【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解光的干涉現(xiàn)象，了解光的干涉產(chǎn)生的條件。2．知道決定干涉條紋間距的條件，認(rèn)識(shí)出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的位置特點(diǎn)。3．了解薄膜干涉及其成因。4．知道光的干涉在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。
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。2．實(shí)驗(yàn)示意圖如圖所示
3．實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖，讓一束平行的________投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距______，兩條狹縫就產(chǎn)生兩個(gè)波源，它們的頻率、相位和振動(dòng)方向總是________，兩波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相______，發(fā)生干涉現(xiàn)象。4．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在屏上得到__________的條紋。5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論證明光是一種____。
1．亮條紋的條件屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半個(gè)波長(zhǎng)的________。2．暗條紋的條件屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的路程差正好是半個(gè)波長(zhǎng)的________。
干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系
3．干涉圖樣中條紋間距的計(jì)算在雙縫間的距離d和雙縫到光屏間的距離l不變的條件下，單色光產(chǎn)生的干涉條紋間距Δx(相鄰兩條亮條紋中心或相鄰兩條暗條紋中心間的距離)跟光的波長(zhǎng)λ成______，即Δx＝_____。
1．薄膜干涉中的獲得光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個(gè)面______的光是由同一個(gè)光波分解而成的，它們具有相同的______、恒定的相位差及振動(dòng)方向。2．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，在薄膜的不同位置，前后兩個(gè)面的反射光的________不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)____條紋；在另一些位置，兩列波疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)____條紋。
『判一判』(1)直接用強(qiáng)光照射雙縫，發(fā)生干涉。(　　)(2)兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能觀察到光的干涉現(xiàn)象。(　　)(3)若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋。(　　)(4)若用白光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋。(　　)(5)頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定。(　　)
『選一選』如圖所示，從兩只相同的手電筒射出的光，當(dāng)它們?cè)谀骋粎^(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是因?yàn)?　　)A．手電筒射出的光不是單色光B．干涉圖樣太細(xì)小看不清楚C．周圍環(huán)境的光太強(qiáng)D．這兩束光為非相干光源解析：兩束光為非相干光源，不滿足干涉產(chǎn)生的條件。
『想一想』很多攝影愛(ài)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。這就是光的現(xiàn)象——牛頓環(huán)。你知道牛頓環(huán)是怎樣形成的嗎？
提示：是由光的干涉形成的。
如圖所示，用單色光照射雙狹縫，在后面的屏上得到明暗相間的干涉條紋，請(qǐng)思考：為什么會(huì)出現(xiàn)雙縫干涉現(xiàn)象？
對(duì)光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的理解
提示：兩條狹縫相當(dāng)于兩個(gè)頻率、振動(dòng)方向相同，相位差恒定的光源，滿足相干條件。
1．雙縫干涉的裝置示意圖實(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。3．雙縫屏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。4．屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件頻率相同的兩列波在同一點(diǎn)引起的振動(dòng)的疊加，如亮條紋處某點(diǎn)同時(shí)參與的兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)總是一致，即振動(dòng)方向總是相同；暗條紋處振動(dòng)步調(diào)總相反。具體產(chǎn)生亮、暗條紋的條件為：
如圖所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)使用波長(zhǎng)為6×10－7 m的橙光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋。若使用波長(zhǎng)為4×10－7 m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，在P和P1點(diǎn)形成的亮、暗條紋的情況是(　　)A．P和P1點(diǎn)處都是亮條紋B．P點(diǎn)處是亮條紋，P1點(diǎn)處是暗條紋C．P點(diǎn)處是暗條紋，P1點(diǎn)處是亮條紋D．P和P1點(diǎn)處都是暗條紋
思路引導(dǎo)：根據(jù)橙光的干涉情況可以得知P點(diǎn)與S1、S2的距離之差和P1點(diǎn)與S1、S2的距離之差，根據(jù)距離之差與紫光波長(zhǎng)的關(guān)系，確定紫光的干涉情況。
1.某同學(xué)自己動(dòng)手利用如圖所示的器材，觀察光的干涉現(xiàn)象，其中，A為單縫屏，B為雙縫屏，C為像屏。當(dāng)他用一束陽(yáng)光照射到A上時(shí)，屏C上并沒(méi)有出現(xiàn)干涉條紋。他移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因，最大的可能是(　　)A．單縫S太窄B．單縫S太寬C．S到S1和S2距離不等D．太陽(yáng)光不能作光源
解析：本實(shí)驗(yàn)中，單縫S應(yīng)非常窄，才可看作“理想線光源”，也才能成功地觀察到干涉現(xiàn)象，移走B屏后，在C上出現(xiàn)一窄亮斑，說(shuō)明單縫S太寬，故B正確，A錯(cuò)誤；S到S1和S2距離不等時(shí)，也能出現(xiàn)干涉條紋，但中央不一定是亮紋，C錯(cuò)誤；太陽(yáng)光可以作光源，屏上將出現(xiàn)彩色條紋，D錯(cuò)誤。
如圖所示是幾種單色光的雙縫干涉圖樣，請(qǐng)問(wèn)：(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？(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：(1)相等　(2)不一樣
2．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，兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越大，條紋間距越大。3．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)?1)從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都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，即紅光的亮紋間寬度最大。紫光亮紋間寬度最小，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，而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅。
