肥皂膜看起來常常是彩色的，雨后公路積水上面漂浮的油膜，也經常顯現出彩色條紋。
理解光的干涉條紋形成的原理，認識干涉條紋的特征。
認識光的干涉現象及產生干涉的條件。
知道薄膜干涉是是如何產生的，了解薄膜干涉的現象及技術上的應用。
演示實驗：在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光照射金屬擋板上的兩條平行的狹縫，在后面的屏上觀察光的干涉情況。
物理史實：1801年，英國物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現象。
楊氏雙縫實驗被評為十大最美麗實驗之一。
實驗過程：如圖，讓一束平行的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相距很近，兩條狹縫就產生兩個光源，它們的振動情況總是相同的，兩光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加。
實驗現象：在屏上得到明暗相間的條紋。
實驗結論：證明光是一種波。
中央亮條紋形成的原因：
由于從S1S2發(fā)出的光是振動情況完全相同，又經過相同的路程到達P點，其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的也一定是波峰，其中一條光傳來的是波谷，另一條傳來的也一定是波谷，確信在P點激起的振動總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A＝A1+A2為最大，P點總是振動加強的地方，故應出現亮紋，這一條亮紋叫中央亮紋。
取P點上方的點P1，從S1S2發(fā)出的光到P1點的光程差不同，若這個光程差正好等于波長的整數倍，比如δ= S2P1－S1P1=λ，出現第一條亮紋。
屏上P1點的上方還可以找到δ= S2P2－S1P2=2λ的P2點出現第二條亮紋。
屏上P2點的上方還可以找到δ= S2P3－S1P3=3λ的P3點，δ= S2P4－S1P4=4λ的P4點……等處的第三條、第四條……亮紋；在中央明紋P的下方可找到δ= S2P1’－S1P1’=λ的P1’點，δ= S2P2’－S1P2’=2λ的P2’點，δ= S2P3’－S1P3’=3λ的P3’點等處與中央明紋為對稱的第一、第二、第三…，第n條亮紋。
第三亮紋及其它亮紋的形成的原因：
關于中央亮紋對稱的亮紋：
第二暗紋及其它暗紋形成的原因：
故亮紋和暗紋相間出現：
光程差：δ=S2P1－S1P1
（ n=0、1、2、）
例1.（2022·全國·高二期末）煤礦中瓦斯爆炸危害極大。某同學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，他設計了一種利用光的干涉監(jiān)測礦井瓦斯的儀器，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?，以下說法正確的是（　?。偃绻恋恼醒肴允橇翖l紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯②如果屏的正中央是暗條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，可能含有瓦斯③如果屏上干涉條紋不停地移動，說明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定④只有用單色光照射單縫時，才可能在屏上出現干涉條紋A．①③ B．②③ C．②④ D．①④
【答案】B【詳解】①．若B中氣體含有瓦斯，光經過兩容器時折射率不同，光速不同，到達屏正中央的光程差可能是波長的整數倍，也可能是半波長的奇數倍，所以屏的正中央可能是亮條紋，也可能是暗條紋，故屏的正中央為亮條紋時，B中氣體可能含有瓦斯，也可能不含瓦斯，故①錯誤；②．如果屏的正中央是暗條紋，必有光程差，說明B中的氣體與A中的氣體成分不相同，可能含瓦斯，故②正確；③．如果屏上干涉條紋不停地移動，說明光程差不穩(wěn)定，即B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定，故③正確；④．無論用單色光還是白光照射單縫時，都能在屏上出現干涉條紋，故④錯誤。故選B。
1?。?022·全國·高二專題練習）某同學利用如圖所示實驗觀察光的干涉現象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，C為光屏。當讓一束陽光照射A屏時，C屏上并沒有出現干涉條紋，移走B后，C上出現一窄亮斑。分析實驗失敗的原因可能是（　?。〢．單縫S太窄B．單縫S太寬C．S到S1和S2距離不相等D．陽光不能作為光源
