高中物理选修3-4--133-光的干涉-课件.ppt

1、13.3 13.3 光的干涉光的干涉光到底是什么？光到底是什么？1717世纪明确形成了两世纪明确形成了两大对立学说大对立学说牛牛顿顿惠惠更更斯斯微粒说微粒说波动说波动说1919世纪初证明了波世纪初证明了波动说的正确性动说的正确性由于波动说没有数由于波动说没有数学基础以及牛顿的学基础以及牛顿的威望使得微粒说一威望使得微粒说一直占上风直占上风爱因斯坦在爱因斯坦在2020世纪初世纪初提出了光子说提出了光子说麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说光的波粒二象性光的波粒二象性1 1、装置特点、装置特点：双缝双缝S S1 1、S S2 2的距离很近，缝很窄的距离很近，缝很窄 用单色激光用单色激光 双缝（双孔）：相当

2、于两个振动情况完全相同的光源，双缝（双孔）：相当于两个振动情况完全相同的光源，称之为称之为相干光源相干光源一、杨氏双缝干涉实验一、杨氏双缝干涉实验双缝双缝屏屏S S1 1S S2 2激激光光2.2.产生干涉的条件：由产生干涉的条件：由振动情况完全相同的光源振动情况完全相同的光源发出的光互相叠加，才发出的光互相叠加，才能干涉现象。双缝干涉实验中，狭缝能干涉现象。双缝干涉实验中，狭缝S S1 1、S S2 2相当于两个振动情况总是相同的相当于两个振动情况总是相同的波源。波源。两个独立光源发出的光，不可能是相干波源。必须是同一点光源（或线光源）发两个独立光源发出的光，不可能是相干波源。必须是同一点光

3、源（或线光源）发出的一束光分成两束，才能得到相干光。出的一束光分成两束，才能得到相干光。不是相不是相干光源干光源1 1）装置特点）装置特点：双缝很近双缝很近 0.1mm0.1mm 双缝双缝S S1 1、S S2 2与单缝与单缝S S的距离相等的距离相等 2 2）滤色片作用：滤色片作用：获得单色光获得单色光 单缝的作用单缝的作用：是获得线光源：是获得线光源 双缝的作用双缝的作用：获得相干光源：获得相干光源单单缝缝双双缝缝红滤色片红滤色片S S1 1S SS S2 2屏幕屏幕杨氏双缝干涉：杨氏双缝干涉：分分波面法获得相干光源波面法获得相干光源普通普通光源光源3 3、杨氏双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实

4、验单色光双缝干涉图样条纹的特点单色光双缝干涉图样条纹的特点：问题：（问题：（1 1）为什么会出现这样的图象？）为什么会出现这样的图象？（2 2）怎样用波动理论进行解释？）怎样用波动理论进行解释？双缝干涉（红光）实验现象双缝干涉（红光）实验现象结论：光是一种波结论：光是一种波!4 4、实验结果：、实验结果：（1 1）明暗相间明暗相间 （2 2）条纹等宽等距）条纹等宽等距（3 3）条纹亮度相同）条纹亮度相同（4 4）两缝两缝S S1 1、S S2 2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹中垂线与屏幕相交位置是亮条纹-中央亮纹中央亮纹观察到了稳定的干涉图样观察到了稳定的干涉图样p pS S *S S1 1S

5、S2 2P P=r=r1 1-r-r2 2 由于从由于从S S1 1S S2 2发出的光是振动情况完发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达全相同，又经过相同的路程到达P P点，点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在信在P P点激起的振动，振幅点激起的振动，振幅A AA A1 1+A+A2 2为为最大，最大，P P点总是振动加强的地方，故应点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹出现亮纹，这一条亮纹

6、叫中央亮纹P P中中央央亮亮纹纹双缝双缝S S1 1S S2 2屏幕屏幕 P P点在点在S S1 1、S S2 2的垂直平分线上的垂直平分线上二、现象分析：二、现象分析：在点光源发出的光的某一波面上，在点光源发出的光的某一波面上，取两个子波源，他们发出的光可产生取两个子波源，他们发出的光可产生干涉现象，此法称为干涉现象，此法称为分波面法分波面法。如杨。如杨氏双缝干涉实验。氏双缝干涉实验。(两波同出一源两波同出一源）P P1 1 第一亮纹第一亮纹双缝双缝S S1 1S S2 2屏幕屏幕S S1 1S S2 2P P1 1 由于从由于从S S1 1S S2 2发出的光是振动情况完全相同，又经过的路

