人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案3：4 3 光的干涉

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE14.3光的干涉〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.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。2.理解楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)亮暗條紋產(chǎn)生的條件。3.了解薄膜干涉現(xiàn)象，并了解薄膜干涉的應(yīng)用?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗要點(diǎn)一光的雙縫干涉讓一束單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2要點(diǎn)二干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx=ld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)了亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現(xiàn)了暗條紋③。自主思考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？（2）在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用白光作光源，在兩條狹縫上，一個用紅色濾光片（只允許通過紅光）遮擋，一個用綠色濾光片（只允許通過綠光）遮擋，屏上還有干涉條紋嗎？（3）發(fā)生雙縫干涉時觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？②（1）請敘述公式中各個物理量的含義。（2）用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，條紋有什么特點(diǎn)？③（1）觀察薄膜干涉的條紋時，是在光源的同一側(cè)還是另一側(cè)？（2）薄膜干涉條紋有什么特點(diǎn)？名師『點(diǎn)石成金』1.1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。2.當(dāng)兩個光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時（即恰好等于波長的整數(shù)倍時），兩列光在這點(diǎn)相互加強(qiáng)，這里出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)兩個光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩列光在這一點(diǎn)相互削弱，這里出現(xiàn)暗條紋。3.相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx=ldλ，已知雙縫間距d，再測出雙縫到屏的距離l和條紋間距〖課堂探究〗探究點(diǎn)一光的雙縫干涉情景1.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線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏。托馬斯·楊那時沒有激光，因此他用強(qiáng)光照射一條狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫產(chǎn)生相干光。3.雙縫屏的作用平行光照射到單縫S上，又照射到雙縫S1、S24.屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件（1）亮條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍。即|P（2）暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍。即|P5.干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx=ld例1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0.6μm，若分別用頻率為f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的x單色光aA.單色光a和b分別照射時，均出現(xiàn)亮條紋B.單色光a和b分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋C.單色光a照射時出現(xiàn)亮條紋，單色光b照射時出現(xiàn)暗條紋D.單色光a照射時出現(xiàn)暗條紋，單色光b照射時出現(xiàn)亮條紋規(guī)律方法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)到兩個光源（雙縫）的路程差與波長的比值。路程差等于波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋。探究點(diǎn)二薄膜干涉及其應(yīng)用情景2.很多攝影愛好者在掃描貼在玻璃板表面的底片時常會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？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）檢查平面的平滑度如圖所示，被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個楔形的空氣薄膜，用單色光照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋。被檢查平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里空氣膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲。（2）光學(xué)鏡頭上的增透膜光學(xué)鏡頭表面常常鍍一層透光的膜稱為增透膜。因增透膜的厚度為入射光在薄膜中波長的14，從介質(zhì)膜前后兩個面反射的光的路程差為λ2例2(多選)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖a是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上灑些鹽)，圖b是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。下面說法正確的是()A.若要觀察到圖b中的干涉圖樣，人應(yīng)位于金屬絲圈的左側(cè)B.若要觀察到圖b中的干涉圖樣，人應(yīng)位于金屬絲圈的右側(cè)C.若將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)沿順時針方向緩慢旋轉(zhuǎn)某一角度，則觀察到的現(xiàn)象是干涉條紋沿順時針方向旋轉(zhuǎn)D.若將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)沿順時針方向緩慢旋轉(zhuǎn)某一角度，則觀察到的現(xiàn)象是干涉條紋圖樣保持不變規(guī)律方法對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表面反射的光干涉即形成干涉條紋。〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.（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()A.A點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋 B.B點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋C.C點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋 D.C點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋2.如圖所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二條暗條紋，改用頻率較低的單色光重做上述實(shí)驗(yàn)（其他條件不變）時，則同側(cè)第二條暗條紋的位置()A.仍在P處 B.在P點(diǎn)上方C.在P點(diǎn)下方 D.要將屏向雙縫方向移近一些才能看到3.瓦斯在隧道施工、煤礦采掘中危害極大，某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是他根據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一個監(jiān)測儀，其原理如圖所示，在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B，容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛?。如果屏的正中央O點(diǎn)變?yōu)榘导y，說明B中氣體()A.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()A.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

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗①〖答案〗（1）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）屏上不會出現(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，不會再發(fā)生干涉。（3）來自兩個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〖答案〗（1）公式中Δx指的是相鄰亮條紋或暗條紋的間距，d指的是雙縫間距，l指的是雙縫到屏的距離，λ指的是光的波長。（2）用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，從紅光到紫光其波長由大到小，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，而且同一級條紋內(nèi)紫外紅。③〖答案〗（1）同一側(cè)。薄膜干涉是光照在薄膜上時，前后兩個面的反射光疊加形成的。（2）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?！颊n堂探究〗情景1.〖答案〗相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx=Ldλ，保持雙縫到光屏的距離L例1〖答案〗C〖解析〗單色光a的波長λ1=cf1=3×1085.0×1014m=0.6×10-6m=0.6μm，單色光b的波長λ2=cf2=3×108情景2.〖答案〗牛頓環(huán)是薄膜干涉現(xiàn)象，用一個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，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，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。例2〖答案〗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錯誤；在轉(zhuǎn)動金屬絲圈的過程中，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發(fā)生變化，故產(chǎn)生的干涉條紋圖樣保持不變，C錯誤，D正確?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗ABC〖解析〗波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動加強(qiáng)，波峰與波谷疊加振動減弱。2.〖答案〗B〖解析〗頻率越低，波長越大，在干涉圖樣中相鄰兩暗條紋間的距離越大。3.〖答案〗A〖解析〗如果屏的