高中物理 雙縫干涉的原創(chuàng)課件 新人教版選修3-4

1、光的干涉光的干涉雙縫干涉一、一、光的干涉現(xiàn)象光的干涉現(xiàn)象 楊氏干涉實驗楊氏干涉實驗二、二、運用光的波動運用光的波動理論進行分析理論進行分析三、三、干涉條紋的間距干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)與哪些因素有關(guān)Thomas Young(17731829) 英國物理學家、考古英國物理學家、考古學家、醫(yī)生、學家、醫(yī)生、光的波動光的波動說說奠基人之一。楊氏雙奠基人之一。楊氏雙縫干涉實驗是最早利用縫干涉實驗是最早利用單一光源，通過分波陣單一光源，通過分波陣面法獲得干涉現(xiàn)象的典面法獲得干涉現(xiàn)象的典型實驗型實驗。11-2 11-2 雙縫干涉雙縫干涉一一 楊氏雙縫干涉實驗楊氏雙縫干涉實驗(1801)11-2 11-

2、2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉一、光的干涉現(xiàn)象光的干涉現(xiàn)象-楊氏干涉實驗楊氏干涉實驗1、裝置特點、裝置特點： （1）雙縫很近 0.1mm， （2）雙縫S1、S2與單縫S的距離相等，單縫 雙縫紅濾色片S1SS2屏幕2、裝置、裝置要用單色光要用單色光單孔的作用：單孔的作用：是獲得點光源是獲得點光源雙孔的作用：雙孔的作用：相當于兩個振動情況相當于兩個振動情況完全相同的光源，雙完全相同的光源，雙孔的作用是獲得相干孔的作用是獲得相干光源光源 5、干涉圖樣的特點、干涉圖樣的特點： （1）形成明暗相間的條紋 （2）亮紋間等距、暗紋間等距 （3）兩縫S1、S2中垂線與屏幕相交位置是亮 條紋-中央亮紋提出問題提出

3、問題：（：（1）為什么會出現(xiàn)這樣的圖象？）為什么會出現(xiàn)這樣的圖象？ （2）怎樣用波動理論進行解釋？）怎樣用波動理論進行解釋？復習：（1）兩列波在波峰和波峰相遇或波谷與波谷相遇時振幅變大，說明此點為振動加強點 。 （2）兩列波在波峰和波谷相遇時振幅變小，說明此點為振動減弱點。 二、運用光的波動理論進行分析二、運用光的波動理論進行分析（3）對光發(fā)生干涉時）對光發(fā)生干涉時 若光互相加強，出現(xiàn)亮條紋若光互相加強，出現(xiàn)亮條紋 若光互相削弱，出現(xiàn)暗條紋若光互相削弱，出現(xiàn)暗條紋 ooB實實 驗驗 示示 意意 圖圖1s2sspdL Lxdrsin12drrrx1r2rLdLx /tansinxL 11-2 1

4、1-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉2 2 理論計算理論計算ooB實實 驗驗 示示 意意 圖圖1s2ssprx1r2rLd11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉2 2 理論計算理論計算k dxdr加強加強,2, 1 ,0k2) 12(k 減弱減弱2) 12(kdd暗紋暗紋ddkx明紋明紋,2, 1 ,0k二列波干涉加強和減弱的條件二列波干涉加強和減弱的條件kr22位相差條件位相差條件加強加強kr或或波程差條件波程差條件加強加強11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉,2, 1 ,0k) 12(k 減弱減弱2) 12(k 減弱減弱二列波干涉加強和減弱的條件二列波干涉加強和減弱的條件kr22

5、位相差條件位相差條件加強加強kr或或波程差條件波程差條件加強加強11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉,2, 1 ,0k) 12(k 減弱減弱2) 12(k 減弱減弱(2) 條紋間距條紋間距 ddx(1) 明暗明暗條紋中心的位置條紋中心的位置2)12(kdd暗紋暗紋ddkx明紋明紋,2,1 ,0k 一系列平行的明暗相間的一系列平行的明暗相間的等間距等間距條紋；條紋；各級明暗紋在中央明紋兩側(cè)各級明暗紋在中央明紋兩側(cè)對稱對稱分布。分布。 (3) 條紋特點條紋特點x=0處處, k=0,中央明紋中央明紋11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 x其它地方的亮度介于最明和最暗之間其它地方的亮度

6、介于最明和最暗之間k=3k=2k=1k=0亮條紋亮條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暗條紋暗條紋 /2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 3、實驗的改進：、實驗的改進：指出用狹縫代替小孔，可以得到同樣清晰， 但明亮得多的干涉條紋。 用氦氖激光器發(fā)出的激光演示雙縫干涉實驗。 4、實驗演示、實驗演示紅濾色片單縫 雙縫S1SS2屏幕S1S2PP=0中央亮紋 由于從S1S2發(fā)出的光是振動情況完全相同，又經(jīng)過相同的路程到達P點，其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的也一定是波峰，其中一條光傳來的是波谷，另一條傳來的也一定是波谷

7、，確信在P點激起的振動總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅AA1+A2為最大，P點總是振動加強的地方，故應(yīng)出現(xiàn)亮紋，這一條亮紋叫中央亮紋。雙縫S1S2屏幕P1 第一亮紋雙縫S1S2屏幕S1S2P1 取P點上方的點P1，從S1S2發(fā)出的光到P1點的光程差就不同，若這個光程差正好等于波長的整數(shù)倍，比如= S1S2=，出現(xiàn)第一條亮紋。 =P2 第二亮紋雙縫S1S2屏幕 屏上P1點的上方還可以找到= S1S22的P2點出現(xiàn)第二條亮紋。 2P3 第三亮紋雙縫S1S2屏幕 屏上P1點的上方還可以找到= S1S24的P2點，= S1S25的P3點等處的第四條、第五條亮紋；在中央明紋P的下方可找到= S1

