單縫、雙縫和光屏。圖13.3.12單縫屏的作用獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況.3雙縫屏的作用平行光照射到單縫s上，又照到雙縫s1、s2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光.4屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件頻率相同的兩列波在同一點引起的振動的疊加,如亮條紋處某點同時參與的兩個振動步調(diào)總是一致，即振動方向總是相同；暗條紋處振動步調(diào)總相反.具體產(chǎn)生亮、暗條紋的條件為:(1)亮條紋的條件：屏上某點p到兩條縫s1和s2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍。即:ps1ps2|k2k(k0，1,2，3）k0時，ps1ps2，此時p點位于屏上的o處,為亮條紋，此處的條

5、紋叫中央亮條紋或零級亮條紋。k為亮條紋的級次。（2)暗條紋的條件：屏上某點p到兩條縫s1和s2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍。即：|ps1ps2|(2k1)(k1，2,3）k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開。典例在雙縫干涉實驗中，光屏上某點p到雙縫s1和s2的路程差為7.5107 m，如果用頻率為6。01014 hz的黃光照射雙縫，試問：（1）該黃光的波長是多少；（2）試通過計算分析p點出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋。解析（1） m5107 m；(2）x7.5107 m，所以是暗條紋.答案(1）5107 m(2)暗條紋雙縫干涉中明暗條紋的判斷方法（1）判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到

6、兩個光源(雙縫）的路程差（光程差）與波長的比值。(2)要記住:路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋等于半波長奇數(shù)倍處為暗條紋。（3）上述結(jié)論成立的條件是：兩個光源情況完全相同。1下列關于雙縫干涉實驗的說法中正確的是（）a單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源b雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源c光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋d在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生解析：選b在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得一個線光源，雙縫的作用是獲得兩個振動情況完全相同的相干光源，故選項a錯誤，b正確；光屏上距兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，選項c

7、錯誤；兩列光波只要相遇就會疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干涉,所以在雙縫與光屏之間的空間也會發(fā)生光的干涉,用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便，故選項d錯誤.2如圖13.32所示是單色光雙縫干涉實驗某一時刻的波形圖，實線表示波峰，虛線表示波谷。在此時刻，介質(zhì)中a點為波峰相疊加點，b點為波谷相疊加點，a、b連線上的c點為某中間狀態(tài)相疊加點，如果把屏分別放在a、b、c三個位置，那么()圖13.3。2aa、b、c三個位置都出現(xiàn)亮條紋bb位置出現(xiàn)暗條紋cc位置出現(xiàn)亮條紋或暗條紋要由其他條件決定d以上結(jié)論都不對解析:選a本題中,a、b、c三點總是振動加強的點屏上對應出現(xiàn)的都是亮條紋。另外，要特別注意波谷與波谷相

8、遇的點(圖中b點)振動也是加強的，不要以為b點是暗的。3。如圖13.3。3所示為雙縫干涉實驗裝置，當使用波長為6107 m的橙色光做實驗時，光屏p點及上方的p1點形成相鄰的亮條紋。若使用波長為4107 m的紫光重復上述實驗，在p和p1點形成的亮、暗條紋的情況是(）圖13。3.3ap和p1都是亮條紋bp是亮條紋，p1是暗條紋cp是暗條紋，p1是亮條紋dp和p1都是暗條紋解析:選b1.5p1點對橙光：rn橙,對紫光:rn橙n紫3n因為p1與p相鄰，所以n1，p1點是暗條紋。對p點，因為r0,所以仍是亮條紋，b正確。雙縫干涉圖樣的特點1單色光的干涉圖樣若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且

9、條紋間距相等.中央為亮條紋，兩相鄰亮條紋(或暗條紋）間距離與光的波長有關，波長越大,條紋間距越大。2白光的干涉圖樣若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的。這是因為：(1)從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復合成白色條紋。(2)兩側(cè)條紋間距與各色光的波長成正比,即紅光的亮條紋間距寬度最大,紫光的亮條紋間距寬度最小,即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋.1關于光的干涉，下列說法中正確的是（)a在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的b在雙縫干涉現(xiàn)象里，入射光波長變短，相鄰兩個

10、亮條紋間距將變寬c只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉d頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定解析：選c在雙縫干涉現(xiàn)象中，相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋間距是相等的。入射光的波長越長，相鄰兩個亮條紋間距越大。兩列波產(chǎn)生干涉時，頻率必須相同。2在光的雙縫干涉現(xiàn)象里，下列描述正確的是(）a用白光做光的干涉實驗時，偏離中央亮條紋較遠的是波長較長的紅光b用白光做光的干涉實驗時,偏離中央亮條紋較遠的是波長較短的紫光c相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的d在雙縫干涉現(xiàn)象里，把入射光由紅光換成紫光,相鄰兩個亮條紋間距將變寬解析：選a條紋間距與光的波長成正比，在可見光中,紅光波長最長，紫光波長最短,故偏

