高中物理 13.2《光的干涉》課件(新人教版 選修3-4)

1、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(guò)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(shuō)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(guò)程. 4.知道不同色光的頻率不同，掌握波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系. 5.通過(guò)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(guò)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(guò)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

2、、德育目標(biāo)三、德育目標(biāo) 通過(guò)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(guò)機(jī)械波干涉現(xiàn)象的復(fù)習(xí)，過(guò)渡到光波的疊加，進(jìn)而提出問(wèn)題，引發(fā)思考，在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上通過(guò)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(guò)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：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

3、波？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？210,1,2,rrkk，21210,1,2,2rrkk，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(shuō)了兩大對(duì)立學(xué)說(shuō)牛牛頓頓惠惠更更斯斯微粒說(shuō)微粒說(shuō)波動(dòng)說(shuō)波動(dòng)說(shuō)1919世紀(jì)初證明了世紀(jì)初證明了波動(dòng)說(shuō)的正確性波動(dòng)說(shuō)的正確性由于波動(dòng)說(shuō)沒(méi)有由于波動(dòng)說(shuō)沒(méi)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(shuō)一直占上風(fēng)粒說(shuō)一直占上風(fēng)愛(ài)因斯坦在愛(ài)因斯坦在2020世紀(jì)世紀(jì)初提出了光子說(shuō)初提出了光子說(shuō)麥克斯韋麥克斯韋電磁說(shuō)電磁說(shuō)光的波粒二象性光的波粒二象性第二節(jié)光的干涉托馬斯

4、托馬斯楊楊177318291801年，英國(guó)物理學(xué)年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯家托馬斯楊在實(shí)驗(yàn)楊在實(shí)驗(yàn)室里成功的觀察到室里成功的觀察到了光的干涉現(xiàn)象了光的干涉現(xiàn)象二、光的干涉二、光的干涉單色光單色光屏屏S1S2雙縫雙縫探究探究1：光是一種波：光是一種波 單色激光束單色激光束屏屏等間距等間距雙縫干涉圖樣雙縫干涉圖樣圖樣有何特征？圖樣有何特征？S1S2亮條紋的中心線亮條紋的中心線亮條紋的中心線亮條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線雙縫雙縫中央亮條紋中央亮條紋明暗相間明暗相間S1S2S* 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)

5、驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)，概括實(shí)概括實(shí)現(xiàn)象，現(xiàn)象，并說(shuō)明并說(shuō)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)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。210,1,2,rrkk，明條紋21210,1,2,2rrkk，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

6、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）與哪些因素有關(guān)度）與哪些因素有關(guān)? 提出問(wèn)題：提出問(wèn)題：S1S2S*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(zhǎng)為設(shè)單色光的波長(zhǎng)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

7、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，12rr 2dxdLdLkx2) 1 2(條紋中心的位置條紋中心的位置：dLkx明紋明紋暗紋暗紋 , 2 , 1 , 0 k1、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dLx （指相鄰明紋與明紋之間或暗紋與暗紋之間）（指相鄰明

8、紋與明紋之間或暗紋與暗紋之間）dLkx2) 1 2(條紋中心的位置條紋中心的位置：dLkx明紋明紋暗紋暗紋 , 2 , 1 , 0 k四、單色光的雙縫間距或?qū)挾扰c波長(zhǎng)的關(guān)系：四、單色光的雙縫間距或?qū)挾扰c波長(zhǎng)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(shuō)說(shuō)你的思考？說(shuō)說(shuō)你的思考？各色光在真空中的波長(zhǎng)各色光在真空中的波長(zhǎng)光的光的顏色顏色波長(zhǎng)波長(zhǎng)nm光的光的顏色顏色波長(zhǎng)波長(zhǎng)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(zhǎng)最波長(zhǎng)最大大，紫光波長(zhǎng)最紫光波長(zhǎng)最小小xLd五、光的波長(zhǎng)的測(cè)定：五、光的波長(zhǎng)

9、的測(cè)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相同。波長(zhǎng)和頻率的乘積等于波速：波長(zhǎng)和頻率的乘積等于波速：v=f，波長(zhǎng)波長(zhǎng)越長(zhǎng)頻率越小，波長(zhǎng)越短頻率越大。越長(zhǎng)頻率越小，波長(zhǎng)越短頻率越大。光的光的顏色顏色波長(zhǎng)波長(zhǎng)(nm)頻率頻率 f(1014Hz)光的光的顏色顏色波長(zhǎng)波長(zhǎng)(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4504006.77.51nm=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

