光的干涉光的衍射

1、5.1 光的干涉光的干涉 英國醫(yī)生和物理學(xué)家。對物理學(xué)的貢獻(xiàn)，英國醫(yī)生和物理學(xué)家。對物理學(xué)的貢獻(xiàn)，除了提出除了提出“能能”的概念（的概念（1807年）和楊氏彈性系年）和楊氏彈性系數(shù)之外，最大的成就就是數(shù)之外，最大的成就就是1801提出光的干涉理論。提出光的干涉理論?？茖W(xué)簡史科學(xué)簡史S1S2S*楊氏雙縫實驗楊氏雙縫實驗楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉像屏像屏雙縫雙縫屏屏將將同一光源同一光源發(fā)出的發(fā)出的光光(頻率相同頻率相同)通過一個通過一個狹縫（振狹縫（振動方向一致動方向一致）再通過一再通過一與單縫與單縫平平行行的的雙縫（相干光雙縫（相干光源源）光的干涉光的干涉雙縫干涉激光束激光束雙縫雙縫屏屏屏上看到明

2、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亮條紋亮條紋亮條紋亮條紋探究：探究： 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22ks（ k=0，1，2，3）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22ks212ks（ k=0，1，2，3）（ k=0，1，2，3） k=0：0級亮條紋（中央亮條紋，中央亮條紋，s=0）k=1：1級亮條紋 k=2：2級亮條紋k=0：1級暗條紋k=1：2級暗條紋k=2：3級暗條紋單

3、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光的干涉光的干涉雙縫干涉S1S2P1P 1、兩個獨立的光源發(fā)出的光不是相干光，雙縫干、兩個獨立的光源發(fā)出的光不是相干光，雙縫干涉的裝置使一束光通過雙縫后變?yōu)閮墒喔晒猓诠馄辽娴难b置使一束光通過雙縫后變?yōu)閮墒喔晒?，在光屏上形成穩(wěn)定的干涉條紋上形成穩(wěn)定的干涉條紋 2、在雙縫干涉實驗、在雙縫干涉實驗中，光屏上某點到雙縫中，光屏上某點到雙縫的路程差為的

4、路程差為半波長的半波長的偶偶數(shù)倍數(shù)倍時，該點出現(xiàn)時，該點出現(xiàn)亮亮條條紋；光屏上某點到雙縫紋；光屏上某點到雙縫的路程差為的路程差為半波長的半波長的奇奇數(shù)倍數(shù)倍時，該點出現(xiàn)時，該點出現(xiàn)暗暗條條紋紋例題例題:在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏上觀察在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光用到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光用只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時綠光），這時 ( )A、只有紅色和綠色的干涉條紋，其它顏色的雙縫干、只有紅色和綠色的干涉條紋，其它顏色的雙縫干

5、涉條紋消失涉條紋消失B、紅色和綠色的干涉條紋消失，其它顏色的干涉條、紅色和綠色的干涉條紋消失，其它顏色的干涉條紋仍然存在紋仍然存在C、任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮、任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光光D、屏上無任何亮光、屏上無任何亮光C白光（2）白光干涉圖樣分析）白光干涉圖樣分析紅光700nm紅藍(lán)光470nm蘭亮暗相間彩色條紋亮暗相間彩色條紋=LXd1.在單色光的雙縫干涉實驗中在單色光的雙縫干涉實驗中 （ ）A.兩列光波波谷和波谷重疊處出現(xiàn)暗條紋兩列光波波谷和波谷重疊處出現(xiàn)暗條紋B.兩列光波波峰和波峰重疊處出現(xiàn)亮條紋兩列光波波峰和波峰重疊處出現(xiàn)亮條紋C.從兩個狹縫到達(dá)屏上的

6、路程差是波長的整數(shù)倍時從兩個狹縫到達(dá)屏上的路程差是波長的整數(shù)倍時,出出現(xiàn)亮條紋現(xiàn)亮條紋D.從兩個狹縫到達(dá)屏上的路程差是波長的奇數(shù)倍時從兩個狹縫到達(dá)屏上的路程差是波長的奇數(shù)倍時,出出現(xiàn)暗條紋現(xiàn)暗條紋BC薄膜干涉薄膜干涉 思考：思考：肥皂泡看起來常常是彩色的，雨后公路積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。這些現(xiàn)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？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明暗相間條紋）相干光的來源：相干光的來源：肥皂薄膜肥皂薄膜前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

