光的干涉
第4章 第3節(jié)
人教版高中物理選擇性必修1
板書設(shè)計(jì)
作業(yè)布置
拓展提高
課堂總結(jié)
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(jīng)常顯現(xiàn)出彩色條紋。這些彩色條紋或圖樣是怎樣形成的?
新知導(dǎo)入
思考:波的干涉形成條件？波的干涉圖樣的特點(diǎn)？
新知講解
思考討論：結(jié)合波的干涉的條件，簡述如何才能出現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象。
人們既然知道的波的特性，為什么日常生活中不易觀察到光波的干涉現(xiàn)象呢？ 如果光發(fā)生干涉，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？光的干涉圖樣是怎樣的？
新知講解
如何獲得相干波源
單色光
狹縫
新知講解
一、光的雙縫干涉
新知講解
光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)
在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光照射金屬檔板上的兩條平行的狹縫,在后面的屏上觀察光的干涉情況。
新知講解
圖樣特點(diǎn)
白光的雙縫干涉圖樣①明暗相間的彩色條紋；②中央為白色亮條紋；③在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。
單色光的雙縫干涉圖樣①明暗相間的條紋；②條紋間距相等；③同樣條件下，紅光條紋間距大
新知講解
1、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列光的頻率（顏色）相同。
2、形成明、暗條紋的條件
暗紋
亮紋
思考：決定明暗條紋的條件
新知講解
1、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,當(dāng)使用波長為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都是亮條紋 B.P是亮條紋,P1是暗條紋C.P是暗條紋,P1是亮條紋 D.P和P1都是暗條紋
B
課堂練習(xí)
解析:從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光,由題意,屏中央P到S1、S2距離相等,即由S1、S2分別射出的光到P的路程差為零,因此P處是亮紋中心,因而,無論入射光是什么顏色的光,波長多大,P處都是中央亮紋中心。而P1到S1、S2的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,則兩列光波到達(dá)P1時(shí)的振動情況完全一致,振動得到加強(qiáng),因此,出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)換用波長為400 nm的紫光時(shí),|P1S1-P1S2|=600 nm,則兩列光波到達(dá)P1時(shí)振動情況完全相反,即由S1、S2射出的光波到達(dá)P1時(shí)就相互削弱,因此,出現(xiàn)暗條紋。綜上所述,選項(xiàng)B正確。
課堂練習(xí)
M
∴可認(rèn)為△S1S2M是直角三角形
二、干涉條紋與波長的關(guān)系
思考：光的雙縫干涉條紋特征，如條紋間距、寬度等，能反映出光的波長、頻率等信息嗎?
新知講解
相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距：
當(dāng)兩列波的路程差為波長的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋
亮條紋中心的位置：
新知講解
當(dāng)雙縫間距d變小、雙縫屏與光屏間距L、入射光的波長λ等變大時(shí)，雙縫干涉的條紋將變寬。
思考：不同顏色的單色光產(chǎn)生的干涉條紋會有什么不同?請你作出猜想，請嘗試結(jié)合波的穩(wěn)定干涉圖樣進(jìn)行驗(yàn)證。
新知講解
2、關(guān)于光的干涉,下列說法正確的是 (　　)A.在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的B.在雙縫干涉現(xiàn)象中,把入射光由波長較長的紅光換成波長較短的紫光,相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變寬C.在雙縫干涉現(xiàn)象中,將綠光換為紅光,相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變寬D.在雙縫干涉現(xiàn)象中,入射光為白光時(shí)得到的彩色條紋為內(nèi)紅外紫
解析:在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;入射光的波長越長,相鄰兩個(gè)亮條紋的間距越大,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;由于各色條紋間距不同,且紅光條紋最寬,紫光條紋最窄,故除中間條紋外,前幾條彩色條紋應(yīng)為內(nèi)紫外紅,越往外由于重疊嚴(yán)重,沒有明顯干涉條紋,只是看到彩光,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
C
課堂練習(xí)
