新教材高中物理第四章光第3節(jié)光的干涉課件新人教版選擇性必修第一冊(cè)

第四章

光第3節(jié)

光的干涉課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.觀察光的干涉現(xiàn)象。2.了解光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。3.知道光的干涉現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。1.物理觀念：知道光的干涉現(xiàn)象和干涉條件，并能從光的干涉現(xiàn)象中說明光是一種波。⒉科學(xué)思維：理解楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)亮暗條紋產(chǎn)生的條件。了解薄膜干涉現(xiàn)象，并了解薄膜干涉的應(yīng)用。

頻率、相位和振動(dòng)方向總是相同

要點(diǎn)三薄膜干涉通常而言，不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，來自前后兩個(gè)面的反射光的路程差不同。在某些位置，這兩列波疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)了_________；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現(xiàn)了_________③。亮條紋暗條紋①（1）兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能否觀察到光的干涉現(xiàn)象？[提示]不能。兩只手電筒射出的光束在空間相遇，不滿足光發(fā)生干涉的條件，不能觀察到光的干涉現(xiàn)象。（2）在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用白光作光源，在兩條狹縫上，一個(gè)用紅色濾光片（只允許通過紅光）遮擋，一個(gè)用綠色濾光片（只允許通過綠光）遮擋，屏上還有干涉條紋嗎？[提示]屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，因?yàn)殡p縫分別用紅、綠濾光片遮擋后，透過的兩束光頻率不相等，就不是相干光源了，不會(huì)再發(fā)生干涉。（3）發(fā)生雙縫干涉時(shí)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？[提示]來自兩個(gè)光源的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。②（1）請(qǐng)敘述公式中各個(gè)物理量的含義。

（2）用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，條紋有什么特點(diǎn)？[提示]用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，從紅光到紫光其波長(zhǎng)由大到小，它們的干涉條紋間距也是從大到小。屏中央各色光都得到加強(qiáng)，混合成白色，但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色，而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅。③（1）觀察薄膜干涉的條紋時(shí)，是在光源的同一側(cè)還是另一側(cè)？[提示]同一側(cè)。薄膜干涉是光照在薄膜上時(shí)，前后兩個(gè)面的反射光疊加形成的。（2）薄膜干涉條紋有什么特點(diǎn)？[提示]用單色光照射得到明暗相間的條紋，用白光照射得到彩色條紋。

探究點(diǎn)一

光的雙縫干涉自制雙縫干涉的方法如圖所示，將兩片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上劃出不同間隙的雙縫；讓激光束通過自制的雙縫，觀察在光屏上出現(xiàn)的現(xiàn)象。保持雙縫到光屏的距離不變，換用不同間隙的雙縫，雙縫的間隙越小，屏上明暗相間的條紋間距如何變化？1.雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏。2.單縫屏的作用獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況，如果用激光直接照射雙縫，

C規(guī)律總結(jié)明暗條紋的判斷方法判斷屏上某點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源（雙縫）的路程差與波長(zhǎng)的比值。路程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋。1.（多選）雙縫干涉部分實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置使得光屏上可以見到清晰的干涉條紋，關(guān)于干涉條紋的情況，下列敘述正確的是(

)A.若將光屏向右平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋B.若將光屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將不會(huì)發(fā)生變化C.若將光屏向上平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋D.若將光屏向上平移一小段距離，屏上的干涉條紋將不會(huì)發(fā)生變化ACD[解析]雙縫干涉發(fā)生后，并不只在光屏處有干涉圖樣，而是在雙縫右側(cè)的空間，只要通過雙縫后，在兩列光相遇的地方疊加都能發(fā)生光的干涉現(xiàn)象，并且仍很清晰。