7、涉疊加產(chǎn)生干涉例例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表面反射的兩列波迭加生成的薄膜左右兩個表面反射的兩列波迭加生成的B.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右測表面反射光和原入射光波迭加生成的薄膜右測表面反射光和原入射光波迭加生成的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

8、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觀察到的條紋可能是水平的也可能是豎直的也可能是豎直的A薄膜干涉的薄膜干涉的應(yīng)用（一）應(yīng)用（一）檢查表面的平整程度檢查表面的平整程度取一個透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一取一個透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射上下表面反射出兩列出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋光形成相干光，從反射光中就會看到干涉

9、條紋標(biāo)準(zhǔn)樣板標(biāo)準(zhǔn)樣板待檢部件待檢部件空氣薄層空氣薄層如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的, ,如圖如圖（b b）所示；如果觀察到的干涉條紋彎曲，則表示被檢測表面所示；如果觀察到的干涉條紋彎曲，則表示被檢測表面微有凸起或凹下。若（微有凸起或凹下。若（a a）圖的產(chǎn)生條紋如圖（）圖的產(chǎn)生條紋如圖（c c）所示，則彎）所示，則彎曲處的下方為凸起，判斷依據(jù)：曲處的下方為凸起，判斷依據(jù)：同一條紋的波程差相同，對應(yīng)同一條紋的波程差相同，對應(yīng)厚度相同厚度相同。做題時操作方法做題時操作方法：平移厚度平移厚度。從彎曲的程度就可以。從彎曲的程度就可以了解被測表面

10、的平整情況。這種測量精度可達(dá)了解被測表面的平整情況。這種測量精度可達(dá)1010-6-6cmcm。(a) (b) (c) 單色光單色光標(biāo)準(zhǔn)樣板標(biāo)準(zhǔn)樣板薄片薄片被被檢測平面檢測平面注：薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當(dāng)于一張紙片的厚度注：薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當(dāng)于一張紙片的厚度薄膜干涉的薄膜干涉的應(yīng)用（一）應(yīng)用（一）檢查表面的平整程度檢查表面的平整程度薄膜干涉的薄膜干涉的應(yīng)用（一）應(yīng)用（一）檢查表面的平整程度檢查表面的平整程度 變式變式鍍層鍍層薄膜薄膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜( (一般用氟化鎂一般用氟化鎂) )。當(dāng)。當(dāng)薄膜的厚度適當(dāng)時，薄

11、膜的厚度適當(dāng)時，在薄膜的兩個表面上反射路程度恰好在薄膜的兩個表面上反射路程度恰好等于半個波長等于半個波長，因而互相抵消，這就大大，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損減小光的反射損失失，增強了透射光的強度增強了透射光的強度，這種薄膜叫，這種薄膜叫增透膜增透膜。薄膜干涉的應(yīng)用薄膜干涉的應(yīng)用（二）（二）增透膜增透膜增透的條件是什么？即鍍層薄膜的厚度至少多大？增透的條件是什么？即鍍層薄膜的厚度至少多大？是否對所有顏色的光都有增透的作用？是否對所有顏色的光都有增透的作用？薄膜的厚度薄膜的厚度至少是入射光在至少是入射光在薄膜薄膜中中波長的波長的1/4。 r=2d=(2k+1)/2， d=(2k+1)/4

12、（k=0,1,2,3） 因為人眼對綠光最敏感，所以一般增因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的在薄膜中波長的1/41/4。由于其它色光不。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。鏡頭呈淡紫色。薄膜干涉的薄膜干涉的應(yīng)用（二）應(yīng)用（二）增透膜增透膜三、薄膜干涉三、薄膜干涉1. 薄膜干涉的成因薄膜干涉的成因2. 薄膜干涉的應(yīng)用薄膜干涉的應(yīng)用（1）用干涉法檢查表面的平整程度）用干涉法檢查表面的平整程度如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就