8、S2的P1/點，= S1S22的P2/點，= S1S23的P3/點等處與中央明紋為對稱的第一、第二、第三，第n條亮紋。3雙縫S1S2屏幕P1 第一亮紋 =P 中央亮紋 =0P2 第二亮紋 =2P3 / 第三亮紋 =3P3 第三亮紋 =3P2 / 第二亮紋 =2P1 / 第一亮紋 =Q1 第一暗紋雙縫S1S2屏幕S1S2P1 取P點上方的點Q1，與兩個狹縫S1、S2路程差= S1S2/2，其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的就是波谷，其中一條光傳來的是波谷，另一條傳來的一定是波峰，Q1點激起的振動總是波峰與波谷相遇，振幅最小，Q1點總是振動減弱的地方，故應(yīng)出現(xiàn)暗紋。/2/2P 中央亮紋Q2 第二

9、暗紋雙縫S1S2屏幕 屏上Q1點的上方還可以找到= S1S23/2的Q2點出現(xiàn)第二條暗紋。同樣可以找到第三條暗紋Q3，在中央明紋下方也可以找到對稱的Q1/、Q2/、Q3/等暗紋。 3/2Q1 第一暗紋P 中央亮紋雙縫S1S2屏幕P1 第一亮紋 =P 中央亮紋 =0P2 第二亮紋 =2P3 / 第三亮紋 =3P3 第三亮紋 =3P3 / 第二亮紋 =2P3 / 第一亮紋 =Q2 第二暗紋Q 1 第一暗紋Q3 第三暗紋Q3 / 第三暗紋Q2 / 第二暗紋Q1 / 第一暗紋=5/2=/2=3/2=5/2=3/2=/2（1）空間的某點距離光源S1和S2的路程差為0、1 、2 、3 、等波長的整數(shù)倍（半

10、波長的奇數(shù)倍）時，該點為振動加強點。 （2）空間的某點距離光源S1和S2的路程差為 /2、3 /2、5/2、等半波長的奇數(shù)倍時，該點為振動減弱點?？偨Y(jié)規(guī)律總結(jié)規(guī)律光程差 =k（ k=0，1，2，等），等）光程差 =（2k-1)/2 (k=1,2,3,等）等）亮紋暗紋暗紋表達式表達式： 亮紋：光程差 =k（ k=0，1，2，等），等） 暗紋：光程差 =（2k-1)/2 (k=1,2,3,等）等）結(jié)論結(jié)論：雙縫S1S2屏幕三、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)三、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)?1、什么是干涉條紋的間距?xx條紋間距的含義：亮紋或暗紋之間的距離總是相等的，亮紋和亮紋之間的距離或暗紋和暗紋之

11、間的距離叫做條紋間距。 我們所說的亮紋是指最亮的地方，暗紋是最暗的地方，從最亮到最暗有一個過渡，條紋間距實際上是最亮和最亮或最暗和最暗之間的距離。 1) ) 條紋間距條紋間距 與與 的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？xd xd討論討論:11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉2)2) 若若 變化變化, , 則則 將怎樣變化？將怎樣變化？x x11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉雙縫S1S2屏幕Ld 重做干涉實驗，并定性尋找規(guī)律 d、不變，只改變屏與縫之間的距離LL越大，條紋間距越大 L、不變，只改變雙縫距離dd越小，條紋間距越大2、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)? 在狹縫間的距離、狹縫與屏的距

12、離都不變的條件下，用不同顏色的光做實驗，條紋間的距離是不同的。紅光的條紋間距最大，紫光的條紋間距最小。 1 、紅光的波長最長，紫光的波長最短。、紅光的波長最長，紫光的波長最短。 x= dL紅光的波長最長，紫光的波長最短。紅光的波長最長，紫光的波長最短。 波長和頻率的乘積等于波速，不同色的光在真空中的傳播速度相同。所以： 波長越長頻率越小，波長越短頻率越大。2、波長越長頻率越小，波長、波長越長頻率越小，波長越短頻率越大。越短頻率越大。光的顏色波長(m)頻率 f(1014Hz)光的顏色波長(m)頻率 f(1014Hz)紅0.770.623.94.8綠0.580.495.26.1橙0.620.64.

13、85.0藍靛0.490.456.16.7黃0.60.585.05.2紫0.450.406.77.53、光的顏色由頻率決定、光的顏色由頻率決定各色光在真空中的波長和頻率的范圍見下表：各色光在真空中的波長和頻率的范圍見下表：白光的干涉圖樣是什么樣？白光的干涉圖樣是什么樣？ 明暗相間的彩色條紋； 中央為白色亮條紋； 干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的； 在每條彩色亮紋中紅光總是在外緣，紫光在內(nèi)線。 【學生實驗】觀察白熾燈光的干涉。 楊氏雙縫實驗中用白光照射時中央明紋為什楊氏雙縫實驗中用白光照射時中央明紋為什么色？么色？白色白色思考：思考：11-2 11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉*兩側(cè)呢兩側(cè)呢?彩色條紋彩色條紋 中央明紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，最靠近中中央明紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，最靠近中央明紋的是什么顏色央明紋的是什么顏色？dDx紫色