高中物理選修3-4《光的干涉》講課教案

1、高中物理選修3-4光的干涉 假如你認為光是波，準假如你認為光是波，準備通過哪些物理現(xiàn)象來證備通過哪些物理現(xiàn)象來證明呢？明呢？假設假設光真的是一種波光真的是一種波我們必然能看到波特有的現(xiàn)象我們必然能看到波特有的現(xiàn)象1801年，英國物理學家年，英國物理學家托馬斯托馬斯楊在實驗室里楊在實驗室里成功的觀察到了光的干成功的觀察到了光的干涉現(xiàn)象涉現(xiàn)象對光本性的認識，人類經(jīng)對光本性的認識，人類經(jīng)歷了十分漫長的過程，牛歷了十分漫長的過程，牛頓認識光是一種粒子流，頓認識光是一種粒子流，與牛頓同時代的惠更斯則與牛頓同時代的惠更斯則認為光是波，他開創(chuàng)了光認為光是波，他開創(chuàng)了光的波動論。的波動論。用一束平行的紅色激用

2、一束平行的紅色激光束照射有兩條狹縫光束照射有兩條狹縫（也稱雙縫）（也稱雙縫）S1和和S2的檔板的檔板（S1和和S2相距相距0.1m），），觀察擋板后觀察擋板后面與檔板平行的屏幕面與檔板平行的屏幕上所出現(xiàn)的條紋。上所出現(xiàn)的條紋。觀察思考？觀察思考？一、一、雙縫干涉雙縫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亮條紋亮條

3、紋亮條紋亮條紋探究探究2： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件出現(xiàn)明暗相間條紋的條件S1S2亮條紋亮條紋出現(xiàn)亮條紋的條件出現(xiàn)亮條紋的條件22ns（ n=0，1，2，3）暗條紋暗條紋探究探究2： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件出現(xiàn)明暗相間條紋的條件S1S2/2亮條紋亮條紋暗條紋暗條紋出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件22ns212ns（ n=0，1，2，3）（ n=0，1，2，3）光的干涉光的干涉雙縫干涉激光束雙縫屏屏上看到明暗相間的條紋屏上看到明暗相間的條紋結(jié)論結(jié)論:光是一種波光是一種波觀察思考？觀察思考？1 1、改變光屏到雙縫的距離、改變光屏到雙縫的距離L L，觀察干涉條紋的間，觀察干涉條紋的間距

4、有何變化？距有何變化？2 2、改變雙縫的間距、改變雙縫的間距d d，觀察干涉條紋的間距有何，觀察干涉條紋的間距有何變化？變化？3 3、分別用紅光和紫光照射雙縫，觀察干涉條紋、分別用紅光和紫光照射雙縫，觀察干涉條紋的間距有什么不同？的間距有什么不同？想一想，雙縫干部涉條紋的間距可能與哪些因素想一想，雙縫干部涉條紋的間距可能與哪些因素有關？有關？白光干涉圖樣分析干涉圖樣分析紅光700nm紅藍光470nm蘭亮暗相間彩色條紋亮暗相間彩色條紋=LXd結(jié)論：結(jié)論：1 1、改變光屏到雙縫的距離、改變光屏到雙縫的距離L L，觀察干涉條紋的間，觀察干涉條紋的間距有何變化？距有何變化？2 2、改變雙縫的間距、改變

5、雙縫的間距d d，觀察干涉條紋的間距有何，觀察干涉條紋的間距有何變化？變化？3 3、分別用紅光和紫光照射雙縫，觀察干涉條紋、分別用紅光和紫光照射雙縫，觀察干涉條紋的間距有什么不同？的間距有什么不同？想一想，雙縫干部涉條紋的間距可能與哪些因素想一想，雙縫干部涉條紋的間距可能與哪些因素有關？有關？隨隨雙縫的間距雙縫的間距d增大而減小增大而減小隨隨光屏到雙縫的距離光屏到雙縫的距離L增大而增大增大而增大紅光波長長干涉條紋的間距大紅光波長長干涉條紋的間距大用一根吸管蘸一點肥皂用一根吸管蘸一點肥皂溶液，可以吹出一串肥溶液，可以吹出一串肥皂泡，每個肥皂泡都呈皂泡，每個肥皂泡都呈現(xiàn)出現(xiàn)出五五顏顏六六色色，你能

6、，你能解釋這個現(xiàn)象嗎？解釋這個現(xiàn)象嗎？二、薄膜干涉二、薄膜干涉產(chǎn)生原因是當肥皂膜豎直放置產(chǎn)生原因是當肥皂膜豎直放置，由于重力作用，膜上薄下厚，由于重力作用，膜上薄下厚。光照射到肥皂膜上，經(jīng)前后。光照射到肥皂膜上，經(jīng)前后膜兩次反射，又疊加在一起，膜兩次反射，又疊加在一起，后膜反射光的路程比前膜反射后膜反射光的路程比前膜反射多多2倍膜厚。若膜厚度倍膜厚。若膜厚度2倍等于倍等于波長整數(shù)倍，兩列光波加強，波長整數(shù)倍，兩列光波加強，呈現(xiàn)明紋。若某種膜厚度呈現(xiàn)明紋。若某種膜厚度2倍等倍等于半個波長奇數(shù)倍，此處兩處于半個波長奇數(shù)倍，此處兩處兩列波互相減弱，出現(xiàn)暗紋。兩列波互相減弱，出現(xiàn)暗紋。膜厚度變化是連續(xù)

