【步步高】高中物理 13.3 光的干涉課件1 新人教選修34

第十三章光13.3光的干涉實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)1.知道光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波.2.理解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.3.理解明暗條紋的特點(diǎn)、成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件.4.了解用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理，能夠利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量單色光的波長(zhǎng).學(xué)習(xí)目標(biāo)定位一、楊氏干涉實(shí)驗(yàn)問題設(shè)計(jì)如圖1所示，機(jī)械波可以產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的干涉圖樣；如果我們先假設(shè)光是一種波，那么按照我們所學(xué)的波動(dòng)知識(shí)，光要發(fā)生干涉現(xiàn)象需要滿足什么條件？圖1答案兩光源必須有相同的頻率，即兩光源為相干光.要點(diǎn)提煉1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：(1)雙縫干涉的裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，有光源、單縫、雙縫和光屏.一、楊氏干涉實(shí)驗(yàn)圖2(2)單縫屏的作用：獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的和振動(dòng)情況.也可用激光直接照射雙縫.(3)雙縫屏的作用：將一束光分成兩束頻率相同且振動(dòng)情況完全一致的相干光.2.光產(chǎn)生干涉的條件：兩列光的相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是靠“一分為二”的方法獲得兩個(gè)相干光源的.一、楊氏干涉實(shí)驗(yàn)頻率頻率3.干涉圖樣：(1)若用單色光作光源，干涉條紋是的的條紋.(2)若用白光作光源，則干涉條紋是條紋，且中央條紋是白色的.4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：證明了光是一種.一、楊氏干涉實(shí)驗(yàn)等間距明暗相間彩色波二、決定條紋間距的條件1.屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，雙縫S1、S2之間的距離為d，雙縫到屏的距離為l，屏上的一點(diǎn)P到雙縫的距離分別為r1和r2，路程差Δr＝r2－r1.①若滿足路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即Δr＝(其中k＝0，±1，±2，±3，…)，則出現(xiàn)亮條紋.圖3kλ二、決定條紋間距的條件②若滿足路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即Δr＝(其中k＝0，±1，±2，±3，…)，則出現(xiàn)暗條紋.2.相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離Δx與波長(zhǎng)λ的關(guān)系：Δx＝，其中l(wèi)為雙縫到屏的距離，d為雙縫之間的距離.λλ三、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)1.實(shí)驗(yàn)原理由公式Δx＝λ可知，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，d是雙縫間距，是已知的；只要測(cè)出雙縫到屏的距離l及相鄰兩亮條紋(或相鄰兩暗條紋)的中心間距Δx，即可由公式λ＝計(jì)算出入射光的波長(zhǎng).而測(cè)量是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵.ΔxΔx三、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按如圖4所示安裝儀器.圖4(2)將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的

