人教版高中物理選擇性必修第一冊(cè)第四章3光的干涉課件

3．光的干涉第四章

光整體感知·自我新知初探[學(xué)習(xí)任務(wù)]

1．知道光的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)光干涉條紋的特征。2．了解薄膜干涉，了解其應(yīng)用。3．知道形成干涉的過(guò)程，體會(huì)干涉的條件，能判斷條紋間距的變化。4．經(jīng)歷光的雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探究的意義。5．通過(guò)對(duì)干涉圖樣及干涉現(xiàn)象的應(yīng)用，體會(huì)物理知識(shí)之美。[問題初探]

問題1．是誰(shuí)成功觀察到了光的干涉現(xiàn)象，開始讓人們認(rèn)識(shí)到光的波動(dòng)性？問題2．光的干涉的條件是什么？問題3．相鄰亮紋之間的距離是由什么決定的？[自我感知]經(jīng)過(guò)你認(rèn)真的預(yù)習(xí)，結(jié)合你對(duì)本節(jié)課的理解和認(rèn)識(shí)，請(qǐng)畫出本節(jié)課的知識(shí)邏輯體系。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成1．物理史實(shí)1801年，英國(guó)物理學(xué)家__________成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，開始讓人們認(rèn)識(shí)到光的波動(dòng)性。知識(shí)點(diǎn)一光的雙縫干涉托馬斯·楊2．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：讓一束平行的____光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個(gè)波源，它們的頻率、相位和振動(dòng)方向總是____的，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____現(xiàn)象。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在屏上得到________的條紋。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光是一種__。單色相同干涉明暗相間波

整數(shù)亮條紋奇數(shù)暗條紋在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，將同一光源的光穿過(guò)雙縫，可在后方的屏上觀察到明暗相間的干涉圖樣。問題是否可以使用兩個(gè)相同型號(hào)的燈泡代替雙縫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？為什么？提示：不可以。兩束光為非相干光。1．雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏。

(1)單縫的作用：獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況。(2)雙縫的作用：平行光照射到單縫S上，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動(dòng)情況完全一致的相干光。2．屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件頻率相同、振動(dòng)步調(diào)相同的兩列光疊加時(shí)：(1)產(chǎn)生亮條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即|PS1－PS2|＝kλ(k＝0，1，2，…)，k＝0時(shí)，PS1＝PS2，此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級(jí)亮條紋。k為亮條紋的級(jí)次。

【典例1】

(雙縫干涉實(shí)驗(yàn))某同學(xué)利用如圖所示實(shí)驗(yàn)觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，C為光屏。當(dāng)讓一束陽(yáng)光照射A屏?xí)r，C屏上并沒有出現(xiàn)干涉條紋，移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因可能是(

)√A．單縫S太窄B．單縫S太寬C．S到S1和S2距離不相等D．陽(yáng)光不能作為光源B

[雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中單縫的作用是獲得線光源，而線光源可以看成是由許多個(gè)點(diǎn)光源沿一條線排列組成的，單縫的寬度應(yīng)比較小，由題意知，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，故選項(xiàng)B正確。]【典例2】

(產(chǎn)生亮、暗條紋的條件)如圖所示，這是楊氏雙縫干涉的示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，屏上O點(diǎn)到兩縫S1和S2的距離相等。用波長(zhǎng)為λ的激光照射雙縫，屏上有明暗相間的干涉條紋，把O處的亮條紋記作第0號(hào)亮紋，由O處條紋向上數(shù)分別為1，2，3，…號(hào)亮紋，8號(hào)亮紋恰好在P處，則S2P－S1P為(

)A．4λ B．5λC．8λ D．10λ√C

[出現(xiàn)亮條紋的條件是光程差滿足Δx＝nλ，當(dāng)n＝1時(shí)，出現(xiàn)1號(hào)亮紋……n＝8時(shí)，出現(xiàn)8號(hào)亮紋，故有S2P－S1P＝8λ，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。]