7、的，就了現(xiàn)膜厚度變化是連續(xù)的，就了現(xiàn)明暗相間條紋。明暗相間條紋。薄膜干涉：產(chǎn)生原因薄膜干涉：產(chǎn)生原因光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中的應用光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中的應用用干涉法檢查各種用干涉法檢查各種鏡面的平整程度。鏡面的平整程度。如果被測平面是平如果被測平面是平的，干涉條紋就是的，干涉條紋就是一組平行的。如果一組平行的。如果干涉條紋發(fā)生彎曲，干涉條紋發(fā)生彎曲，就表明被測表面不就表明被測表面不平的。平的。增增透透膜膜b.b.增透膜增透膜 原理：原理：當當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時，在薄膜的兩個面上的反射光，光，在薄膜的兩個面上的反射光，光程差恰好等于半波長，因而相互抵

8、消，達到程差恰好等于半波長，因而相互抵消，達到減小反射光，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？ 因為人的視覺最敏感的色光為綠光，所以因為人的視覺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度。透射強度。因為紅光與紫光反射強度大，所以因為紅光與紫光反射強度大，所以照相機的鏡頭照相機的鏡頭常呈淡紫色或藍色常呈淡紫色或藍色照相機和望遠鏡照相機和望遠鏡【例【例1 1】

9、關于光的干涉，下列說法正確的是】關于光的干涉，下列說法正確的是A.A.只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉B.B.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C.C.兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋狹縫到達屏上的路程差是光波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋D.D.兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋狹縫到達屏上的路程

10、差是光波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋A、C【標準解答】【標準解答】選選A A、C.C.兩列波產(chǎn)生干涉時，頻率必須相同兩列波產(chǎn)生干涉時，頻率必須相同，否則不可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而不是干涉不穩(wěn)定，故，否則不可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而不是干涉不穩(wěn)定，故A A正正確、確、B B錯錯. .兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，兩個完全相同的相干光源做雙縫干涉實驗時，從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)從兩個狹縫到達屏上的路程差是光波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋；若該路程差是光半波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋亮條紋；若該路程差是光半波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋（注意是半波長而不是波長），故（注意是半波長而不是波長），故C

11、 C正確、正確、D D錯錯. .【變式訓練】（【變式訓練】（20102010南京高二檢測）下列關于雙縫干南京高二檢測）下列關于雙縫干涉實驗的說法中正確的是涉實驗的說法中正確的是( ( ) )A.A.單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源B.B.雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源C.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)暗條紋條紋D.D.在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間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)生的空間

12、卻沒有干涉發(fā)生B【解析】【解析】選選B.B.在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得一在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得一個線光源，使光源有惟一的頻率和振動情況，雙縫的作個線光源，使光源有惟一的頻率和振動情況，雙縫的作用是獲得兩個振動情況完全相同的相干光源，故選項用是獲得兩個振動情況完全相同的相干光源，故選項A A錯錯誤、誤、B B正確正確. .在兩個相干光源完全相同的情況下，光屏上在兩個相干光源完全相同的情況下，光屏上距兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗紋，選項距兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗紋，選項C C錯錯誤誤. .兩列光波只要相遇就會疊加，滿足相干條件就能發(fā)生兩列光波只要相遇就會疊加

13、，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，用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便，故選項D D錯誤錯誤. .【例【例2 2】（】（20102010福州高二檢測）關于楊氏雙縫干涉實驗福州高二檢測）關于楊氏雙縫干涉實驗，下列說法正確的是，下列說法正確的是（ ）A.A.用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B.B.用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C.C.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上

14、用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋將呈現(xiàn)彩色條紋D.D.照射單縫的單色光的波長越短，光屏上出現(xiàn)的條紋寬照射單縫的單色光的波長越短，光屏上出現(xiàn)的條紋寬度越寬度越寬B【自主解答】【自主解答】選選B.B.用白光做楊氏雙縫干涉實驗，屏上將用白光做楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，故呈現(xiàn)彩色條紋，故A A錯錯. .用紅光作光源，屏上將呈現(xiàn)紅色用紅光作光源，屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，故亮條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，故B B正確正確. .紅光和紫紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，故光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，故C C錯錯. .單色光的波長單色光的波長

15、越短，光屏上出現(xiàn)的條紋越窄，故越短，光屏上出現(xiàn)的條紋越窄，故D D錯錯. .【典例【典例2 2】在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上】在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P P點的距點的距離之差為離之差為0.6 m,0.6 m,若分別用頻率為若分別用頻率為f f1 1=5.0=5.010101414HzHz和和f f2 2=7.5=7.510101414Hz Hz 的單色光垂直照射雙縫，則的單色光垂直照射雙縫，則P P點出現(xiàn)明點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是、暗條紋的情況是A.A.單色光單色光f f1 1和和f f2 2分別照射時，均出現(xiàn)明條紋分別照射時，均出現(xiàn)明條紋B.B.單色光單色光f f1 1和和f f2