空氣
薄膜
三、薄膜干涉
薄膜前后兩個(gè)面的反射光發(fā)生了干涉
此處發(fā)生干涉現(xiàn)象
1、肥皂泡上的彩色條紋
新知講解
薄膜干涉現(xiàn)象形成的原因
相干光源：當(dāng)光照在薄膜上時(shí)，從膜的前后表面各反射回一列光波，這兩列波即是頻率相同的相干光波。形成原因：豎立的肥皂膜由于重力作用，形成上薄下厚的楔形，由于薄膜的厚度不同，這兩列光波的路程差不同。（1）當(dāng)路程差為波長的整數(shù)倍時(shí)，形成亮條紋；（2）當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，形成暗條紋。
新知講解
　　
2.增透膜
在透鏡表面涂上一層薄膜，當(dāng)薄膜的厚度等于入射光在薄膜中的波長的1/4時(shí)，從薄膜前后兩表面反射回來的光的路程差恰好等于半個(gè)波長，它們干涉相消，大大減小反射光的能量，增強(qiáng)了透射光的能量。
新知講解
3、關(guān)于薄膜干涉,下列說法正確的是(　　)A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在膜的前、后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.干涉條紋中的暗條紋是由于A項(xiàng)中所述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C.干涉條紋是等間距的平行線時(shí),說明薄膜的厚度處處相等D.觀察薄膜干涉條紋時(shí),應(yīng)在入射光的另一側(cè)觀察
解析:薄膜前、后兩個(gè)面反射的光波的光程不同,在一些地方,波峰(波谷)與波峰(波谷)相遇,相互加強(qiáng),出現(xiàn)亮條紋;在另一些地方,波峰(波谷)與波谷(波峰)相遇,相互削弱,出現(xiàn)暗條紋,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;干涉條紋是等間距的平行線時(shí),說明薄膜是理想的劈尖干涉,即薄膜厚度是均勻變化的,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;人眼觀察到的條紋是膜前、膜后反射光波疊加的結(jié)果,因此人應(yīng)與入射光在同一側(cè)觀察,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
A
課堂練習(xí)
1、關(guān)于薄膜干涉,下列說法正確的是(　　)A.只有厚度均勻的薄膜,才會發(fā)生干涉現(xiàn)象B.只有厚度不均勻的楔形薄膜,才會發(fā)生干涉現(xiàn)象C.厚度均勻的薄膜,會形成干涉條紋D.觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí),觀察者應(yīng)和光源在薄膜的同一側(cè)
解析:當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí),只要前后兩面反射回來的光波的光程差滿足振動加強(qiáng)的條件,就會出現(xiàn)明條紋,滿足振動減弱的條件就會出現(xiàn)暗條紋。要形成明暗相間的條紋,只有在薄膜厚度不均勻時(shí)才會出現(xiàn),但對薄膜的形狀沒有要求,因此選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí),不會出現(xiàn)干涉條紋,但能發(fā)生干涉現(xiàn)象,如果是復(fù)色光照射,這時(shí)某些顏色的光因干涉而減弱,另一些顏色的光因干涉而加強(qiáng),減弱的光透過薄膜,加強(qiáng)的光被反射回來,這時(shí)會看到薄膜的顏色是振動加強(qiáng)的光的顏色,但沒有形成干涉條紋,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。由薄膜干涉中相干光的來源可知,干涉的區(qū)域應(yīng)在入射光一側(cè),因此選項(xiàng)D正確。
D
拓展提高
2、兩盞普通白熾燈發(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.燈光的波長太短C.兩燈光的振動情況不同 D.電燈發(fā)出的光不穩(wěn)定
解析:一般情況下,兩個(gè)不同的光源發(fā)出的光或同一個(gè)光源的不同部分發(fā)出的光振動情況往往是不同的,由點(diǎn)光源發(fā)出的光或同一列光分出的兩列光其振動情況是相同的。
C
拓展提高
3、(多選)a光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示,若只將a光換成b光照射同一干涉儀,形成的光的干涉圖樣如圖乙所示。則下述正確的是(　 　)A.a光的頻率較大 B.b光的頻率較大C.a光的波長較大 D.b光的波長較大
解析:由干涉圖樣可知a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距,所以有λa>λb,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;根據(jù)f= 得fa

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3 光的干涉

版本： 人教版 (2019)

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