1、3光的干涉自主阅读自我检测一、光的双缝干涉通过实验观察,认识光的干涉现象,理解光是一种电磁波。1.双缝干涉实验的物理学史1801年,英国物理学家最早成功地观察到了光的干涉现象,这就是历史上著名的杨氏双缝干涉实验。2.双缝干涉实验的过程让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两条狭缝相距很近。如果光是一种波,狭缝就成了两个波源,它们的频率、相位和振动方向总是相同的。两波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,发生干涉现象;来自两个光源的光在一些位置相互加强,在另一些位置相互削弱,在屏上得到明暗相间的条纹。托马斯杨自主阅读自我检测3.光发生干涉的条件两列光的频率相同,振动方向相同,相位差恒定且
2、双缝间的间距必须很小。4.双缝干涉实验中出现明暗条纹的条件(1)亮条纹:当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时),两列光在这点相互加强,这里出现亮条纹;(2)暗条纹:当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时,两列光在这一点相互削弱,这里出现暗条纹。5.双缝干涉实验的意义:证明了光是一种波。自主阅读自我检测二、干涉条纹和光的波长之间的关系1.条纹间距和光的波长的关系在双缝实验中,单色光的波长为,双缝中心之间的距离为d,两缝的连线到屏的距离为l,如图所示,则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距x=.2.各种颜色的光都会发生干涉,用红、黄、蓝光分别做双缝干
3、涉实验,条纹间距最大的是光,条纹间距最短的是光。红蓝自主阅读自我检测三、薄膜干涉1.成因竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚、上面薄,因此在膜上不同位置,来自前后两个面的反射光所走的路程差不同。在某些位置,光波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了暗条纹。2.应用(1)检查平面的平滑度。(2)光学元件表面的增透膜或反射膜。自主阅读自我检测1.正误判断(1)两只完全相同的灯泡发出的光能产生干涉现象。()(2)用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光。()(3)水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果。()解析:不符合相干光源的条件,因此不
4、能产生干涉现象。自主阅读自我检测2.关于薄膜干涉,下列说法正确的是()A.干涉条纹的产生是由于光在膜的前、后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B.干涉条纹中的暗条纹是由于A项中所述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C.干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧观察自主阅读自我检测答案:A解析:薄膜前、后两个面反射的光波的光程不同,在一些地方,波峰(波谷)与波峰(波谷)相遇,相互加强,出现亮条纹;在另一些地方,波峰(波谷)与波谷(波峰)相遇,相互削弱,出现暗条纹,故选项A正确,选项B错误;干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜是理想的劈尖干涉,即薄膜
5、厚度是均匀变化的,故选项C错误;人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果,因此人应与入射光在同一侧观察,故选项D错误。问题一问题二问题三当堂检测双缝干涉实验原理透析情境探究波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的,是波的特性。产生稳定干涉现象的条件是有相干波源频率相等、振动方向相同、相位差恒定的两列波,干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和“减弱区”。在1801年英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象,这对研究光的本性提供了什么样的帮助作用?要点提示:光的干涉现象的发现,从实验的角度证实光是一种波。问题一问题二问题三当堂检测知识归纳1.双缝干涉实验
6、的装置示意图:实验装置如图所示,有光源、单缝、双缝和光屏。(1)单缝屏的作用:获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况。(2)双缝屏的作用:平行光照射到单缝S上,又照射到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动方向相同、相位差恒定的相干光。问题一问题二问题三当堂检测2.屏上某处出现亮、暗条纹的条件:频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致,即振动方向总是相同;暗条纹处振动步调总是相反。具体产生亮、暗条纹的条件:(1)亮条纹产生的条件:屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即|PS1-PS2|=k=2
7、k(k=0,1,2,3,)k=0时,PS1=PS2,此时P点位于屏上的O处,为亮条纹,此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。k为亮条纹的级次。(2)暗条纹产生的条件:屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1-PS2|=(2k-1)(k=1,2,3,),k为暗条纹的级次,从第1级暗条纹开始向两侧展开。问题一问题二问题三当堂检测双缝干涉的条件必须是相干光源,且双缝间的间距必须很小。问题一问题二问题三当堂检测典例剖析例题1双缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为610-7m的橙光做实验时,光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为410-7m的紫光重复上述实验,在P
8、和P1点形成的亮、暗条纹的情况是()A.P和P1都是亮条纹B.P是亮条纹,P1是暗条纹C.P是暗条纹,P1是亮条纹D.P和P1都是暗条纹问题一问题二问题三当堂检测答案:B解析:从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P的路程差为零,因此P处是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P处都是中央亮纹中心。而P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600nm=橙,则两列光波到达P1时的振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。当换用波长为400nm的紫光时,|P1S
9、1-P1S2|=600nm=紫,则两列光波到达P1时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项B正确。问题一问题二问题三当堂检测规律方法 分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤(1)明确光在真空(或空气)中的波长。(2)由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹。(3)根据明条纹的判断式r=k(k=0,1,2,)或暗条纹的判断式r=(2k+1)(k=0,1,2,),判断出k的取值,从而判断条纹数。问题一问题二问题三当堂检测变式训练1(多选)线光源a发出的光波长为480nm,线光源b发出的光波长为672nm,则()A.用a做双缝实验
