教科版 (2019)選擇性必修 第一冊4 光的干涉圖片ppt課件

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1.知道光的雙縫干涉現(xiàn)象和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件。(物理觀念)2.理解亮暗條紋的成因及出現(xiàn)亮暗條紋的條件。(科學思維)3.掌握干涉條紋間距和光的波長之間的關(guān)系。(科學思維)4.了解薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用。(科學思維)
基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學以致用·隨堂檢測全達標
一、雙縫干涉1.雙縫干涉實驗(1)實驗:如圖所示,讓一束平行的紅色激光投射到一個有兩條狹縫的擋板上,兩狹縫相距很近,兩狹縫就成了兩個波源,它們的振動情況總是相同的,兩個波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加。(2)現(xiàn)象:屏幕上得到了　　　　　　　　的條紋。?(3)結(jié)論:證明光是一種波。 因為干涉是波特有的現(xiàn)象
2.出現(xiàn)亮、暗條紋的條件
(2)光干涉的必要條件是兩列光的　　　　相同。能發(fā)生干涉的兩束光稱為相干光。?
二、薄膜干涉1.定義由薄膜兩個表面　　　　回來的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。?2.應(yīng)用(1)檢查平面的　　　　　　　　。?(2)光學鏡頭上的　　　　　　。?
情境鏈接在公路積水表面的油膜上可以看到彩色的條紋,這些彩色條紋是如何形成的?
提示 由薄膜干涉造成的。白光照射在油膜表面,被薄膜前、后表面反射的兩列反射波疊加,形成干涉條紋。由于白光中的各色光波長不同,發(fā)生干涉后的條紋間距不同,薄膜上就會出現(xiàn)彩色花紋。
教材拓展閱讀教材P111“發(fā)展空間”——“增透膜與反射膜”,完成下列問題。如圖所示,增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波,相互疊加,當路程差為半波長的奇數(shù)倍時,兩個表面反射的光互為反向,相互抵消,從而使反射的兩列光波產(chǎn)生相消干涉,反射光的能量幾乎等于零。如果用白光照到膜上,能全部相互抵消嗎?
提示 不能。厚度d滿足2d= (此波長為光在該種介質(zhì)中的波長),由于白光中含有多種波長的光,所以增透膜只能使其中一定波長的光相互抵消。
易錯辨析(1)直接用強光照射雙縫,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)用單色光作光源,干涉條紋是明暗相間的條紋。(　　)
探究點一　對雙縫干涉實驗原理的理解
導(dǎo)學探究如圖為雙縫干涉的示意圖,單縫發(fā)出的單色光投射到相距很近的兩條狹縫S1和S2上,狹縫就成了兩個波源,發(fā)出的光向右傳播,在后面的屏上觀察光的干涉情況。在屏幕上觀察到什么現(xiàn)象?兩條狹縫起什么作用?
提示 屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋。光線照到兩狹縫上,兩狹縫成為振動情況完全相同的光源。
知識歸納1.相干光能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波,能發(fā)生干涉的兩束光稱為相干光,相干光可用同一束光分成兩列來獲得。2.楊氏雙縫干涉實驗(1)雙縫干涉的裝置示意圖如圖所示,有光源、單縫、雙縫和光屏。(2)單縫屏的作用:獲得一個線光源,使光源有唯一的頻率和振動情況。如果用激光直接照射雙縫,可省去單縫屏。托馬斯·楊的時代沒有激光,因此他用強光照射一條狹縫,通過這條狹縫的光再通過雙縫產(chǎn)生相干光。(3)雙縫屏的作用:平行光照射到單縫S上,又照射到雙縫S1、S2上,這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光。
特別提示　(1)雙縫干涉的條件是必須有相干光,且雙縫間的間距必須很小。(2)光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差,楊氏雙縫干涉實驗采用將一束光“一分為二”的方法獲得相干光。(3)在單色光的干涉條紋中,兩相鄰亮條紋或暗條紋間的距離是相等的,不同色光的條紋間距不相等。
應(yīng)用體驗【例1】 在雙縫干涉實驗中,以白光為光源,在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光),已知紅光與綠光的頻率、波長均不相等,這時(　　)A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋,其他顏色的雙縫干涉條紋消失B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失,其他顏色的雙縫干涉條紋仍然存在C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在D.至少有一種顏色的雙縫干涉條紋
解析 兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相同,利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光,在光屏上形成干涉條紋,但分別用紅色濾光片和綠色濾光片擋住兩條縫后,紅光和綠光頻率不同,不能發(fā)生干涉,因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋,故選項C正確。
對點演練1某同學利用如圖所示實驗觀察光的干涉現(xiàn)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(xiàn)干涉條紋,移走B后,C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實驗失敗的原因可能是(　　)A.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
解析 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(yīng)比較小,由題意知,這里觀察不到光的干涉現(xiàn)象是由于單縫太寬,得不到線光源,故選項B正確。
探究點二　雙縫干涉中亮暗條紋的判斷
導(dǎo)學探究從實驗可知,在雙縫后的光屏上可以看到明暗相間的干涉條紋,相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)中線的距離稱為條紋間距,間距的大小與光屏到雙縫的距離l、雙縫的間距d以及入射光的波長λ有關(guān),它們之間到底是什么關(guān)系?
