魯科版-選修3-4-第5章 光的干涉 衍射 偏振-第1節(jié) 光的干涉-“江南聯(lián)賽”一等獎

光的波動性光的干涉[說明]

通過本節(jié)課的學習,同學們應(yīng)知道和掌握以下知識點1．知道微粒說和波動說的主張人、內(nèi)容、實例和所遇到的困難2．理解光既有波動性又有粒子性3．知道光的干涉的概念4．知道楊氏雙縫干涉的裝置、原理、實驗現(xiàn)象極其原因5．知道對于光波、公式照樣適用6．知道各種單色光在真空或空氣中傳播速度相同，都為C=×108m/s,波長和頻率不同.知道七種色光頻率和波長的大小順序.7．知道光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)頻率不變，波長和波速均發(fā)生變化.8．知道薄膜干涉的現(xiàn)象和原因極其應(yīng)用[新課]一、光的微粒說和波動說十七世紀，人們對光的本性的認識出現(xiàn)了兩種學說，即微粒說和波動說，微粒說和波動說的主張人、內(nèi)容、實例和所遇到的困難見下表

二、雙縫干涉1801年，英國物理學家托馬斯·楊在實驗室成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象1.裝置楊氏雙縫干涉實驗的裝置由單縫屏、雙縫屏(雙縫間的距離為左右)和光屏組成.2．原理：任何時刻，從前一個孔發(fā)出的光波同時傳到兩個孔，這兩個小孔發(fā)出的兩光波頻率相同，振動情況完全相同，因此兩個小孔就是兩個相干波源.這兩列光波在光屏上疊加時，如果波峰和波峰疊加或波谷和波谷疊加光被互相加強，出現(xiàn)明條紋；如果波峰和波谷疊加，光波互相抵消或消弱，出現(xiàn)暗條紋.3．產(chǎn)生明暗條紋的條件

如圖所示，雙縫S1、S2到光屏的距離為L從S1、S2發(fā)出的兩列光波到光屏一點的距離分別為r1和r2，我們把叫路程差(也叫光程差)，由幾何關(guān)系得

L＞＞x則

(1)如果滿足，在P點形成亮條紋（n=0、1、2）(2)如果滿足在P點形成暗條紋(n=1、2、3)(3)相鄰兩亮紋（暗紋）之間距離討論(1)相鄰兩條亮紋（或暗紋）間的距離是相等的

（2）d、L一定，所以，即紅光的條紋最大，紫光的條紋最小.(4)用白光做實驗，在屏上就會出現(xiàn)不同顏色的彩色條紋，這是因為白光是由不同顏色的單色光復合而成的，而不同的色光波長不同，產(chǎn)生的明暗條紋的間距也不同所以在屏上出現(xiàn)了彩色條紋，在光屏上，中央是白色條紋，兩側(cè)是彩色條紋，其顏色順序為紅紫白紫紅(5)能量分布情況暗條紋處能量幾乎為零，不是能量在這里抵消了損耗了，而是能量根本就沒有傳到這里.

亮條處能量較強，不是能量增加了，也不是產(chǎn)生了能量，而是能量集中。(6)測波長：測出n條亮紋（暗紋）間的距離為a

(7)波長單位1米[例題]試比較白光通過雙縫干涉和通過棱鏡都形成彩色光帶的不同之處.[分析與解答]1．形成的圖樣不同，干涉圖樣中央是白色條紋，兩側(cè)是明暗相同的彩色條紋；而棱鏡產(chǎn)生的光帶是連續(xù)的按順序排列得彩色光帶.2．形成的原理不同，雙縫干涉是由于各種色光在光屏上疊加而形成的，而色散是棱鏡材料對不同的色光的折射率不同通過折射而形成的.4、物理光學理論1．對于光波、公式照樣適用2．各種單色光在真空或空氣中傳播速度相同，都為C=×108m/s,但波長不同，因而頻率不同。紫＜……＜紅紅=7×10-7m,紫=4×10-7m紫＞……＞紅紅=×1014,紫=×1014Hz3．對于某一種單色光，從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，頻率不變，顏色不變（光的顏色是由頻率決定的）波長和波速都發(fā)生改變，光從真空（空氣）進入某種介質(zhì)速度變小，波長變短

4．各種色光在同一介質(zhì)也滿足紅＞……＞紫二、薄膜干涉

1．現(xiàn)象：把金屬絲圓環(huán)在肥皂液里蘸一下，環(huán)上就形成一層肥皂薄膜，用單色光照射薄膜，薄膜上就產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋.2．原因：豎直的肥皂液薄膜在重力的作用下成了上薄下厚的楔形，如圖所示，照射到膜上的光會從膜的前表面和后表面分別反射回來形成兩列波，這兩列波是由同一入射波產(chǎn)生的，因此頻率相同，振動情況完全相同，能夠產(chǎn)生干涉。兩列波疊加