知識(shí)點(diǎn)二干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系雙縫雙縫到屏光不同最大小小如圖所示是幾種單色光的雙縫干涉圖樣，請(qǐng)問：?jiǎn)栴}1單色光干涉時(shí)相鄰兩亮條紋的間距和相鄰兩暗條紋的間距相等嗎？提示：相等。問題2用不同顏色的光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)干涉圖樣完全一樣嗎？提示：不一樣，條紋間距不同。1．雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)(1)單色光的干涉圖樣①中央為亮條紋。②其余條紋為明暗相間的條紋，且相鄰條紋間距相等。③波長(zhǎng)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(shí)，某些區(qū)域的光相互加強(qiáng)，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(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互間隔，即亮、暗條紋相互間隔。3．光的干涉條件(1)兩列光的頻率相同。(2)兩列光的振動(dòng)方向相同。(3)兩列光的相位差恒定或相位總相同。

特別提醒

(1)對(duì)于同一干涉裝置和同一單色光，條紋之間的距離相等。(2)對(duì)于同一干涉裝置和不同顏色的光，條紋之間的距離與光波的波長(zhǎng)成正比。對(duì)于同一干涉裝置，所用光波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋之間的距離越大，即用紅光時(shí)條紋之間的距離最大，用紫光時(shí)條紋之間的距離最小?！镜淅?】

(雙縫干涉圖樣)如圖甲所示的是研究光的干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，狹縫S1、S2的間距d可調(diào)，狹縫到屏的距離為L(zhǎng)。同一單色光垂直照射在狹縫上，實(shí)驗(yàn)中在屏上得到了如圖乙所示圖樣(圖中陰影部分表示暗條紋)。下列說(shuō)法正確的是(

)A．圖乙中雙縫干涉圖樣的亮條紋，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后變成暗條紋B．僅減小狹縫S1、S2的間距d，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距增大C．僅增加L，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距減小D．若S1、S2到屏上P點(diǎn)的距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，則P點(diǎn)處是亮條紋√

A．λ1<λ2，M是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置B．λ1<λ2，N是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置C．λ1>λ2，M是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置D．λ1>λ2，N是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置√

1．定義：薄膜前后兩個(gè)面的______相互疊加，發(fā)生的干涉。2．形成原因不同位置的液膜，____不同，因此在膜上不同的位置，來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光的______不同。(1)在某些位置，兩列波疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)__條紋。(2)在另一些位置，兩列波疊加后相互削弱，出現(xiàn)__條紋。知識(shí)點(diǎn)三薄膜干涉反射光提醒：眼睛與光源在膜的同一側(cè)，觀察的是從膜前、后兩表面反射回來(lái)的光，不是透過(guò)膜的光。厚度路程差亮暗3．彩色條紋形成的原因由于不同顏色的光的____不同，薄膜上不同顏色光的條紋的____也不同，相互交錯(cuò)，看上去會(huì)有彩色條紋。4．應(yīng)用(1)在光學(xué)元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，增加光的____或反射。(2)檢測(cè)鏡面或其他精密的光學(xué)平面的______。波長(zhǎng)位置透射平滑度如圖所示，在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜。問題1觀察上圖可知通過(guò)這層液膜觀察到的燈焰的像與下面的哪幅圖相符？提示：圖乙。問題2這是光的什么現(xiàn)象？提示：薄膜干涉。1．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，前、后兩個(gè)面的反射光的路程差等于相應(yīng)位置膜厚度的2倍，在某些位置，兩列波疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現(xiàn)暗條紋。2．薄膜干涉的應(yīng)用(1)檢查平面的平整程度如圖所示，被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個(gè)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。若被檢查平面是平的，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；若被檢查平面某些地方不平，此處空氣膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲。

【典例5】

(亮、暗紋產(chǎn)生的原因)如圖所示，把酒精燈(燈芯上撒有食鹽)放在肥皂液膜前，從液膜上可觀察到明暗相間的條紋，能解釋這一現(xiàn)象產(chǎn)生原因的是下列選項(xiàng)中的(圖中實(shí)線、虛線為光照射到液膜上時(shí)，從液膜的前、后表面分別反射形成的兩列波)(