知識歸納1.亮條紋產(chǎn)生的條件屏上某點P到兩狹縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍,即|PS1-PS2|=kλ=2k· (k=0,1,2,…)k=0時,PS1=PS2,此時P點位于屏上的O處,為亮條紋,此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋。k為亮條紋的級次。
2.暗條紋產(chǎn)生的條件屏上某點P到兩狹縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍,即|PS1-PS2|=(2k-1)· (k=1,2,3,…)k為暗條紋的級次,從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開。3.相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離Δx與波長λ的關(guān)系
特別提示　分析雙縫干涉中亮暗條紋問題的步驟(1)由題設(shè)情況依據(jù)λ真=nλ介,求得光在真空(或空氣)中的波長。(2)由屏上出現(xiàn)亮暗條紋的條件判斷光屏上出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋。(3)根據(jù)亮條紋的判斷式Δr=±kλ(k=0,1,2,…)或暗條紋的判斷式Δr=±(2k-1) (k=1,2,3,…),判斷出k的取值,從而判斷條紋亮暗情況。
應(yīng)用體驗【例2】 如圖所示,在雙縫干涉實驗中,S1、S2為雙縫,P是光屏上的一點,已知P到S1、S2的距離之差為2.1 μm,現(xiàn)分別用A、B兩束單色光在空氣中做雙縫干涉實驗。(1)若A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長為4×10-7 m,則P點是亮條紋還是暗條紋?(2)若B光在某介質(zhì)中的波長為3.15×10-7 m,當B光從這種介質(zhì)射向空氣時,臨界角為37°,則P點是亮條紋還是暗條紋?(sin 37°=0.6)
答案 (1)暗條紋　(2)亮條紋解析 (1)由于光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中頻率不變故λA=nλ1=6×10-7 m根據(jù)PS1-PS2=kλA求得k=3.5于是P點出現(xiàn)暗條紋。
故λB=n1λ2=5.25×10-7 m根據(jù)PS1-PS2=k1λB求得k1=4于是P點出現(xiàn)亮條紋。
對點演練2如圖所示,當使用波長為6×10-7 m的橙光做雙縫干涉實驗時,光屏中心點P及其上方的P1點形成兩條相鄰的亮條紋;若換用波長為4×10-7 m的紫光重復(fù)上述實驗,在P和P1點形成的亮、暗條紋情況是(　　)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
解析 根據(jù)形成亮、暗條紋的條件可知,無論換用哪種波長的色光,都有Δx0=PS1-PS2=0,故P點總是亮條紋。橙色光在P1點形成第一級亮條紋,有Δx=P1S2-P1S1=nλ=1×6×10-7 m=6×10-7 m,對紫光來說,P1S2-P1S1=1.5λ紫,故P1為暗條紋。綜上分析,B正確。
探究點三　對薄膜干涉的理解及應(yīng)用
導(dǎo)學探究在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽,燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下,讓它掛上一層薄薄的液膜,把這層液膜當作一個平面鏡,用它觀察燈焰的像,如圖所示。這個像與直接看到的燈焰有什么不同?如果用白光做實驗情況又會如何?