16、2分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋C.C.單色光單色光f f1 1照射時出現(xiàn)明條紋，單色光照射時出現(xiàn)明條紋，單色光f f2 2照射時出現(xiàn)照射時出現(xiàn)暗條紋暗條紋D.D.單色光單色光f f1 1照射時出現(xiàn)暗條紋，單色光照射時出現(xiàn)暗條紋，單色光f f2 2照射時出現(xiàn)照射時出現(xiàn)明條紋明條紋【自主解答】【自主解答】選選C.C.單色光單色光f f1 1的波長的波長1 1= = = m=0.6 = m=0.61010-6-6 m=0.6 m m=0.6 m，單色光單色光f f2 2的波長的波長2 2= m=0.4= m=0.41010-6-6 m=0.4 m m=0.4 m，因因P P點到雙

17、縫的距離之差點到雙縫的距離之差x=0.6 m=x=0.6 m=1 1, ,所以用所以用f f1 1照照射時射時P P點出現(xiàn)亮條紋點出現(xiàn)亮條紋.x=0.6 m= .x=0.6 m= 2 2, ,所以用所以用f f2 2照照射時射時P P點出現(xiàn)暗條紋，故選項點出現(xiàn)暗條紋，故選項C C正確正確. .1cf8143 10 5.0 108142c3 10 =f7.5 1032【思路點撥】【思路點撥】判斷屏上某點是亮條紋還是暗條紋，要判斷屏上某點是亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源看該點到兩個光源( (雙縫雙縫) )的路程差與波長的比值的路程差與波長的比值. .【例【例3 3】關于光在豎直肥皂液薄膜上產(chǎn)

18、生的干涉現(xiàn)象，下】關于光在豎直肥皂液薄膜上產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，下列說法中正確的是列說法中正確的是（ ）A.A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在薄膜前后兩表面發(fā)生反射干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在薄膜前后兩表面發(fā)生反射，形成的兩列光波疊加的結(jié)果，形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.B.若出現(xiàn)明暗相間的條紋相互平行，說明肥皂膜的厚度若出現(xiàn)明暗相間的條紋相互平行，說明肥皂膜的厚度是均勻的是均勻的C.C.用綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射間用綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射間距小距小D.D.薄膜上的干涉條紋基本上是豎直的薄膜上的干涉條紋基本上是豎直的A、C【典例【典例2 2】如圖所示】如圖所示, ,劈尖干涉

19、是一種薄膜干涉劈尖干涉是一種薄膜干涉, ,其裝置如圖其裝置如圖(a)(a)所示所示. .將一塊平板玻璃放置在另一塊平板玻璃之上將一塊平板玻璃放置在另一塊平板玻璃之上, ,在一在一端夾入兩張紙片端夾入兩張紙片, ,從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜薄膜. .當光垂直入射后當光垂直入射后, ,從上往下看到的干涉條紋如圖從上往下看到的干涉條紋如圖(b)(b)所所示示. .現(xiàn)若在圖現(xiàn)若在圖(a)(a)裝置中抽去一張紙片裝置中抽去一張紙片, ,則當光垂直入射到新則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后的劈形空氣薄膜后, ,從上往下觀察到的干涉條紋從上往下觀察到的干涉條

20、紋（ ）A.A.變疏變疏 B.B.變密變密 C.C.不變不變 D.D.消失消失A【標準解答】【標準解答】選選A A、C.C.要想產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，必須有兩列相要想產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，必須有兩列相干光源干光源. .在肥皂膜干涉中，薄膜前后兩表面反射的光正好在肥皂膜干涉中，薄膜前后兩表面反射的光正好是兩個相干光源，它們相互疊加形成干涉條紋，所以選是兩個相干光源，它們相互疊加形成干涉條紋，所以選項項A A正確正確. .肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均勻肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均勻的，并且厚度均勻的薄膜是不會出現(xiàn)干涉條紋的（若厚的，并且厚度均勻的薄膜是不會出現(xiàn)干涉條紋的（若厚度相同，路程差處處相等，兩列波疊加后，若是加強，度相同，路程差處處相等，兩列波疊加后，若是加強，處處光線加強，若是減弱，處處光線減弱，不會出現(xiàn)明處處光線加強，若是減弱，處處光線減弱，不會出現(xiàn)明暗相間條紋），所以選項暗相間條紋），所以選項B B錯誤錯誤. .波長越短的光波，對同一裝置，干涉條紋越窄波長越短的光波，對同一裝置，干涉條紋越窄. .綠光的波綠光的波長小于黃光的波長，所以綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條長小于黃光的波長，所以綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射的間距小紋間距比黃光照射的間距小. .選項選項C C正確正確. .出現(xiàn)亮、暗條紋的位置與薄