11、離中央亮條紋最遠的是紅光，a正確、b錯誤。雙縫干涉現(xiàn)象中，相鄰兩亮條紋或兩暗條紋是等寬間距的，故c錯誤。紅光的波長比紫光的波長大，所以換成紫光后，相鄰兩亮條紋間距將變窄,故d錯誤。3(多選)a光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖13。3。4甲所示，若只將a光換成b光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示.則下述說法正確的是()圖1334aa光的頻率較大bb光的頻率較大ca光的波長較大 db光的波長較大解析:選bc同樣的雙縫干涉裝置，干涉條紋間距只與入射光的波長有關,波長越長,條紋間距越大,對于題圖可知,a光的波長大于b光的波長，由c可知,b光的頻率大于a光的頻率,故b、c正確，a、d錯誤

12、.1（多選）對兩列光波在空中疊加,以下說法中正確的是（）a不同的色光有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象b不同的色光不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象c光的強度不同有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象d光的強度不同不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象解析：選bc兩列光波疊加是否發(fā)生干涉現(xiàn)象關鍵看兩列光波是否是相干光，即是否滿足頻率相同、相位差恒定的條件，不同的色光頻率不同，所以不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故b項正確；光的強度不同，但仍有可能滿足相干條件，也就是有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故選項c正確,d錯誤。2.某同學利用如圖1所示實驗觀察光的干涉現(xiàn)象，其中a為單縫屏，b為雙縫屏，c為光屏.當他讓一束陽光照射a屏時，c屏上并沒有出現(xiàn)干涉條紋,他移走b后，c上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實

13、驗失敗的原因可能是()圖1a單縫s太窄b單縫s太寬cs到s1和s2距離不相等d陽光不能作光源解析：選b雙縫干涉中單縫的作用是獲得線光源，而線光源可以看做是由許多個點光源沿一條線排列組成的,這里觀察不到光的干涉現(xiàn)象是由于單縫太寬，得不到線光源。故選項b正確。3（多選)楊氏雙縫干涉實驗中，下列說法正確的是（n為自然數(shù)，為光波波長)（）a在距雙縫的光程差相等的點形成暗條紋b在距雙縫的光程差為n的點形成明條紋c在距雙縫的光程差為n的點形成明條紋d在距雙縫的光程差為的點形成暗條紋解析：選bd在雙縫干涉實驗中,當某處距雙縫距離之差為波長的整數(shù)倍時，即n，n0、1、2、3這點為加強點，該處出現(xiàn)明條紋；當距離

14、之差為半波長的奇數(shù)倍時，即(2n1），n0、1、2、3這點為減弱點，該處出現(xiàn)暗條紋。b、d正確。4在雙縫干涉實驗中，光屏上p點到雙縫s1、s2的距離之差s10。75 m,光屏上q點到雙縫s1、s2的距離之差s21.5 m.若用頻率6.01014 hz的黃光照射雙縫，則(）ap點出現(xiàn)亮條紋，q點出現(xiàn)暗條紋bp點出現(xiàn)暗條紋，q點出現(xiàn)亮條紋c兩點均出現(xiàn)亮條紋d兩點均出現(xiàn)暗條紋解析：選b由光的頻率6。01014 hz，知光的波長5107 m.p點到雙縫s1、s2的距離之差s10.75 m7.5107 m1。5。q點到雙縫s1、s2的距離之差s21.5 m15107 m3，因此，p點出現(xiàn)暗條紋，q點出現(xiàn)

15、亮條紋,本題的正確答案是選項b.5。楊氏干涉實驗證明光的確是一種波。一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個光源，它們發(fā)出的光波滿足干涉的必要條件,即兩列光的_相同.如圖2所示,在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實線表示波峰,虛線表示波谷，如果放置光屏，在_(選填“a”“b”或“c”)點會出現(xiàn)暗條紋。圖2解析:當一束光投射到兩條相距很近的狹縫上，狹縫成了兩個光源，兩列光的頻率、相位、振動方向相同。a、b兩點是振動加強點，出現(xiàn)亮條紋，c點是波峰與波谷的疊加，為振動減弱點，出現(xiàn)暗條紋。答案：頻率c6.如圖3所示，用頻率為f的單色光（激光）垂直照射雙縫，在光屏的p點出現(xiàn)第3條暗條紋,已知光速為

16、c,則p到雙縫s1、s2的距離之差r1r2|應為（）圖3a.b。c。 d。解析:選d出現(xiàn)暗條紋,說明s1、s2到p點距離之差為（2n1)，而，所以|r1r2，因此d是正確的。7.如圖4所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30107 m，屏上p點距雙縫s1和s2的路程差為7.95107 m.則在這里出現(xiàn)的應是_(選填“明條紋或“暗條紋”）。現(xiàn)改用波長為6。30107 m的激光進行上述實驗,保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將_（選填“變寬”“變窄”或“不變”）。圖4解析：根據(jù)路程差x3，故路程差是半波長的奇數(shù)倍，是暗條紋。改用波長為6.30107 m的激光，則波長變大，條紋間距變寬。答案:暗條紋變寬8在雙縫干涉實