【答案】B【詳解】雙縫干涉實驗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點光源沿一條線排列組成的，單縫的寬度應比較小，由題意知，這里觀察不到光的干涉現象是由于單縫太寬，得不到線光源。故選B。
干涉條紋的間距(條紋寬度)
條紋間距△x：相鄰兩條亮紋（或暗紋）中心之間的距離叫做條紋間距。
亮（暗）紋間距的公式推導
如圖所示，雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點為P 。對屏上與P距離為x的一點 P1，兩縫與P1的距離P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
在線段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，則S2M＝r2－r1，
因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
有：δ=r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ) ①
x＝ltan θ≈lsin θ ②
當兩列波的路程差為波長的整數倍，即
相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為:
雙縫干涉亮（暗）紋間距的公式
相鄰明（暗）紋間的距離大小的影響因素：
雙縫與屏間的距離 l :l越大，相鄰的亮紋間距越大
波長λ:波長越大，相鄰的亮紋間距越大
雙縫之間的距離d:d越小，相鄰的亮紋間距越大
不同單色光干涉條紋寬度
保持L、d不變，用不同的單色光進行實驗紅光的條紋間距最大，紫光的最小。
①相同介質中，不同的光波長不同：λ紅>λ橙>λ黃>λ綠>λ青>λ藍>λ紫
②不同顏色的光頻率不同：f紅Δx紫
①明暗相間的彩色條紋；②中央為白色亮條紋；③干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；④在每條彩色亮紋中紅光總是在外側，紫光在內側。
例2.（2022·福建福州·高二期中）如圖所示，在雙縫干涉實驗中，若單色光源S到兩縫、距離相等，則屏上中央亮條紋位于圖中O處?，F將光源S向上移動到示意圖中的位置，則（　?。〢．中央亮條紋向下移動，且條紋間距不變B．中央亮條紋向上移動，且條紋間距不變C．中央亮條紋向下移動，且條紋間距減小D．中央亮條紋向上移動，且條紋間距增大
2　（2022·遼寧朝陽·高三階段練習）下列說法正確的是（????）A．光波可以在真空中傳播，聲波不能在真空中傳播B．在光導纖維中傳送圖像，這是利用光的衍射C．頻率相同的光在不同介質中傳播的波長相同D．白光通過雙縫后產生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的頻率不同
由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上薄下厚的楔形。
光從薄膜的前后兩個表面反射出來兩個光波，這兩列光波的頻率相同，產生干涉。
光程差為波長的整數倍，形成亮條紋。
光程差為半波長的奇數倍，形成暗條紋。
白光照射時是彩色條紋。
薄膜干涉的應用——增透膜：
因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。
在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)。當薄膜的厚度適當時，在薄膜的兩個表面上反射路程差恰好等于半個波長，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。
薄膜干涉的應用——檢查表面的平整程度
取一個透明的標準樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋
注：薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當于一張紙片的厚度
如果被檢表面是平的，產生的干涉條紋就是平行的,如圖（b）所示；如果觀察到的干涉條紋如圖（c）所示，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。這種測量精度可達10-6cm。
薄膜干涉的應用——牛頓環(huán)
將一塊半徑很大的平凸透鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，二者之間便形成類似劈尖形的空氣層。用單色平行光垂直照射，在空氣層上表面兩束反射光干涉，產生的干涉條紋稱牛頓環(huán)。