)A

BC

D√C

[由于重力的作用，肥皂液膜形成了上薄下厚的薄膜，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；波峰與波峰、波谷與波谷疊加的點(diǎn)，出現(xiàn)亮條紋，波峰與波谷疊加的點(diǎn)，出現(xiàn)暗條紋，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。]【典例6】

(薄膜干涉的應(yīng)用)利用薄膜干涉的原理可以檢查平面的平整度和制成鏡頭增透膜。圖甲中，讓單色光從上方射入，這時(shí)從上方看可以看到明暗相間的條紋，下列說(shuō)法正確的是(

)A．圖甲中將薄片向著劈尖方向移動(dòng)使劈角變大時(shí)，條紋變疏B．圖甲中將樣板微微平行上移，條紋疏密不變C．在圖甲中如果看到的條紋如圖乙所示，說(shuō)明被檢查平面在此處是凸起D．圖丙中鍍了增透膜的鏡頭看起來(lái)是有顏色的，那是增透了這種顏色的光的緣故√B

[當(dāng)將薄片向著劈尖方向移動(dòng)使劈角變大時(shí)，相鄰亮條紋或暗條紋中心間距變小，所以干涉條紋會(huì)變密，故A錯(cuò)誤；將樣板微微平行上移，導(dǎo)致原來(lái)滿足亮條紋光程差的間距向劈尖移動(dòng)，因此出現(xiàn)條紋向著劈尖移動(dòng)，但條紋疏密不變，故B正確；從彎曲的條紋可知，此處檢查平面左邊的空氣膜厚度與右邊的空氣膜厚度相同，知此處凹陷，故C錯(cuò)誤；照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面鍍了一層透光的膜，可以增大某種光的透射強(qiáng)度，這種膜稱為增透膜，這是利用了光的干涉現(xiàn)象，同時(shí)鍍膜鏡頭看起來(lái)是有顏色的是因該種顏色的光沒有被增透造成的，故D錯(cuò)誤。]規(guī)律方法

薄膜干涉條紋形狀與厚度的關(guān)系(1)“等厚線”：在光的薄膜干涉中，同一亮紋或同一暗紋所在位置的厚度相等，因此又叫等厚干涉。(2)“疏緩密陡”：條紋越稀疏，厚度變化越慢；條紋越密集，厚度變化越快。(3)“凸厚則薄，凸薄則厚”：干涉條紋凸向厚的位置，說(shuō)明此處較??；干涉條紋凸向薄的位置，說(shuō)明此處較厚?！窘逃谩溥x例題】

(雙縫干涉中光的傳播和光的折射)(2020·山東卷)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點(diǎn)為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長(zhǎng)為λ的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過(guò)玻璃片傳播到O點(diǎn)，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點(diǎn)，由S1到O點(diǎn)與由S2到O點(diǎn)，光傳播的時(shí)間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對(duì)該波長(zhǎng)光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計(jì)光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是(

)

√

應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)1．在光的雙縫干涉現(xiàn)象里，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)的紅光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)較短的紫光C．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，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變寬√A

[條紋間距與光的波長(zhǎng)成正比，在可見光中，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，紫光波長(zhǎng)最短，故偏離中央亮條紋最遠(yuǎn)的是紅光，A正確，B錯(cuò)誤；雙縫干涉現(xiàn)象中，相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋是等間距的，C錯(cuò)誤；紅光的波長(zhǎng)比紫光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，所以換成紫光后，相鄰兩亮條紋間距將變窄，D錯(cuò)誤。]2．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)為5×10-7m的黃光照射雙縫。已知兩縫間的間距為0.3mm，雙縫到光屏的距離為1.2m，光屏上P點(diǎn)到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10-7m，則下列說(shuō)法中正確的是(

)A．P點(diǎn)出現(xiàn)的是亮條紋，相鄰