提示 燈焰的像由明暗相間的水平條紋組成。如果用白光做實驗,肥皂膜上會出現(xiàn)彩色水平條紋。
知識歸納1.薄膜干涉形成原因如圖所示,照射到液膜上的光線從前、后兩個表面反射回來,形成兩列光波。由于這兩列光波是由同一入射光波產(chǎn)生的,因此頻率相同、相位差恒定,滿足干涉條件。
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,如果被檢測平面是光滑的,得到的干涉圖樣必是等間距的。如果被測表面某處凹下,則對應(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,則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn),如圖乙中Q條紋所示。(注:“提前”與“延后”不是指在時間上,而是指由左到右的位置順序上)
特別提示　被測平面凹下或凸起的形象判斷法被測平面凹下或凸起的形象判斷法——矮人行走法,即把干涉條紋看成“矮人”的直立行走軌跡,讓一個小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走,始終保持腳踏被測板,頭頂樣板。在行走過程中:(1)若遇一凹下,他必向薄膜的尖端去繞,方可按上述要求過去,即條紋某處彎向薄膜尖端,該處為凹下。(2)若遇一凸起,他必向薄膜的底部去繞,方可按上述要求過去,即條紋某處彎向薄膜底部,該處為凸起。因此,條紋向薄膜尖端彎曲時,說明下凹,反之,則上凸。
應(yīng)用體驗【例3】 劈尖干涉是一種薄膜干涉。如圖甲所示,將一塊標準樣板a放置在厚玻璃b上,在一端夾入兩張紙片,當單色光從上方入射后,從上往下可以看到干涉條紋,如圖乙所示。下列說法正確的是(　　)A.干涉條紋是由圖甲中a、b上表面反射光的疊加產(chǎn)生的B.相鄰的暗條紋對應(yīng)位置下方的空氣膜厚度差相同C.若抽去一張紙片,條紋變密D.若觀察到的條紋如圖丙所示,則厚玻璃板上表面有上凸的位置
解析 干涉條紋是空氣層上、下兩個表面反射的光疊加產(chǎn)生的,A錯誤;根據(jù)劈尖干涉條紋特點可知,任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等,任意相鄰的亮條紋或者暗條紋對應(yīng)的薄膜厚度差恒定,B正確;干涉條紋光程差Δx=2d,即光程差為空氣層厚度的2倍,當滿足Δx=nλ時,表現(xiàn)為亮條紋,故相鄰亮條紋間的空氣厚度為 ,若抽去一張紙傾角減小,故亮條紋之間距離增大,因此干涉條紋變疏,C錯誤;若觀察到的條紋如題圖丙所示,可知檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同,則厚玻璃板上表面有下凹的位置,D錯誤。
對點演練3(多選)把一個平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上,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),這時可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法正確的是(　　)A.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時,條紋變疏B.將薄片遠離劈尖移動使劈角變小時,條紋變疏C.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時,條紋變密D.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時,條紋不變
解析 由于薄膜干涉中相鄰亮條紋對應(yīng)的薄膜厚度差恒定,將薄片向著劈尖移動使劈角變大時,相鄰亮條紋間距變小,所以干涉條紋會變密;將薄片遠離劈尖移動使劈角變小時,相鄰亮條紋間距變大,所以干涉條紋會變疏;故A、D錯誤,B、C正確。
1.(雙縫干涉的理解)某同學用單色光進行雙縫干涉實驗,在屏上觀察到如圖甲所示的條紋,僅改變一個實驗條件后,觀察到的條紋如圖乙所示。他改變的實驗條件可能是(　　)A.減小光源到單縫的距離B.減小雙縫到光屏之間的距離C.減小雙縫之間的距離D.換用頻率更低的單色光源
解析 根據(jù)雙縫干涉條紋間距關(guān)系式,可得Δx= λ,減小光源到單縫的距離,不會改變條紋間距,故A錯誤;減小雙縫到光屏之間的距離L,會使條紋間距變小,故B正確;減小雙縫之間的距離d,會使條紋間距變大,故C錯誤;換用頻率更低的單色光源,即光源的波長變長,會使條紋間距變大,故D錯誤。
2.(雙縫干涉中亮暗條紋的判斷)(多選)用波長為λ的單色光照射單縫O,經(jīng)過雙縫M、N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋,如圖所示,圖中a、b、c、d、e為相鄰亮條紋的位置,c為中央亮條紋,則(　　)A.由O到達a、b的路程差為零B.由M、N到達b的路程差為λC.由O到達a、c的路程差為4λD.由M、N到達e的路程差為2λ
解析 從O到達某點可以經(jīng)過M也可以經(jīng)過N,故無法比較從O到達某兩點的路程差,故A、C錯誤;b為中央亮條紋旁邊的第一條亮條紋,由N、M到達b的路程差為波長λ,故B正確;e為中央亮條紋旁邊的第二條亮條紋,由N、M到達e的路程差為2λ,故D正確。
3.(薄膜干涉的應(yīng)用)把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上,一端用薄片墊起,構(gòu)成空氣劈尖,讓單色光從上方射入,如圖所示,這時可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法正確的是(　　)A.干涉條紋的產(chǎn)生是光在空氣劈尖膜的上下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上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C.增大薄片的厚度,條紋間距變大D.觀察薄膜干涉條紋時,眼睛應(yīng)在入射光的另一側(cè)
解析 根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理,干涉條紋是由空氣膜上下表面反射的兩列光疊加而成的,當波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時,振動加強,形成亮條紋,故A正確,B錯誤;增大薄片的厚度,即增大空氣層的厚度,導(dǎo)致同級的光程差的間距變小,則干涉條紋間距會變小,故C錯誤;因相干光是反射光,故觀察薄膜干涉時,應(yīng)在入射光的同一側(cè),故D錯誤。
4.(薄膜干涉的應(yīng)用)利用薄膜干涉的原理可以檢查平面的平整度,還可以制成鏡頭增透膜。圖甲中,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(　　)A.圖甲中將薄片向著劈尖方向移動使劈角變大時,條紋變疏B.圖甲中將樣板微微平行上移,條紋疏密不變C.在圖甲中如果看到的條紋如圖乙所示,說明被檢平面在此處凸起D.圖丙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