7、程相差发出的光是振动情况完全相同，又经过的路程相差到达到达P P1 1点，同样引起同相振动，在点，同样引起同相振动，在P P1 1点激起的振动，振幅点激起的振动，振幅A AA A1 1+A+A2 2仍为最大，仍为最大，P P1 1点也总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹一级亮纹点也总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹一级亮纹21rrP P1 1 第一暗纹第一暗纹S S1 1S S2 2P P1 1 双缝双缝S S1 1S S2 2屏幕屏幕 由于从由于从S S1 1S S2 2发出的光是振动情况完全相同，经过的路程相差发出的光是振动情况完全相同，经过的路程相差/2/2到达到达P

8、P2 2点，引起反相振动，在点，引起反相振动，在P P2 2点激起的振动，点激起的振动，振幅振幅A AA A1 1-A-A2 2仍为最小，仍为最小，P P2 2点点总是振动削弱的地方，故应出现暗纹，这一条暗纹叫一级暗纹总是振动削弱的地方，故应出现暗纹，这一条暗纹叫一级暗纹22212rr双双缝缝S1S2屏屏幕幕P1 第一亮纹第一亮纹 =P 中央亮纹中央亮纹 =0P2 第二亮纹第二亮纹 =2P3/第二亮纹第二亮纹 =2P3/第一亮纹第一亮纹 =Q2 第二暗纹第二暗纹Q 1 第一暗纹第一暗纹Q3 第三暗纹第三暗纹Q3/第三暗纹第三暗纹Q2/第二暗纹第二暗纹Q1/第一暗纹第一暗纹=5/2=/2=3/2

9、=5/2=3/2=/2总总结结规规律律sinxddl路程差路程差2.2.相邻干涉条纹间距：相邻干涉条纹间距：d dlxdlxkd(21)2lxkdlxdS1S2P1Plr1r2dx对应屏上位置=(2k1)21.1.出现加强、减弱点的条件：出现加强、减弱点的条件：路程差路程差 （k=1,2,3,k=1,2,3,）路程差路程差 （k=0,1,2,k=0,1,2,）亮纹亮纹暗纹暗纹k 相邻明（暗）纹间的距离大小的相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：影响因素：双缝之间的距离双缝之间的距离d:d:双缝与屏间的距离双缝与屏间的距离 l:S1S2P1Pl波长越大，相邻的亮纹间距越大波长越大，相邻的亮纹间距

10、越大波长波长:d d越小，相邻的亮纹间距越大越小，相邻的亮纹间距越大L L越大，相邻的亮纹间距越大越大，相邻的亮纹间距越大相邻亮纹间距计算公式：相邻亮纹间距计算公式：lxd 各色光在真空中的波长各色光在真空中的波长光的光的颜色颜色波长波长nm光的光的颜色颜色波长波长nm红红770620绿绿580490橙橙620600蓝靛蓝靛490450黄黄600580紫紫450400红光波长最大，紫光波长最小红光波长最大，紫光波长最小lxd dxl白白光光红红光光700nm红蓝蓝光光470nm蓝亮暗相间彩色条纹亮暗相间彩色条纹(2)(2)白光的干涉图样是：白光的干涉图样是：中央是白色条纹，两侧中央是白色条纹，

11、两侧是彩色条纹是彩色条纹(1)(1)单色光的干涉图样是：单色光的干涉图样是：明暗相间的条纹，相邻明纹明暗相间的条纹，相邻明纹的间距相同，强弱相同的间距相同，强弱相同3.3.光的干涉条纹的特点光的干涉条纹的特点:13.413.4实验：实验：用双缝干涉测量光的波长用双缝干涉测量光的波长 如下图所示，与两缝之间的距离如下图所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略，两缝忽略，两缝S1 S2的连线的中垂线与屏的交点为的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离，双缝到屏的距离OP0=L。实验原理实验原理r1r2屏上屏上P P1 1与与P P0 0点的距离

12、点的距离x x，两缝到，两缝到P P1 1的距离分别为的距离分别为 P P1 1S S1 1=r=r1 1 P P1 1S S2 2=r=r2 2.在在P P1 1S S2 2上作上作P P1 1M=PM=P1 1S S1 1,于是于是 S S2 2M=rM=r2 2-r-r1 1由于两缝之间的距离远小于缝到屏的距离，所以可近似认为三角形由于两缝之间的距离远小于缝到屏的距离，所以可近似认为三角形S S1 1S S2 2M M是直是直角三角形，根据三角三角形，根据三角函数的关系，角函数的关系，有有 r r2 2-r-r1 1=dsindsin另一方面另一方面 x=x=LtanLsinLtanLs