13、是平行的,；如果觀察到的干涉條紋彎曲，則；如果觀察到的干涉條紋彎曲，則表示被檢測表面微有凸起或凹下。依據(jù)：表示被檢測表面微有凸起或凹下。依據(jù)：同一條紋的波程差相同，對應(yīng)厚度相同同一條紋的波程差相同，對應(yīng)厚度相同。做題時操作方法做題時操作方法：平移厚度平移厚度。（2）增透膜：）增透膜：反射光相互抵消，反射光減弱，折射光增強。反射光相互抵消，反射光減弱，折射光增強。薄膜的厚度至少是入射光在薄膜的厚度至少是入射光在薄膜薄膜中波長的中波長的1/4。 r=2d=(2k+1)/2， d=(2k+1)/4（k=0,1,2,3）（3）增反膜：增反膜：反射光加強，折射光減弱。反射光加強，折射光減弱。薄膜的厚度至

14、少是入射光在薄膜的厚度至少是入射光在薄膜薄膜中波長的中波長的1/2。 r=2d=k， d=k/2（k=0,1,2,3） 鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)1 1、下列現(xiàn)象屬于薄膜干涉的有、下列現(xiàn)象屬于薄膜干涉的有: : （ ）A.A.在水面上的油膜呈現(xiàn)的彩色花紋在水面上的油膜呈現(xiàn)的彩色花紋; ; B.B.雨后天空中呈現(xiàn)的彩虹雨后天空中呈現(xiàn)的彩虹; ;C.C.陽光下通過三棱鏡得到的彩色條紋陽光下通過三棱鏡得到的彩色條紋D.D.肥皂泡上呈現(xiàn)的彩色條紋。肥皂泡上呈現(xiàn)的彩色條紋。2 2、用單色光照射肥皂薄膜、用單色光照射肥皂薄膜: :（ ）A.A.看到的干涉圖樣是明暗相間的條紋看到的干涉圖樣是明暗相間的條紋; ;B.B

15、.從光源發(fā)出的光與肥皂膜表面反射的光發(fā)生干涉從光源發(fā)出的光與肥皂膜表面反射的光發(fā)生干涉, ,形成形成干涉圖樣。干涉圖樣。C.C.一束入射光從薄膜的前表面和后表面分別反射出來一束入射光從薄膜的前表面和后表面分別反射出來, ,形形成兩列波成兩列波, ,這兩列波頻率相同這兩列波頻率相同, ,所以可以產(chǎn)生干涉所以可以產(chǎn)生干涉; ;D.D.若改用白光照射則看不到干涉條紋。若改用白光照射則看不到干涉條紋。鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)3. 3. 2002（上海卷）（上海卷）如圖所示為一顯示薄如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，P P是附有肥是附有肥皂膜的鐵絲圈，皂膜的鐵絲圈，S S是一點燃的酒

16、精燈。是一點燃的酒精燈。往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上觀察往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應(yīng)是下圖中的（到的干涉圖象應(yīng)是下圖中的（ ）A B C D 鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)4.(4.(9393年高考題年高考題) )如右圖是用干涉法檢查某種厚玻璃的上如右圖是用干涉法檢查某種厚玻璃的上表面是否平的裝置，所用單色光是用普通光源加濾光表面是否平的裝置，所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由哪兩個表片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由哪兩個表面反射的光疊加而成的面反射的光疊加而成的( )( )A Aa a的上表面和的上表面和b b的下表面的下表面B Ba a的上表面和的

17、上表面和b b的上表面的上表面C Ca a的下表面和的下表面和b b的上表面的上表面D Da a的下表面和的下表面和b b的下表面的下表面5 5、2003（上海卷）（上海卷）劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖1 1所示。所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。干涉條紋片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。干涉條紋有如下特點：任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜有如下特點：任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相鄰明