.中心軸線上三、實(shí)實(shí)驗(yàn)：：用雙雙縫干干涉測(cè)測(cè)量光光的波波長(zhǎng)(3)使光光源源發(fā)發(fā)光光，，在在光光源源和和單單縫縫之之間間加加紅紅(綠)色濾濾光光片片，，讓讓通通過過后后的的條條形形光光斑斑恰恰好好落落在在雙雙縫縫上上，，通通過過調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)遮遮光光筒筒上上測(cè)測(cè)量量頭頭的的目目鏡鏡，，觀觀察察單單色色光光的的干干涉涉條條紋紋；；撤撤去去濾濾光光片片，，觀觀察察白白光光的的干干涉涉條條紋紋(彩色色條條紋紋).三、、實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)：：用用雙雙縫縫干干涉涉測(cè)測(cè)量量光光的的波波長(zhǎng)長(zhǎng)(4)加裝裝濾濾光光片片，，通通過過目目鏡鏡觀觀察察單單色色光光的的干干涉涉條條紋紋，，同同時(shí)時(shí)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)手手輪輪，，使使分分劃劃板板的的中中心心刻刻線線對(duì)對(duì)齊齊某某一一條條紋紋的的中中心心，，記記下下手手輪輪的的讀讀數(shù)數(shù)，，然然后后繼繼續(xù)續(xù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)手手輪輪使使分分劃劃板板移移動(dòng)動(dòng)，，直直到到分分劃劃板板的的中中心心刻刻線線對(duì)對(duì)齊齊另另一一條條紋紋中中心心，，記記下下此此時(shí)時(shí)手手輪輪讀讀數(shù)數(shù)和和移移過過分分劃劃板板中中心心刻刻線線的的條條紋紋數(shù)數(shù)n.三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)：用雙雙縫干涉涉測(cè)量光光的波長(zhǎng)長(zhǎng)(5)將兩次手手輪的讀讀數(shù)相減減，求出出n個(gè)亮條紋紋間的距距離a，利用公公式Δx＝a/(n－1)算出條紋紋間距，，然后利利用公式式λ＝Δx，求出此此單色光光的波長(zhǎng)長(zhǎng)λ(d、l儀器中都都已給出出).(6)換用另一一濾光片片，重復(fù)復(fù)步驟(3)、(4)，并求出出相應(yīng)的的波長(zhǎng).三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)：用雙雙縫干涉涉測(cè)量光光的波長(zhǎng)長(zhǎng)3.注意事項(xiàng)項(xiàng)(1)單縫、雙雙縫應(yīng)相相互平行行，其中中心大致致位于遮遮光筒的的中心軸軸線上，，雙縫到到單縫的的距離應(yīng)應(yīng)相等.(2)測(cè)雙縫到到屏的距距離l時(shí)用毫米米刻度尺尺多次測(cè)測(cè)量取平平均值.(3)測(cè)條紋間間距Δx時(shí)，采用用累積法法，即用用測(cè)量頭頭測(cè)出n條亮條紋紋間的距距離a，求出相相鄰兩條條亮條紋紋間的距距離Δx＝.一、楊氏氏干涉實(shí)實(shí)驗(yàn)典例精析析例1在雙縫干干涉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，以以白光為為光源，，在屏上上觀察到到了彩色色干涉條條紋.若在雙縫縫中的一一縫前放放一紅色色濾光片片(只能透過過紅光)，另一縫縫前放一一綠色濾濾光片(只能透過過綠光)，已知紅紅光與綠綠光頻率率、波長(zhǎng)長(zhǎng)均不相相等，這這時(shí)()A.只有紅色色和綠色色的雙縫縫干涉條條紋，其其他顏色色的雙縫縫干涉條紋消失失B.有除紅色色、綠色色外的其其他顏色色的雙縫縫干涉條條紋C.任何顏色色的雙縫縫干涉條條紋都不不存在，，但屏上上仍有光光亮D.屏上無任任何光亮亮一、楊氏氏干涉實(shí)實(shí)驗(yàn)典例精析析解析兩兩列光波波能發(fā)生生干涉的的條件之之一是頻頻率相等等.利用雙縫縫將一束束光分成成能夠發(fā)發(fā)生干涉涉的兩束束光，在在屏上形形成干涉涉條紋，，但分別別用紅色色濾光片片和綠色色濾光片片擋住兩兩條縫后后，紅光光和綠光光頻率不不相等，，不能發(fā)發(fā)生干涉涉，因此此屏上不不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)干涉條條紋，但但屏上仍仍會(huì)有光光亮，故故選C.答案C二、決定定條紋間間距的條條件典例精析析例2在雙縫干干涉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中,雙縫到光光屏上P點(diǎn)的距離離之差為為0.6μμm,若分別用用頻率為為f1＝5.0××1014Hz和f2＝7.5××1014Hz的單色光光垂直照照射雙縫縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)亮亮、暗條條紋的情情況是()A.單色光f1和f2分別照射射時(shí)，均均出現(xiàn)亮亮條紋B.單色光f1和f2分別照射射時(shí)，均均出現(xiàn)暗暗條紋C.單色光f1照射時(shí)出出現(xiàn)亮條條紋，單單色光f2照射時(shí)出出現(xiàn)暗條條紋D.單色光f1照射時(shí)出出現(xiàn)暗條條紋，單單色光f2照射時(shí)出出現(xiàn)亮條條紋二、決定定條紋間間距的條條件典例精析析解析判判定某處處是亮條條紋還是是暗條紋紋，關(guān)鍵鍵是看該該處到兩兩光源的的光程差差是該光光波長(zhǎng)的的倍數(shù)情情況，若若是整數(shù)數(shù)倍，該該處為亮亮條紋；；若為半半波長(zhǎng)的的奇數(shù)倍倍，則為為暗條紋紋.單色光f1的波長(zhǎng)λ1＝＝＝m＝0.6μμm.