物理選修3-4課件：13-3光的干涉

知識(shí)與技能1．知道光的干涉現(xiàn)象，并知道從光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光是一種波。2．理解雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，并能判斷出何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。3．知道什么是相干光源。過(guò)程與方法1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象。2．掌握雙縫干涉中波的疊加形成明暗條紋的條件及判斷方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀1．培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力。2．鍛煉學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。1.1801年，英國(guó)物理學(xué)家________成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。楊氏實(shí)驗(yàn)證明，光的確是________。2．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：讓一束________光投射到一個(gè)有兩條狹縫的擋板上，狹縫相距很近，這時(shí)在擋板后面的屏上就可以觀察到________的條紋。3．當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的________時(shí)(即恰好等于波長(zhǎng)的________時(shí))，兩列光在這點(diǎn)相互________，這里出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的________時(shí)，兩列光在這點(diǎn)相互________，這里出現(xiàn)暗條紋。答案：1．托馬斯·楊一種波2．單色明暗相間3．偶數(shù)倍整數(shù)倍加強(qiáng)奇數(shù)倍削弱知識(shí)點(diǎn)1 楊氏干涉實(shí)驗(yàn)(1)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)如圖13－3－1所示，讓一束平行的單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距很近。如果光是一種波，狹縫就成了兩個(gè)波源，它們的振動(dòng)情況總是相同的。這兩個(gè)波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加，發(fā)生干涉現(xiàn)象，光在一些位置相互加強(qiáng)，在另一些位置相互削弱，因此在擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋。這就是楊氏干涉實(shí)驗(yàn)。圖13－3－1雙縫干涉實(shí)驗(yàn)示意圖(2)干涉現(xiàn)象若兩列光波在空間傳播時(shí)相遇，將在相遇區(qū)域發(fā)生波的疊加，如果在某些區(qū)域加強(qiáng)，而在另一些區(qū)域減弱，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域是相互間隔的，這種現(xiàn)象稱為光的干涉現(xiàn)象。(3)干涉條件：兩列光的頻率相同，振動(dòng)情況相同且相差恒定。能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波，兩個(gè)光源稱為相干光源，相干光源可用同一束光分成兩列而獲得，稱為分光法。注意：一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象的原因：由于不同光源發(fā)出的光頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相差，在一般情況下，很難找到那么小的縫和那些特殊的裝置，形不成相干光源，故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象。【例1】從兩只手電筒射出的光，當(dāng)它們照到同一屏上時(shí)看不到干涉條紋，這是因?yàn)? (

)A．干涉圖樣太細(xì)小看不清楚B．手電筒射出的光不是單色光C．周圍環(huán)境的漫反射光太強(qiáng)D．兩個(gè)光源是非相干光源【答案】D【解析】?jī)墒獾念l率不同，不滿足干涉條件——相干光源?！舅季S點(diǎn)悟】相干光源是指兩束光的頻率和振動(dòng)情況完全一樣，在傳播過(guò)程中互相疊加，形成干涉條紋。對(duì)應(yīng)練習(xí)1．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過(guò)紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長(zhǎng)均不相等，這時(shí)(

)A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上無(wú)任何光亮解析：(兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但仍有紅光和綠光的衍射圖樣。)答案：C知識(shí)點(diǎn)2 決定條紋間距的條件(1)出現(xiàn)明、暗條紋的條件同機(jī)械波的干涉一樣，光波的干涉也有加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)，加強(qiáng)區(qū)照射到光屏上出現(xiàn)亮條紋，減弱區(qū)照射到光屏上就出現(xiàn)暗條紋。對(duì)于相差為零的兩列光波如果光屏上某點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，該點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)；如果光屏上某點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，該點(diǎn)是減弱點(diǎn)。如圖13－3－2所示，S為單縫，S1、S2為雙縫(間距為d)，雙縫到屏的距離為L(zhǎng)，O為S1S2垂直平分線與屏的交點(diǎn)，S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程分別為r1、r2，兩列光波傳到P的路程差Δr＝|r1－r2|，設(shè)光波波長(zhǎng)為λ。圖13－3－2【例2】如圖13－3－3所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長(zhǎng)為600nm的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮紋中心(即P1到S1、S2的光程差為一個(gè)波長(zhǎng))，現(xiàn)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光源照射單縫，(