AC

探究點(diǎn)二

薄膜干涉及其應(yīng)用很多攝影愛好者在掃描貼在玻璃板表面的底片時(shí)常會(huì)在掃描后的圖像上看到一圈圈明暗相間的光環(huán)，如圖所示。這就是光的干涉現(xiàn)象——牛頓環(huán)。你知道牛頓環(huán)是怎樣形成的嗎？[提示]牛頓環(huán)是薄膜干涉現(xiàn)象，用一個(gè)曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸，在日光下或用白光照射時(shí)，可以看到接觸點(diǎn)為一暗點(diǎn)，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環(huán)；而用單色光照射時(shí)，則表現(xiàn)為一些明暗相間的單色圓環(huán)。這些圓環(huán)的距離不等，隨離中心點(diǎn)的距離的增加而逐漸變窄。它們是由球面上和平面上反射的光線相互干涉而形成的干涉條紋。1.薄膜干涉的成因如圖所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加，若兩列波疊加后互相加強(qiáng)，則出現(xiàn)亮紋；在另一些地方，疊加后互相減弱，則出現(xiàn)暗紋。故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋；若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋。2.薄膜干涉的應(yīng)用（1）檢查平面的平滑度

AD

[解析]干涉圖樣是由薄膜的前后面反射的光形成的，因此要順著入射光的方向觀察，即人應(yīng)位于金屬絲圈的左側(cè)，A正確，B錯(cuò)誤；在轉(zhuǎn)動(dòng)金屬絲圈的過程中，由于重力作用，同一水平高度的薄膜厚度是相同的，故薄膜的厚度不變，故反射光的光程差也不會(huì)發(fā)生變化，故產(chǎn)生的干涉條紋圖樣保持不變，C錯(cuò)誤，D正確。易錯(cuò)提醒對(duì)薄膜干涉的理解薄膜干涉問題的關(guān)鍵是要弄清題設(shè)條件，并結(jié)合產(chǎn)生薄膜干涉現(xiàn)象的原因和條件來分析。薄膜干涉是光在薄膜前后兩個(gè)表面上反射的光相互疊加引起的，一般來說在不同厚度處的光程差不同，所以在不同厚度處薄膜的兩個(gè)表面反射的光干涉即形成干涉條紋。

B1.（多選）楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波，一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個(gè)光源，它們發(fā)出的光發(fā)生干涉，如圖所示，在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，如果放置光屏，則下列說法正確的是(

)ABC

[解析]波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動(dòng)加強(qiáng)，波峰與波谷疊加振動(dòng)減弱。

B

[解析]頻率越低，波長(zhǎng)越大，在干涉圖樣中相鄰兩暗條紋間的距離越大。

AA.一定含瓦斯 B.一定不含瓦斯C.不一定含瓦斯 D.無法判斷4.如圖所示是一豎立的肥皂液薄膜的橫截面，關(guān)于在豎直放置的肥皂膜上產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，下列說法不正確的是(

)CA.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光線在膜前后表面反射形成的兩列光波的疊加B.用藍(lán)光照射產(chǎn)生的干涉條紋間距比用黃光照射時(shí)產(chǎn)生的條紋間距窄C.干涉條紋間的亮紋是由于兩反射光疊加減弱產(chǎn)生的D.薄膜上干涉條紋基本上是水平的[解析]由于重力的作用，肥皂膜上薄下厚，干涉條紋的產(chǎn)生是由于光線在薄膜前后兩表面反射形成的兩列光波的疊加，故A正確；條紋間距與光的波長(zhǎng)成正比，由于藍(lán)光波長(zhǎng)短，故藍(lán)光條紋間距窄，故B正確；干涉條紋間的亮紋是由于兩反射光疊加增強(qiáng)產(chǎn)生的，故C錯(cuò)誤；薄膜的干涉是等厚干涉，同一條紋厚度相同，故條紋是水平的，故D正確。雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)1.單色光的干涉圖樣若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等。中央為亮條紋，兩相鄰亮條紋（或暗條紋）間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越大，條紋間距越大。2.白光的干涉圖樣若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的。這是因?yàn)椋海?）從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋；（2）兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋。

AA.丙圖可能為用紅光做實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)B.丙圖可能為用紫光做實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng)C.丙圖可能為用紫光做實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長(zhǎng)較短D.丙圖可能為用紅光做實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短[解析]根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，同一裝置產(chǎn)生的雙縫干涉圖樣中條紋的間距就越大。2.（多選）在光的雙縫干涉現(xiàn)象中，下列描述正確的是(

