第4節(jié) 光的干涉

第4節(jié)光的干涉核心素養(yǎng)導學物理觀念掌握光的干涉的條件，知道雙縫干涉、薄膜干涉?？茖W思維理解干涉現(xiàn)象的成因及明暗條紋的位置特點?？茖W探究通過實驗觀察雙縫干涉和薄膜干涉。一、雙縫干涉1．實驗裝置(注：屏在擋板右側(cè)，沒有畫出)2．實驗過程：在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光束照射金屬擋板上的兩條平行的_____，在后面的屏上觀察光的干涉情況。3．實驗現(xiàn)象：在屏上得到_________的條紋。4．現(xiàn)象解釋：紅色激光束垂直射到兩條狹縫S1和S2時，狹縫S1和狹縫S2相當于兩個完全相同的光源，當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的______倍時(即恰好等于波長的_____倍時)，兩列光波在這點相互加強，出現(xiàn)亮條紋；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的______倍時，兩列光波在這點相互______，出現(xiàn)暗條紋。狹縫明暗相間整數(shù)偶數(shù)奇數(shù)削弱二、薄膜干涉1．定義：薄膜前后兩個面反射的光相互疊加而發(fā)生的______現(xiàn)象。2．應用(1)檢測精密的光學平面的__________。(2)光學元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，用以增加光的透射或者反射。1.如圖所示是楊氏雙縫干涉實驗的示意圖，則(1)單縫的作用是為了____________________________________。(2)雙縫的作用是_____________________________________________。干涉平整程度獲得具有單一頻率和振動情況的線光源為了獲得兩束頻率相同振動情況完全一致的相干光2．如圖為某單色光通過雙縫在屏上產(chǎn)生的干涉圖樣，試結(jié)合該實驗判斷下列說法是否正確：(1)光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。

()(2)如果兩列光波到達某點時，路程差為波長的整數(shù)倍，這兩列波互相加強，

在那里就出現(xiàn)亮條紋。

()(3)光的干涉現(xiàn)象中，亮條紋是光波振動加強的區(qū)域。

()(4)光波的波長λ越大，相鄰兩條紋間的距離越小。

()(5)在干涉條紋中，相鄰兩條亮紋或暗紋之間的距離是相等的。

()√√√×√3.如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈。往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上就會觀察到干涉圖樣。(1)觀察者應該位于P的左側(cè)還是右側(cè)？(2)觀察者觀察到的干涉條紋是豎直的還是水平的？提示：(1)觀察者應該位于P的右側(cè)進行觀察。(2)干涉條紋是水平的。[重點釋解]1．雙縫干涉圖樣的特點(1)單色光的干涉圖樣：①中央為亮條紋；②明暗相間的條紋，且相鄰條紋間距相等；③波長越大，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距越大。(2)白光的干涉圖樣：①中央條紋為白色；②其余為彩色條紋。2．原理：頻率相同的兩列光疊加時，某些區(qū)域的光相互加強，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域的光相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強區(qū)與減弱區(qū)相互間隔，即亮、暗條紋相互間隔。[典例體驗][典例]如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，用波長為5.30×10－7m的激光，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10－7m，則在這里出現(xiàn)的應是________(選填“亮條紋”或“暗條紋”)。現(xiàn)改用波長為6.30×10－7m的激光進行上述實驗，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”)。[答案]

暗條紋變寬/方法技巧/雙縫干涉實驗中明暗條紋的判斷方法(1)判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值。(2)要記住路程差等于波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(shù)倍處為暗條紋。(3)還要注意這一結(jié)論成立的條件是兩個光源情況完全相同。