13、inr1r221.dkk0,1,2,3,x.rrd.xk.xLLddxLL 因此有当两列波的路程差为波长的整数倍即时才会出现亮条纹也就是说 亮条纹中心的位置为相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距x.x,d,Lx,LddL根据双缝干涉中条纹间距得已知双缝间距再测出双缝到屏的距离 和条纹间距就可以求得光波的波长中中间间亮亮纹纹第第二二条条亮亮纹纹第第一一条条亮亮纹纹第第一一条条亮亮纹纹第第二二条条亮亮纹纹第第一一条条暗暗纹纹第第一一条条暗暗纹纹第第二二条条暗暗纹纹第第三三条条暗暗纹纹第第二二条条暗暗纹纹第第三三条条暗暗纹纹XXXXXX实验目的：实验目的：1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；、了解光波

14、产生稳定的干涉现象的条件；2、观察双缝干涉图样；、观察双缝干涉图样；3、测定单色光的波长。、测定单色光的波长。dxl lxd实验原理：实验原理：单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距距x、双缝间距、双缝间距d、双缝到屏的距离、双缝到屏的距离L、单色光的波长、单色光的波长满足：满足：实验器材：实验器材：双缝干涉仪、米尺、测量头。双缝干涉仪、米尺、测量头。）如图，把长约）如图，把长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏；另一端装有毛玻璃屏；2

15、）取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴）取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏线照亮屏(中心在同一高度中心在同一高度);3）装好单缝和双缝）装好单缝和双缝(缝沿竖直方向缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉4）在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样；）在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样；5）调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条）调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第记为第1条条

16、)亮纹中心亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度对齐，记下此时测量头刻度X1，将测量头朝右端移动，记下第，将测量头朝右端移动，记下第 n 条条亮纹中心位置亮纹中心位置X2；则第；则第1条亮纹与第条亮纹与第 n 条亮纹中心间距为条亮纹中心间距为a=X2-X1，则相邻亮纹间距为：则相邻亮纹间距为：计算红光的波长。计算红光的波长。xdl 1axn 215XXx d=xL测量头测量头分划板中心分划板中心刻线与条纹刻线与条纹的中心对齐的中心对齐例题与练习例题与练习1、某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间距为距为d，双缝到屏的距离为，双缝到

17、屏的距离为L,将测量头的分划板中心刻线与某一将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所示示,此时的示数此时的示数x1=mm。然后转动测量头，。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第使分划板中心刻线与第n亮条纹的中心对齐，亮条纹的中心对齐，测出第测出第n亮条纹示数为亮条纹示数为x2。由以上数据可求得。由以上数据可求得该光的波长表达式该光的波长表达式 =。（用给出的字母符号表示）。（用给出的字母符号表示）。0.77602530 2035mm21()(1)d xxl n2在杨氏双缝干涉实验中，如果（在杨

18、氏双缝干涉实验中，如果（）（A）用白光作为光源）用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹屏上将呈现黑白相间的条纹（B）用红光作为光源）用红光作为光源,屏上将呈现红黑相间的条纹屏上将呈现红黑相间的条纹（C）用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹）用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹（D）用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹）用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹B D紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹,即间距不等的条纹，即间距不等的条纹，D对对。解析：

19、白光作杨氏双缝干涉实验白光作杨氏双缝干涉实验,屏上将呈现彩色条纹屏上将呈现彩色条纹,A错错用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；错；3 3、在在用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长的实验中，装置如图，的实验中，装置如图，双缝间的距离双缝间的距离d=3mm （1）若测定红光的波长，应选用）若测定红光的波长，应选用 色的滤光片，实验时需要测定色的滤光片，实验时需要测定的物理量有：的物理量有：和和 。红红双缝到屏的距离双缝到屏

20、的距离Ln条条纹间距条条纹间距a光源光源滤光片滤光片单缝单缝双缝双缝遮光筒遮光筒屏屏a（2）若测得双缝与屏之间距离）若测得双缝与屏之间距离0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第）观察第1条亮纹的条亮纹的位置如图（位置如图（a）所示，观察第）所示，观察第5条亮纹的位置如图（条亮纹的位置如图（b）所示，则可求出）所示，则可求出红光的波长红光的波长=m.（保留一位有效数字）（保留一位有效数字）01015200400101 234 5图（a）图（b）710-7 解解:m103mm3m7003 d,.L由读数得m10506mm65004 .a则m10625115m10506144 .nax 由公式m107m700103106251734 .Ldx