)A.用白光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，偏離中央亮條紋較遠(yuǎn)的是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光B.用白光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，偏離中央亮條紋較遠(yuǎn)的是波長(zhǎng)較短的光C.單色光雙縫干涉條紋中，相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的D.在雙縫干涉現(xiàn)象里，把入射光由波長(zhǎng)長(zhǎng)的光換成波長(zhǎng)短的光，相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變窄AD

C1.下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是(

)A.單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源B.雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源C.光屏上距兩縫的路程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋D.在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉發(fā)生B[解析]在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單縫的作用是獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況，雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的相干光源，A錯(cuò)誤，B正確；在兩個(gè)相干光源完全相同的情況下，光屏上距兩縫的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，C錯(cuò)誤；兩列光波只要相遇就會(huì)疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會(huì)發(fā)生光的干涉，用光屏接收只是為了方便觀察，D錯(cuò)誤。2.（多選）在單色光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中(

)A.兩列光波谷和波谷重疊處出現(xiàn)暗條紋B.兩列光波峰和波峰重疊處出現(xiàn)亮條紋C.兩個(gè)狹縫到光屏的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)亮條紋D.兩個(gè)狹縫到光屏的路程差是光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)暗條紋BC[解析]兩列光的波峰與波峰相遇處和波谷與波谷相遇處都出現(xiàn)亮條紋，故A錯(cuò)誤，B正確；兩個(gè)狹縫到光屏的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)亮條紋，是光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)暗條紋，故C正確，D錯(cuò)誤。

B

[解析]雙縫干涉中單縫的作用是獲得線光源，而線光源可以看作是由許多個(gè)點(diǎn)光源沿一條線排列組成的，這里觀察不到光的干涉現(xiàn)象是由于單縫太寬，得不到線光源，故B正確。4.（多選）以下是對(duì)一些生活現(xiàn)象的解釋，你認(rèn)為正確的是(

)A.太陽光下的肥皂泡呈現(xiàn)出五彩繽紛的顏色，是因?yàn)樘柟饨?jīng)肥皂液薄膜發(fā)生了干涉現(xiàn)象B.“海市蜃樓”是因?yàn)榇髿饷芏炔痪鶆?，物體反射的太陽光發(fā)生了色散現(xiàn)象C.用手把兩片無色透明的玻璃片捏在一起，陽光下能看到彩色花紋，是因?yàn)楣猱a(chǎn)生了干涉現(xiàn)象D.雨后會(huì)出現(xiàn)彩虹，是因?yàn)榘l(fā)生了干涉現(xiàn)象AC[解析]太陽光下的肥皂泡呈現(xiàn)出彩色條紋，這是光的薄膜干涉現(xiàn)象，故A正確；“海市蜃樓”是光的折射和全反射現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；將兩片玻璃片捏在一起，會(huì)看到許多彩色花紋，這是薄膜干涉現(xiàn)象，故C正確；雨后會(huì)出現(xiàn)彩虹，是光的色散現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。

C

BC

[解析]利用光的薄膜干涉來檢查平面的平滑情況，就是由標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被檢查平面間形成一個(gè)楔形的空氣薄層，用單色光從上面照射，入射光在空氣層的上、下表面反射形成兩列相干光源。如果被檢測(cè)的平面是平的，那么空氣層的厚度相同的各點(diǎn)的干涉條紋在一條直線上。若是被測(cè)平面的某處凹下去了，這時(shí)干涉條紋就不在一條直線上，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋。這是因?yàn)榘继幍膬墒瓷涔獾穆烦滩钭兇?，它只能與膜厚一些位置的兩反射光的路程差相同而形成同一級(jí)的條紋（路程差相同的干涉條紋為同一級(jí)，一般路程差大的干涉條紋級(jí)別高，路程差小的干涉條紋級(jí)別低），顯然凹處的級(jí)別增大，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋，故C正確。同理，若是被測(cè)平面某處凸起來了，則該處的干涉條紋將與膜薄一些位置的干涉條紋形成同一級(jí)別的條紋，故B正確。7.一個(gè)半徑較大的透明玻璃球體，截取其下面的一部分，然后將這一部分放到標(biāo)準(zhǔn)的水平