10、,屏上与双缝距离差为s1=1.68m的P处将出现暗纹B.用b做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.68m的P处将出现亮纹C.用a做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.44m的Q处将出现亮纹D.用b做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.44m的Q处将出现亮纹答案:AC问题一问题二问题三当堂检测可见,用a、b两光源做双缝实验时,屏上P处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍,均为暗纹,故选项A正确,B错误;用a做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差恰等于半波长的偶数倍,Q处应为亮纹,选项C正确;用b做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差不等于半波长的偶数倍,选项D错误。问题一问题二问题三当堂检测双缝
11、干涉图样的特点情境探究如图所示,几种单色光的双缝干涉图样,请问:(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗?(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗?要点提示:(1)相等。(2)不一样。问题一问题二问题三当堂检测知识归纳1.相邻明条纹(或暗条纹)间的距离x与入射光波长之间的定量关系推导如下图所示,双缝间距d,双缝到屏的距离l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P,两缝与P的距离PS1=r1,PS2=r2。在线段PS2上作PM=PS1,则S2M=r2-r1,因dl,三角形S1S2M可看作直角三角形。则:r2-r1=dsin(令S
12、2S1M=)。另x=ltanlsin,问题一问题二问题三当堂检测2.单色光的干涉图样(1)若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等。(2)用不同的单色光做双缝干涉实验,得到的条纹之间的距离不一样,但都是明暗相间的单色条纹。由x=知,红光波长最长,x最大,紫光波长最短,x最小。问题一问题二问题三当堂检测3.白光的干涉图样若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的。这是因为:(1)从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹。各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的亮条纹间距宽度最大,紫光的亮
13、条纹间距宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹。双缝干涉的相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测典例剖析例题2如图甲为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时,在屏上观察到的条纹情况,a为中央亮条纹,丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况,a为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长,
14、紫光的波长最短。则以下说法正确的是()A.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短D.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测答案:A解析:根据双缝干涉图样的特点,入射光的波长越长,同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大。由本题的条件可确定另一
15、种颜色的单色光比绿光的波长长,因此A正确,B、C、D错误。规律方法 对干涉条纹间距的理解干涉条纹间距是两个相邻的同类条纹中线间的距离,既可以是两相邻亮条纹中线间的距离,也可以是两相邻暗条纹中线间的距离。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测变式训练2关于光的干涉,下列说法正确的是()A.在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B.在双缝干涉现象中,把入射光由波长较长的红光换成波长较短的紫
16、光,相邻两个亮条纹间距将变宽C.在双缝干涉现象中,将绿光换为红光,相邻两个亮条纹间距将变宽D.在双缝干涉现象中,入射光为白光时得到的彩色条纹为内红外紫第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测答案:C解析:在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,故选项A错误;入射光的波长越长,相邻两个亮条纹的间距越大,故选项B错误,C正确;由于各色条纹间距不同,且红光条纹最宽,紫光条纹最窄,故除中间条纹外
17、,前几条彩色条纹应为内紫外红,越往外由于重叠严重,没有明显干涉条纹,只是看到彩光,选项D错误。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测薄膜干涉现象及其应用情境探究在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同?如果用白光做实验情况又会如何?要点提示:灯焰的像由明暗相间的水平条纹
18、组成。如果用白光做实验,肥皂膜上会出现彩色条纹。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测知识归纳1.薄膜干涉的成因及特点(1)形成原因由薄膜的前、后表面的反射光叠加而成明、暗相间条纹。如果膜的厚度为h,折射率为n,前、后表面的反射光的路程差为2h。若满足2h为膜中波长的整数倍时,该处出现亮条纹;满足2h为膜中半波长的奇数倍时,该处出现暗条纹。(2)特点:因为在同一水平高度处,薄膜的厚度相同,从前、后两表面反
19、射的光的路程差均相同,如果此时两反射光互相加强,则此高度水平方向各处均加强,因此,明暗相间的干涉条纹应为水平方向。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测2.应用(1)等倾法检查平面平整度如图所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光照射时,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气厚度相同的地方,两列波的路程差相同,两列
20、波叠加时互相加强或减弱的情况相同,因此若被测面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测平面不平整。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测(2)增透膜原理:为了减少光学装置中的反射光的损失,可在元件表面涂一层透明薄膜,一般是氟化镁。如图所示,在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波,相互叠加,当路程差为半波长的奇数倍时,在两个表面反射的光产生相消干涉,反射光的能量几乎等于零。透