(2020·北京師大附中高二下學(xué)期期中)如圖(甲)所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，(乙)圖為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在屏上觀察到的條紋情況，a為中央條紋，(丙)圖為換用另一顏色的單色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的條紋情況，a′為中央亮條紋，則以下說(shuō)法正確的是(　　)
A．(丙)圖可能為用紅光實(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)圖可能為用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長(zhǎng)較短答案：A思路引導(dǎo)：求解該類題目需思考以下兩個(gè)問(wèn)題：(1)乙、丙兩圖中，哪個(gè)條紋間距較大？(2)雙縫干涉圖樣中條紋間距與單色光的波長(zhǎng)有什么關(guān)系？
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，由題意可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，因此B、C、D錯(cuò)，A對(duì)。
2. (2020·河北省石家莊二中高二下學(xué)期期中)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到如圖甲所示的條紋，僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如圖乙所示。他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是(　　)A．減小光源到單縫的距離 B．減小雙縫之間的距離C．減小雙縫到光屏之間的距離 D．換用頻率更高的單色光源
觀察薄膜干涉現(xiàn)象時(shí)，要在有光照的一側(cè)觀察還是在無(wú)光照的一側(cè)觀察？提示：在有光照的一側(cè)，因?yàn)楸∧じ缮媸乔昂髢蓚€(gè)面的反射光疊加后發(fā)生的干涉。
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．薄膜干涉及其應(yīng)用(1)薄膜干涉的形成：入射光經(jīng)薄膜上表面反射后得第一束光，折射光經(jīng)薄膜下表面反射，又經(jīng)上表面折射后得第二束光，這兩束光在薄膜的同側(cè)，由同一入射振動(dòng)分出，是相干光，屬分振幅干涉。(2)用干涉法檢查平面平整度：如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果被檢測(cè)表面某處凹下，則對(duì)應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中P條紋所示；
如果某處凸起來(lái)，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中Q所示。(注：“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指由左到右的位置順序上)
對(duì)“增透”的理解：如果用宏觀的思維方式來(lái)理解，兩束反射光相互抵消，并沒(méi)有增加透射光的強(qiáng)度，因此，此過(guò)程只是“消反”，卻不能“增透”。其實(shí)光的干涉將引起整個(gè)光強(qiáng)分布的改變，但總的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增強(qiáng)。增透膜正是通過(guò)“消反”來(lái)確?！霸鐾浮钡?。
(多選)把一個(gè)平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入(如圖)，這時(shí)可以看到亮暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說(shuō)法中正確的是(　　)A．將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)使劈角變小時(shí)，條紋變疏B．將薄片向著劈尖移動(dòng)使劈角變大時(shí)，條紋變疏C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng)D．將上玻璃板平行上移，條紋遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)
思路引導(dǎo)：因?yàn)闂l紋的位置與薄膜厚度相對(duì)應(yīng)，所以同一厚度的空氣薄膜移動(dòng)的方向就是條紋移動(dòng)的方向。解析：A對(duì)，B錯(cuò)：從空氣膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，發(fā)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)干涉條紋，所以此條紋是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光疊加后形成的。當(dāng)將薄片向著劈尖移動(dòng)使劈角變大時(shí)，相鄰亮條紋間距變小，所以干涉條紋會(huì)變密；若將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)使劈角變小時(shí)，相鄰亮條紋間距變大，所以干涉條紋會(huì)變疏。C對(duì)，D錯(cuò)：將上玻璃板平行上移，導(dǎo)致滿足亮條紋光程差的間距向劈尖移動(dòng)，因此條紋向著劈尖移動(dòng)。
3.如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂泡薄膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖像應(yīng)是圖中的(　　)
解析：鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng)，那么這一水平線上同一厚度處光波會(huì)加強(qiáng)，所以干涉條紋應(yīng)是基本水平的。
易錯(cuò)點(diǎn)：對(duì)光的干涉條件認(rèn)識(shí)不清 教室內(nèi)兩盞相同的普通白熾燈發(fā)出的光相遇時(shí)，我們觀察不到干涉條紋，這是因?yàn)?　　)A．兩盞燈亮度不同B．燈光的波長(zhǎng)太短C．兩燈光的振動(dòng)頻率不同D．電燈發(fā)出的光不穩(wěn)定
易錯(cuò)分析：生活中任何兩個(gè)獨(dú)立發(fā)光的光源產(chǎn)生的光在空間相疊加都不會(huì)產(chǎn)生干涉，這是由物體的發(fā)光機(jī)理決定的，即任何兩個(gè)獨(dú)立的光源都不是相干光源。光的相干條件中，中學(xué)主要考查的是頻率，頻率相同是光發(fā)生干涉的必要條件，要注意從題目中挖掘。正確解答：本題雖然強(qiáng)調(diào)兩盞相同的白熾燈，但它們發(fā)出的光仍然頻率不同。不滿足干涉產(chǎn)生的條件，看不到干涉圖樣，所以C項(xiàng)正確，A、B、D三項(xiàng)都是錯(cuò)誤的。
1．(2020·江西省新余一中高二下學(xué)期月考)如圖所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二暗條紋，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(shí)，則同側(cè)第二暗條紋的位置(　　)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
2．(多選)(2021·山東省濟(jì)南外國(guó)語(yǔ)學(xué)校高二調(diào)研)如圖所示，一束復(fù)色光從空氣射入玻璃中，得到a、b兩條折射光線，以下說(shuō)法正確的是(　　)A．折射光a的波長(zhǎng)小于折射光b的波長(zhǎng)B．兩束光在相遇區(qū)域會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象C．如果讓兩束光分別在同一點(diǎn)通過(guò)同一個(gè)雙縫發(fā)生干涉，則所得干涉條紋間的距離Δxa

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3 光的干涉

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