[針對訓練]1．(2022·鄭州高二檢測)如圖是雙縫干涉實驗裝置示意圖，使用波

長為600nm的橙色光照射時，在光屏中心P點出現(xiàn)亮條紋，位

于P點上方的P1點到S1、S2的路程差恰為600nm?，F(xiàn)改用波長

為400nm的紫色光照射，則

(

)A．P和P1處都出現(xiàn)亮條紋B．P處為亮條紋，P1處為暗條紋C．P處為暗條紋，P1處為亮條紋D．P處和P1處都是暗條紋答案：B

2．如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀

察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(

)A．增大S1與S2的間距B．減小雙縫到光屏的距離C．將綠光換為紅光D．將綠光換為紫光答案：C新知學習(二)|薄膜干涉的理解和應用[任務驅(qū)動]如圖所示，一鐵絲環(huán)中有肥皂液膜，當日光照射肥皂液膜時會出現(xiàn)彩色條紋。請分析原因。提示：來自肥皂液膜前、后表面的反射光發(fā)生干涉出現(xiàn)條紋，由于肥皂液膜上面薄、下面厚，不同顏色的光波長不同，因此發(fā)生干涉的明暗條紋的位置不同，出現(xiàn)的條紋為彩色條紋。

3．用干涉法檢查平面平整度如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果被測表面某處凹下，則對應亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中

P條紋所示；如果某處凸起來，則對應條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中Q所示。[典例體驗][典例]

(多選)肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是

(

)A．過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形B．肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C．肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化D．將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90°，條紋也會跟著轉(zhuǎn)動90°[解析]

肥皂膜因為自重會上面薄而下面厚，因表面張力的原因其截面應是一個圓滑的曲面而不是梯形，A正確；薄膜干涉是等厚干涉，其原因為肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋，B正確；形成條紋的原因是前后表面的反射光疊加出現(xiàn)了振動加強點和振動減弱點，肥皂膜從形成到破裂的過程上面越來越薄，下面越來越厚，因此出現(xiàn)加強點和減弱點的位置發(fā)生了變化，條紋寬度和間距發(fā)生變化，C錯誤；將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90°，由于重力，表面張力和粘滯力等的作用，肥皂膜的形狀和厚度會重新分布，因此并不會跟著旋轉(zhuǎn)90°，D錯誤。[答案]

AB[針對訓練]1．鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，由此推測肥皂膜前后兩個面的側(cè)視形狀應當是

(

)解析：薄膜干涉為前后兩個面反射回來的光發(fā)生干涉形成干涉條紋，在入射光為復色光時，出現(xiàn)彩色條紋，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大，由于干涉條紋的間距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度變化越來越大，故C正確，A、B、D錯誤。答案：C

2．(2023·攀枝花高二檢測)如圖所示是用干涉法檢查某塊

厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用單色光是用

普通光通過濾光片產(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的下表面解析：干涉法的原理是利用單色光的薄膜干涉，這里的薄膜指的是樣板與待測玻璃板之間的空氣層。在空氣層的上表面和下表面分別反射的光會發(fā)生干涉，觀察干涉后形成的條紋是否為平行直線，可以判斷厚玻璃板的上表面是否平整。因此選項C是正確的。答案：C

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——三種干涉條紋的比較1．(選自魯科版新教材“物理聊吧”)同一實驗裝置，用不同的色光來做雙縫干涉實驗，所產(chǎn)生的干涉條紋是不同的。下圖是由三種色光產(chǎn)生的干涉條紋，請比較它們有什么異同，并說明原因。

科學探究——光的干涉條件的探究2．(選自粵教版新教材“觀察與思考”)如圖所示，將一支激光筆發(fā)出的光照射在雙縫上，雙縫平行于屏，在屏上觀察到了什么？如果將兩支同樣的激光筆射向屏上的同一個地方，又觀察到了什么現(xiàn)象？提示：(1)用一支激光筆照射在雙縫上，在光屏上會觀察到明暗相間的條紋。(2)將兩支同樣的激光筆射向屏的同一個地方，只看到一片亮斑，看不到明暗相間的條紋。

科學態(tài)度與責任——增反膜3．(選自粵教版新教材課后練習)登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴重地損傷視力，有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計一種“增反膜”，以減小紫外線對眼睛的傷害，他選用的薄膜材料的折射率為n＝1.5，所要消除的紫外線的頻率為ν＝8.1×1014Hz。(1)他設(shè)計的這種“增反膜”所依據(jù)的是什么原理？(2)這種“增反膜”的厚度至少是多少？答案：(1)見解析(2)1.23×10－7m二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間

的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標x的變化圖像，

可能正確的是