18、條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒厚度相等；任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形定。現(xiàn)若在裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將（空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將（ ） A.A.變稀疏變稀疏 B.B.變緊密變緊密 C.C.不變不變 D.D.消失消失兩板的夾角兩板的夾角越?。ê穸茸兓试叫。?，條紋的間距越大（條紋越疏）。越?。ê穸茸兓试叫。瑮l紋的間距越大（條紋越疏）。6 6、有關(guān)光學(xué)儀器上鏡頭的增透膜，下列說法正確的是：、有關(guān)光學(xué)儀器上鏡頭的增透膜，下列說法正確的是：A. A. 增透膜

19、是為了減少光的反射損失而增強透光的強度；增透膜是為了減少光的反射損失而增強透光的強度；B. B. 增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的1/41/4；C. C. 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的1/41/4；D. D. 因為增透膜厚度一般選適合綠光反射相互抵消的厚度，紅因為增透膜厚度一般選適合綠光反射相互抵消的厚度，紅光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的鏡頭呈光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色。淡紫色。7 7、將波長為、將波長為的單色光從空氣垂直入射到折射率為的單色光從空氣垂直入射到折射

20、率為n n的透的透明介質(zhì)膜上，要使透射光得到加強，薄膜的厚度最少應(yīng)為明介質(zhì)膜上，要使透射光得到加強，薄膜的厚度最少應(yīng)為（ ）A A，/4n/4n； B B，/2n/2n； C C，/4/4； D D，/2/25.2 光的衍射光的衍射 光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動性，而波動性的另一特征是波的衍射現(xiàn)象，光是否具有衍射現(xiàn)象呢？如果有衍射現(xiàn)象，為什么在日常生活中我們沒有觀察到光的衍射現(xiàn)象呢？水波、聲波都會發(fā)水波、聲波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象，它們生衍射現(xiàn)象，它們發(fā)生衍射的現(xiàn)象特發(fā)生衍射的現(xiàn)象特征是什么？征是什么？光的衍射光的衍射 一切波都能發(fā)生衍射，通過衍射把能量傳到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件發(fā)生明顯衍射

21、的條件是障礙物或孔的尺寸跟波長差不多障礙物或孔的尺寸跟波長差不多 取一個不透光的屏，取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個在它的中間裝上一個寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，用平行的單色光照射，用平行的單色光照射，在縫后適當(dāng)距離處放在縫后適當(dāng)距離處放一個像屏一個像屏 激光束調(diào)節(jié)狹調(diào)節(jié)狹縫寬窄縫寬窄像像屏屏光的衍射光的衍射單縫衍射條紋的特征單縫衍射條紋的特征光的衍射光的衍射1 1、中央亮紋、中央亮紋 寬而亮寬而亮2 2、兩側(cè)條紋具有對稱性，亮紋較窄、較暗、兩側(cè)條紋具有對稱性，亮紋較窄、較暗光的衍射光的衍射觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：不同縫寬的單縫衍射不同色

22、光的單縫衍射光的衍射光的衍射 1 1、波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，各條、波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大紋間距大 2 2、單縫不變時，光波波長大的（紅光）中央、單縫不變時，光波波長大的（紅光）中央亮紋越寬，條紋間隔越大亮紋越寬，條紋間隔越大 3 3、白熾燈白熾燈的單縫衍射條紋為的單縫衍射條紋為中央亮條紋為白中央亮條紋為白色色，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，內(nèi)側(cè)為兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，內(nèi)側(cè)為紫色紫色單縫衍射規(guī)律單縫衍射規(guī)律光的衍射光的衍射ABS 1、 孔較大時孔較大時屏屏上出現(xiàn)清晰的光斑上出現(xiàn)清晰的光斑 2、 孔較小時孔較小時屏上出現(xiàn)屏上出現(xiàn)衍射花樣衍射花樣光的衍射光的衍射 不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結(jié)果歷史上曾有一個著名的衍射圖樣泊松亮斑泊松亮斑( (影的中影的中心為亮斑）心為亮斑）圓屏衍射圓孔衍射鋼針的衍射衍射光柵是由許多衍射光柵是由許多等寬等寬的的狹縫狹縫等距離等距離的的排列起來形成的光學(xué)儀器?？煞譃榕帕衅饋硇纬傻墓鈱W(xué)儀器?？煞譃橥干渫干涔鈻藕凸鈻藕头瓷浞瓷涔鈻殴鈻?a) N=1(b)