)A．P和P1仍為亮點(diǎn)B．P為亮點(diǎn)，P1為暗點(diǎn)C．P為暗點(diǎn)，P1為亮點(diǎn)

D．P、P1均為暗點(diǎn)圖13－3－3【答案】B【解析】從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光，由題意屏中央P點(diǎn)到S1、S2距離相等，即由S1、S2分別射出的光到P點(diǎn)的路程差為零，因此是亮紋中心，因而，無(wú)論入射光是什么顏色的光，波長(zhǎng)多大，P點(diǎn)都是中央亮紋中心。而P1點(diǎn)到S1、S2的光程差剛好是橙光的一個(gè)波長(zhǎng)，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)振動(dòng)情況完全一致，振動(dòng)得到加強(qiáng)，因此，出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光時(shí)，|P1S1－P1S2|＝600nm＝3λ紫/2，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)振動(dòng)情況完全相反，即由S1、S2射出的光波到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)就相互削弱，因此，出現(xiàn)暗條紋。綜上所述，選項(xiàng)B正確?！舅季S點(diǎn)悟】判斷屏上某點(diǎn)為亮紋還是暗紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長(zhǎng)的比值，要記住光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍為暗條紋。還要注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個(gè)光源情況完全相同。對(duì)應(yīng)練習(xí)2．如圖13－3－4所示，在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，激光的波長(zhǎng)為5.30×10－7m，屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10－7m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是________(選填“明條紋”或“暗條紋”)?，F(xiàn)改用波長(zhǎng)為6.30×10－7m的激光進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將________(選填“變寬”“變窄”或“不變”)。圖13－3－4答案：暗條紋變寬【例3】雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖13－3－5所示，綠光通過(guò)單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫S的距離相等，光通過(guò)雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點(diǎn)距雙縫S1和S2的距離相等，P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋。如果將入射的單色光換成紅色或藍(lán)色，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況是：①O點(diǎn)是紅光的亮條紋；②紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方；③O點(diǎn)不是藍(lán)光的亮條紋；④藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方。已知紅光波長(zhǎng)大于藍(lán)光的波長(zhǎng)，據(jù)此判斷(

)圖13－3－5A．只有①②正確

B．只有①④正確C．只有②③正確

D．只有③④正確【答案】A【解析】由于O點(diǎn)到雙縫的光程差為零，所以為各種色光的亮條紋，P點(diǎn)由于是綠光的第一亮條紋，紅光的波長(zhǎng)大于綠光，條紋間距大于綠光的條紋間距②也正確。邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)和工作原理邁克爾遜干涉儀是利用干涉條紋精確測(cè)定長(zhǎng)度和長(zhǎng)度改變的儀器。它是邁克爾遜在1881年設(shè)計(jì)成功的。邁克爾遜和莫雷應(yīng)用該儀器進(jìn)行了測(cè)定以太風(fēng)的著名實(shí)驗(yàn)。后人根據(jù)此種干涉儀研制出各種具有實(shí)用價(jià)值的干涉儀。如圖13－3－6所示，G2的一面鍍上半透半反膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和精密絲相連，使其可前后移動(dòng)，最小讀數(shù)為10－4mm，可讀讀到10－5mm，M1和M2后各有幾個(gè)小螺絲可調(diào)節(jié)其方位。當(dāng)M2和M′1嚴(yán)格平行時(shí)，M2移動(dòng)，表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從中心“吐出”或向中心“消失”。兩平面鏡之間的“空氣間隙”距離增大時(shí)，中心就會(huì)“吐出”一個(gè)個(gè)條紋；反之則“吞進(jìn)”一個(gè)個(gè)條紋。M2和M′1不嚴(yán)格平行時(shí)，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，M2移動(dòng)時(shí)，條紋不斷移過(guò)視場(chǎng)中某一標(biāo)記位置。M2平移距離d與條紋移動(dòng)數(shù)N的關(guān)系滿足。圖13－3－6邁克爾遜干涉儀示意圖經(jīng)M2反射的光三次穿過(guò)分光板，而經(jīng)M1反