用白光作薄膜干涉實驗：在薄膜上會出現(xiàn)彩色條紋，這是因為不同色光獨立發(fā)生干涉的結(jié)果。三、光的干涉在技術(shù)上的應(yīng)用1．檢查精密零件表面質(zhì)量如圖所示，如果被檢查的表面是平面，可以在它的上表面放一個透明的標準樣半板，并在一端墊一薄片，使樣板的標準平面和被檢查的平面間形成一個楔形的空氣薄層，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光波，發(fā)生干涉，如果被測表面是平的，空氣層的厚度相同的各點就位于一條直線上，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的，如果被測表面某些地方不平，產(chǎn)生的干涉條紋就發(fā)生彎曲，從干涉條紋的彎曲程度和方向可以了解被測表面的不平情況，這種測量的精度可以達10-6cm.2．增透膜現(xiàn)代部分光學儀器的鏡頭都是由許多光學元件(棱鏡、透鏡等)組成的，進入這些裝置的光，在每個元件的表面都要發(fā)生反射，結(jié)果只有入射光的10－20%通過裝置，所成的像既暗又不清晰，為了增加透射光的強度，減小反射光的強度，在棱鏡、透鏡表面涂上一層用氟化鎂作成的薄膜，使膜厚為綠光波長的1/4，這樣在薄膜的兩個面的反射光的路程差等于半個波長，因而互相抵消，這種膜叫增透膜[例題]在空氣中紫光的波長為4000，紅光的波長為7000，玻璃對紫光和紅光的折射率分別為和求

(1)兩種色光的頻率？

(2)哪種色光在玻璃中的速度大？

(3)兩種色光在玻璃中的波長各是多少？[分析與解答](1)

(2)＞而

(3)[作業(yè)題]1．關(guān)于楊氏雙縫干涉實驗，下列說法正確的是()A．單孔的作用是獲得“點光源

B．雙孔的作用是獲得兩個振動情況總是相同的相干光源

C．在光屏上距兩個小孔的路程差等于半波長整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋

D．照射的單色光頻率越高，光屏上出現(xiàn)的條紋間距越寬2．對于雙縫干涉，以下說法正確的是()A．用同一單色光做雙縫干涉實驗，能觀察到明暗相間的干涉條紋

B．若在屏上某點出現(xiàn)亮紋，則兩縫到該處的路程差為波長的整數(shù)倍或零

C．若在屏上某點出現(xiàn)暗紋，則兩縫到該處的路程差為半波長的整數(shù)倍或零

D．若在屏上某點出現(xiàn)亮紋，則兩縫到該處的路程差為半波長的奇數(shù)倍或零3．在雙縫干涉實驗中，下列說法正確的是()A．用白光照射雙縫會在屏上出現(xiàn)彩色條紋，是因為各種頻率色光的傳播速度不同

B．要增大相鄰兩條明條紋的間距，可用頻率較低的單色光

C．要增大相鄰兩條明條紋的間距，可增加光的強度

D．在同樣實驗條件下，紫光的干涉條紋間距比紅光寬4．下列說法正確的是()A．微粒說可成功解釋光的直線傳播和反射現(xiàn)象

B．波動說可成功解釋光的反射、折射、疊加等光現(xiàn)象

C．微粒說也能解釋光的干涉現(xiàn)象

D．波動說在解釋光的直進現(xiàn)象時遇到了困難5．下列幾種現(xiàn)象屬于薄膜干涉的是()A．陽光下肥皂膜上的彩色條紋

B．雨后天空中出現(xiàn)的彩虹

C．陽光下水面上油膜上的彩色條紋

D．白光通過三棱鏡后的彩色光帶6．關(guān)于薄膜干涉，下列說法正確的是()A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光線在膜的前后兩表面反射的兩束光疊加的結(jié)果

B．干涉條紋的暗紋是由于上述兩列反射光波谷與波谷疊加的結(jié)果

C．干涉條紋是等間距的平行線時說明薄膜的厚度是處處相等的

D．觀察干涉條紋時，應(yīng)在入射光的一側(cè)7．如圖所示，是用干涉法檢查某塊厚玻璃的上表面是否平整的裝置，所用的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下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的?

A．a(chǎn)的上表面和b的下表面

B．a(chǎn)的上表面和b的上表面

C．a(chǎn)的下表面和b的上表面

D．a(chǎn)的下表面和b的下表面8．關(guān)于增透膜的說法正確的是(