空氣薄膜厚度相同處光程差相同，所以牛頓環(huán)為一系列同心圓環(huán)。
例3.（2022·全國·高二課時練習）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1中，讓單色光從上方射入，這時從上方看可以看到明暗相間的條紋，下列說法正確的是（　?。〢．圖1中將薄片向著劈尖方向移動使劈角變大時，條紋變疏B．圖1中將樣板微微平行上移，條紋疏密不變C．在圖1中如果看到的條紋如圖2所示，說明被檢平面在此處是凸起D．圖3中鍍了增透膜的鏡頭看起來是有顏色的，那是增透了這種顏色的光的緣故
【答案】B【詳解】A．當將薄片向著劈尖方向移動使劈角變大時，相鄰亮條紋或暗條紋中心間距變小，所以干涉條紋會變密，故A錯誤；B．將樣板平行上移，導致原來滿足亮條紋光程差的間距向劈尖移動，因此出現條紋向著劈尖移動，但條紋疏密不變，故B正確；C．從彎曲的條紋可知，此處檢查平面左邊處的空氣膜厚度與右面的空氣膜厚度相同，知此處凹陷，故C錯誤；D．照相機、望遠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度，這種膜稱為增透膜，這是利用了光的干涉現象，同時鍍膜鏡頭看起來是有顏色的是因該種顏色的光沒有增透造成的，故D錯誤。故選B。
3?。?022·湖北·武漢市武鋼三中高二期中）G1、G2為放在水平面上的高度略有差別的兩個長方體，為了檢查這兩個長方體的上表面是否相互平行，檢測員用一塊標準的平行透明平板T壓在G1、G2的上方，T與G1、G2支架分別形成尖劈形空氣層，如圖所示。G1、G2的上表面與平板的夾角分別為α和β，P為平板T上表面上的一點。用單色光從上方照射平板T，G1、G2的上方都能觀察到明顯的干涉條紋，可以推知（??）A．若α＝β，則G1上方的干涉條紋間距小于G2上方的干涉條紋間距B．若α＞β，則G1上方的干涉條紋間距小于G2上方的干涉條紋間距C．若將G1、G2的間距縮短些，則G1上方的干涉條紋分布變得更密D．若在P處用較小的力下壓平板T，則G1G2上方的干涉條紋分布都變稀疏
1.（2022·重慶巴蜀中學高三階段練習）下列說法正確的是（　?。〢．太陽鏡表面的增反膜，利用了薄膜干涉原理B．光導纖維的內芯材料的折射率比外套材料的折射率小C．楊氏雙縫干涉實驗中，在距離雙縫的路程差為波長奇數倍處呈現暗條紋D．物體做受迫振動達到穩(wěn)定后，其振動頻率一定大于驅動力頻率
【答案】A【詳解】A．太陽鏡的增反膜利用了薄膜干涉的原理，故A正確；B．由全反射條件知光導纖維的內芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故B錯誤；C．楊氏雙縫干涉實驗中，在距離雙縫的路程差為半波長奇數倍處呈現暗條紋，故C錯誤；D．物體做受迫振動達到穩(wěn)定后，其振動頻率等于驅動力頻率，故D錯誤。故選D。
2.（2022·全國·高二單元測試）如圖甲所示，a、b兩束激光分別通過同一套雙縫干涉裝置，它們的第5條亮條紋分別在屏上的Pa點和Pb點，則___________（填“a”或“b”）激光的波長較長；如圖乙所示，由a、b兩束激光組成的復合光通過三棱鏡后形成兩條光線，則光線___________（填“ I”或“II”）是a激光的傳播光路，___________（填“a”或“b”）激光在三棱鏡中傳播速度較大。
3.（2022·廣東·佛山市南海區(qū)九江中學高三階段練習）如圖所示，將肥皂膜所附著的金屬橢圓形線圈豎直放置，用單色光照此肥皂膜時可以觀測到如圖所示條紋，這是光的_______（選填“干涉”或“衍射”）現象；用紫光照射產生的條紋比紅光照射時產生的條紋___________（選填“窄”或“寬”）；若用白光照射，可以觀測到________（選填“黑白”或“彩色”）條紋。
【答案】干涉???? 窄???? 彩色條紋【詳解】在重力作用下肥皂膜形成上薄下厚的形態(tài)，所以此時觀察的條紋為干涉條紋。相鄰干涉條紋對應的光程差為波長，即干涉條紋與波長正相關，而紫光的波長小于紅光的波長，所以在薄膜厚度變化相同的情況下，用紫光照射產生的干涉條紋比紅光照射產生的條紋窄。白光為復色光，所以觀察到的條紋為彩色的。
4.（2022·全國·高二課時練習）如圖所示為用同一雙縫干涉實驗裝置得到的甲、乙兩種單色光的干涉條紋，下列有關兩種單色光的說法正確的是（　?。〢．甲光的波長小于乙光的波長B．甲光在真空中的傳播速率大于乙光在真空中的傳播速率C．若甲光是黃光，乙光可能是紅光D．若兩種單色光以相同的入射角由空氣進入同種介質，甲光的折射角較大

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3 光的干涉

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