單色光f2的波長(zhǎng)λ2＝＝＝m＝0.4μμm二、決定定條紋間間距的條條件典例精析析可見Δr＝λ1，Δr＝λ2，故用單單色光f1照射時(shí)，，P點(diǎn)出現(xiàn)亮亮條紋，，單色光光f2照射時(shí)，，P點(diǎn)出現(xiàn)暗暗條紋.答案C典例精析析三、用雙雙縫干涉涉測(cè)光的的波長(zhǎng)例3在“用雙雙縫干涉涉測(cè)量光光的波長(zhǎng)長(zhǎng)”的實(shí)實(shí)驗(yàn)中，，裝置如如圖5所示.雙縫間的的距離d＝3mm.圖5典例精析析三、用雙雙縫干涉涉測(cè)光的的波長(zhǎng)(1)若測(cè)量紅紅光的波波長(zhǎng)，應(yīng)應(yīng)選用色色的的濾光片片.實(shí)驗(yàn)時(shí)需需要測(cè)定定的物理理量有和和.(2)若測(cè)得雙雙縫與屏屏之間的的距離為為0.70m，通過測(cè)測(cè)量頭(與螺旋測(cè)測(cè)微器原原理相似似，手輪輪轉(zhuǎn)動(dòng)一一周，分分劃板前前進(jìn)或后后退0.500mm)觀察第1條亮條紋紋的位置置如圖6甲所示，，觀察第第5條亮條紋紋的位置置如圖乙乙所示.則可求出出紅光的的波長(zhǎng)λ＝m.典例精析析三、用雙雙縫干涉涉測(cè)光的的波長(zhǎng)圖6典例精析析三、用雙雙縫干涉涉測(cè)光的的波長(zhǎng)解析(1)要測(cè)量紅紅光的波波長(zhǎng)，應(yīng)應(yīng)用紅色色濾光片片.由Δx＝λ可知要想想測(cè)λ必須測(cè)定定雙縫到到屏的距距離l和條紋間間距Δx.(2)由測(cè)量頭頭的數(shù)據(jù)據(jù)可知a1＝0，a2＝0.640mm，所以Δx＝＝＝mm＝1.60×10－4m，λ＝＝＝m≈6.86××10－7m.答案見見解析課堂要點(diǎn)點(diǎn)小結(jié)光的干涉涉實(shí)驗(yàn)：用用雙縫干干涉測(cè)量光光的波長(zhǎng)長(zhǎng)楊氏干涉涉實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生明暗暗條紋的的條件實(shí)驗(yàn)：：用雙雙縫干干涉測(cè)測(cè)量光光的波波長(zhǎng)明暗條條紋間間距與與波長(zhǎng)長(zhǎng)的關(guān)關(guān)系Δx＝λ自我檢檢測(cè)區(qū)區(qū)1231231.(楊氏干干涉實(shí)實(shí)驗(yàn))下列關(guān)關(guān)于雙雙縫干干涉實(shí)實(shí)驗(yàn)的的說法法中正正確的的是()A.單縫的的作用用是獲獲得頻頻率保保持不不變的的相干干光源源B.雙縫的的作用用是獲獲得兩兩個(gè)振振動(dòng)情情況相相同的的相干干光源源C.光屏上上距兩兩縫的的路程程差等等于半半波長(zhǎng)長(zhǎng)的整整數(shù)倍倍處出出現(xiàn)暗暗條紋紋D.在光屏屏上能能看到到光的的干涉涉圖樣樣，但但在雙雙縫與與光屏屏之間間的空空間卻沒有有干涉涉發(fā)生生123解析在在雙雙縫干干涉實(shí)實(shí)驗(yàn)中中，單單縫的的作用用是獲獲得一一個(gè)線線光源源，雙雙縫的的作用用是獲獲得兩兩個(gè)振振動(dòng)情情況完完全相相同的的相干干光源源，故故選項(xiàng)項(xiàng)A錯(cuò)誤，，B正確.在兩個(gè)個(gè)相干干光源源完全全相同同的情情況下下，光光屏上上距兩兩縫的的路程程差為為半波波長(zhǎng)的的奇數(shù)數(shù)倍處處出現(xiàn)現(xiàn)暗條條紋，，選項(xiàng)項(xiàng)C錯(cuò)誤.兩列光光波只只要相相遇就就會(huì)疊疊加，，滿足足相干干條件件就能能發(fā)生生干涉涉，所所以在在雙縫縫與光光屏之之間的的空間間也會(huì)會(huì)發(fā)生生光的的干涉涉，用用光屏屏接收收只是是為了了方便便肉眼眼觀察察，故故選項(xiàng)項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案B1232.(決定條條紋間間距的的條件件)如圖7所示，，用單單色光做做雙縫縫干涉涉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，P處為第第二條條暗條條紋，改改用頻頻率較較低的的單色色光重重做上上述實(shí)實(shí)驗(yàn)(其他條條件不不變)時(shí),則同側(cè)側(cè)第二二條暗暗條紋紋的位位置()A.仍在P處B.在P點(diǎn)上方方C.在P點(diǎn)下方方D.要將屏屏向雙雙縫方方向移移近一一些才才能看看到圖7123123解析由由λ＝知知f變小，，λ變大.若出現(xiàn)現(xiàn)第二二條暗暗條紋紋，則則P到雙縫縫的路路程差差Δs＝λ，當(dāng)λ變大時(shí)時(shí)，Δs也要變變大，，故第第二條條暗條條紋的的位置置向上上移，，在P點(diǎn)上方方，B正確.答案B1233.(用雙縫縫干涉涉測(cè)光光的波波長(zhǎng))雙縫干干涉實(shí)實(shí)驗(yàn)中中，要要使屏屏上單單色光光的干干涉條條紋之之間的的距離離變大大，可可采取取以下下辦法法：(1)；(2)；(3).為了測(cè)測(cè)量紅紅光的的波長(zhǎng)長(zhǎng)，現(xiàn)現(xiàn)測(cè)得得屏上上6條亮條條紋間間的距距離為為7.5mm，已知知雙縫縫間的的距離離為0.5mm，雙縫縫到光光屏的的距離離為1m，則此此紅光光的波波長(zhǎng)為為.123解