21、射光的能量得到加强。厚度:一般取最小厚度d满足2d=(此波长为光在该种介质中的波长)。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测特征:由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相消。因为人对绿光最敏感,一般选择对绿光起增透作用的膜,所以在反射光中绿光强度几乎为零,而其他波长的光并没有完全抵消,尤其是与绿光波长相差较大的紫光,所以增透膜呈现淡紫色。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人
22、教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测典例剖析例题3图甲为用薄膜干涉检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。若待检板的上表面平整,则当平行的单色光照射到标准板上时,可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。若观察到的条纹如图乙所示,则说明待检板的上表面()A.有一个凸起的圆台B.有一个凹陷的圆坑C.有一个沿ab方向凸起的高台D.有一个沿ab方向凹陷的沟第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张
23、PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测答案:B解析:由薄膜干涉原理知,如果被检玻璃板表面是平整的,则干涉条纹疏密均匀,薄膜同一厚度处出现同一条纹,相邻干涉条纹的光程差等于入射光的波长。从图乙所示情况来看,明条纹向左弯曲,说明弯曲处光程差与该条纹上其他位置的光程差相同,因此弯曲处比原薄膜厚,即玻璃表面向下凹陷,选项A、C不正确。如果有一个沿ab方向凹陷的沟,那么所有条纹都应向同一方向弯曲,因此不是选项D所说的情况。本题正确选项为B。技巧点拨 这类题目要抓住“任意一条明(或暗)条纹所在位置下面的薄膜厚
24、度相等”进行判断。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测变式训练3劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等。(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现将甲图装置中的纸片抽
25、去一张,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,则条纹()A.变疏B.变密C.不变D.消失第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测答案:A解析:根据形成明条纹的条件可知,相邻明条纹对应的路程差等于入射光的波长。抽去一张纸片,样板的倾角变小,要使相邻明条纹对应的路程差仍等于入射光的波长,则样板上条纹间的距离将会增大,即干涉条纹将变疏。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册
26、课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测1.关于薄膜干涉,下列说法正确的是()A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象C.厚度均匀的薄膜,会形成干涉条纹D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在薄膜的同一侧第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测答案
27、:D解析:当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两面反射回来的光波的光程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。要形成明暗相间的条纹,只有在薄膜厚度不均匀时才会出现,但对薄膜的形状没有要求,因此选项A、B错误。当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但能发生干涉现象,如果是复色光照射,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些颜色的光因干涉而加强,减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,这时会看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但没有形成干涉条纹,故选项C错误。由薄膜干涉中相干光的来源可知,干涉的区域应在入射光一侧,因此选项D正确。第四章3光的干涉2020-2021【新教
28、材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测2.两盏普通白炽灯发出的光相遇时,我们观察不到干涉条纹,这是因为()A.两盏灯亮度不同B.灯光的波长太短C.两灯光的振动情况不同 D.电灯发出的光不稳定答案:C解析:一般情况下,两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的,由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT
29、)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测3.在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),已知红光与绿光频率、波长均不相等,这时()A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册
30、课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测答案:C解析:两列光波发生干涉的条件之一是频率相等,利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率不等,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹,但因有红光和绿光通过第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)问题一问题二问题三当堂检测4.(多选)a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示,若只将a光换成b光照射同一干涉仪,形成的光的干涉图样如图乙所示。则下述正确的是()A.a光的频率较大B.b光的频率较大C.a光的波长较大D.b光的波长较大答案:BC解析:由干涉图样可知a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距,所以有ab,选项C正确,D错误;根据f=得fafb,选项A错误,B正确。第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)第四章3光的干涉2020-2021【新教材】人教版（2019）高中物理选修第一册课件(共41张PPT)