10、距（距（x）由大到小由大到小真空中的波真空中的波長(zhǎng)（長(zhǎng)（ ）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)陔p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(shuō)明用白光做楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)分析說(shuō)明用白光做楊

11、氏雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，中央亮紋的邊緣是什么顏色？時(shí)，中央亮紋的邊緣是什么顏色？ 拓展拓展3 3、分析說(shuō)明用白光做楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)分析說(shuō)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(lái)常常是彩色的，雨后公路肥皂泡看起來(lái)常常是彩色的，雨后公路積水上面漂浮的油膜，看起來(lái)也是彩色的。這些積水上面漂浮的油膜，看起來(lái)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

12、紋明暗相間條紋）相干光的來(lái)源：相干光的來(lái)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2dk2212dk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(zhǎng)的光反射后白光照射在同一厚度某一波長(zhǎng)的光反射后增強(qiáng)，另一波長(zhǎng)的光反射后減弱，所以出現(xiàn)彩增強(qiáng)，另一波長(zhǎng)的光反射后減弱，所以出現(xiàn)彩色條紋色條紋例例1

13、、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(shuō)法正確的是生干涉條紋的說(shuō)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(lèi)似的條紋在左側(cè)也能觀察到類(lèi)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是豎直的觀察到的條紋可能是水平的也可能是豎直的薄

14、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(zhǎng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)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)面上的反射光，光程差恰好等于半波長(zhǎng)，因而相互抵消，達(dá)到程差恰好等于

15、半波長(zhǎng)，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(lái)確定增透膜的厚度？那么，怎樣來(lái)確定增透膜的厚度？ 因?yàn)槿说囊曈X(jué)最敏感的色光為綠光，所以因?yàn)槿说囊曈X(jué)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(zhǎng)增透膜中波長(zhǎng)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

16、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(guò)棱鏡以后被分解為紅、橙、黃、白光透過(guò)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(lái)決定。紅光頻率最小，）光的顏色由頻率來(lái)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)

17、中傳播時(shí)光速發(fā)生變化，波長(zhǎng)）光在介質(zhì)中傳播時(shí)光速發(fā)生變化，波長(zhǎng)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(zhǎng)短；不同色光在同一介質(zhì)中，頻率高光速小，波長(zhǎng)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(zhǎng)短的折射率大，光速小，波長(zhǎng)短（03全國(guó)）一束單色光從空氣射入玻璃中，全國(guó)）一束單色光從空氣射入玻璃中，則其則其 A頻率不變，波長(zhǎng)變長(zhǎng)頻率不變，波長(zhǎng)變長(zhǎng) B 頻率變大，頻率變大，彼長(zhǎng)不變彼長(zhǎng)不變C 頻率不變，波長(zhǎng)變短頻率不變，波長(zhǎng)變短 D 頻率變小，頻率變小，波長(zhǎng)不變波長(zhǎng)不變（0404全國(guó)春季）全國(guó)春季）對(duì)于單色光，玻璃的折射率比水大，則

18、此光在玻璃中傳播時(shí)（ ）A、其速度比在水中的大，其波長(zhǎng)比在水中的長(zhǎng)B、其速度比在水中的大，其波長(zhǎng)比在水中的短C C、其速度比在水中的小，其波長(zhǎng)比在水中的短D、其速度比在水中的小，其波長(zhǎng)比在水中的長(zhǎng)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(shuō)法中正確的是說(shuō)法中正確的是( )( )A.A.頻率為原來(lái)的頻率為原來(lái)的n n倍，波長(zhǎng)為原來(lái)的倍，波長(zhǎng)為原來(lái)的1/n1/nB.B.波長(zhǎng)為原來(lái)的波長(zhǎng)為原來(lái)的n n倍，波速為原來(lái)的倍，波速為原來(lái)的n n倍倍C.C.頻率為原來(lái)的頻率為原來(lái)的n n倍，波長(zhǎng)為原來(lái)的倍，波長(zhǎng)為原來(lái)的n n倍倍D.D.頻率為原來(lái)的頻率為原來(lái)的1/n1/n，波長(zhǎng)為原來(lái)的，波長(zhǎng)為原來(lái)的n n倍倍B一束白光從頂角為一束白光從