1.認(rèn)識(shí)干涉條紋的特點(diǎn)，知道相干光源的概念和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.2.能闡述干涉現(xiàn)象的成因及明暗條紋的位置和特點(diǎn)，能運(yùn)用條紋間距的公式進(jìn)行計(jì)算.3.理解薄膜干涉，認(rèn)識(shí)科學(xué)與社會(huì)之間的聯(lián)系.
一、光的雙縫干涉現(xiàn)象將一支激光筆發(fā)出的光照射在雙縫上，雙縫平行于屏，在屏上觀察到了明暗相間的條紋.
思考：一般光源發(fā)出的光很難觀察到干涉現(xiàn)象，這是什么原因?提示： 一般光源發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差，不具備相干光源的條件.
三、薄膜干涉1.相干光波：肥皂膜的前、后表面反射回來(lái)的兩組光波.2.肥皂膜的特點(diǎn)：由于重力的作用，從膜的上部到膜的下部呈現(xiàn)楔形.3.彩色光帶：太陽(yáng)光是由許多不同顏色的單色光組成的，不同顏色的光在不同的位置滿足明條紋和暗條紋的條件.4.薄膜干涉的應(yīng)用：相機(jī)鏡頭上鍍上增透膜，增加透射，減少反射.
1.正誤判斷.(1)兩只完全相同的燈泡發(fā)出的光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象.(　　)(2)光和機(jī)械波一樣，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣需要一定的條件.(　　)(3)水面上的油膜在陽(yáng)光照射下呈彩色是薄膜干涉的結(jié)果.(　　)
2.(多選)以下光源不可作為相干光源的是(　　)A.兩個(gè)相同亮度的燭焰B.雙絲燈泡C.出自一個(gè)光源的兩束光D.一束平行單色光經(jīng)雙縫后分為的兩束光
3.(多選)關(guān)于光的干涉，下列說(shuō)法不正確的是(　　)A.只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉B.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C.頻率相同、振幅相同的兩束光才能產(chǎn)生干涉D.兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)明條紋
思考：波的干涉現(xiàn)象是兩列波在傳播中相遇疊加而形成的，是波的特性.產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是有相干波源——頻率相等、振動(dòng)方向相同、相位差恒定的兩列波，干涉圖樣中的“明”“暗”條紋就是相干波源疊加形成的振動(dòng)“加強(qiáng)區(qū)”和“減弱區(qū)”.在1801年英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀測(cè)到了光的雙縫干涉現(xiàn)象，這對(duì)研究光的本性提供了什么樣的幫助作用?
提示： 從實(shí)驗(yàn)的角度證實(shí)光是一種波.
一、干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系
例1.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，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)形成相鄰的明條紋.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)形成的明、暗條紋的情況是(　　)A.P和P1都是明條紋B.P是明條紋，P1是暗條紋C.P是暗條紋，P1是明條紋D.P和P1都是暗條紋
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處是明紋，因而，無(wú)論入射光是什么顏色的光，波長(zhǎng)多大，P處都是明紋.而P1到S1、S2的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長(zhǎng)，即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙，則兩列光波到達(dá)P1時(shí)的振動(dòng)情況完全一致，振動(dòng)得到加強(qiáng)，因此，出現(xiàn)明條紋.當(dāng)換用波長(zhǎng)為400 nm的紫光時(shí)，|P1S1-P1S2|=600 nm= λ紫，則兩列光波到達(dá)P1時(shí)振動(dòng)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.
思考：如圖所示，幾種單色光的雙縫干涉圖樣，請(qǐng)問(wèn)：
(1)單色光干涉時(shí)相鄰兩明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
二、雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)
2.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)椋?1)從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋.各種色光都在中央條紋處形成明條紋，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，即紅光的明條紋間距寬度最大，紫光的明條紋間距寬度最小，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.
例2.甲圖為雙縫干涉實(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為中央明條紋，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'為中央明條紋.若已知紅光、綠光和紫光的波長(zhǎng)大小關(guān)系為紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，紫光的波長(zhǎng)最短.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
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.由本題的條件可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，因此A正確，B、C、D錯(cuò)誤.答案：A
思考：酒精燈的燈焰能發(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(dāng)作一個(gè)平面鏡，用它觀察燈焰的像.這個(gè)像與直接看到的燈焰有什么不同?如果用白光做實(shí)驗(yàn)情況又會(huì)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(shí)驗(yàn)，肥皂膜上會(huì)出現(xiàn)彩色條紋.
三、薄膜干涉現(xiàn)象及其應(yīng)用
1.薄膜干涉的成因及特點(diǎn)(1)形成原因①由薄膜的前、后表面的反射光疊加而形成明暗相間的條紋.②如果膜的厚度為h，折射率為n，前、后表面的反射光的光程差為2h.若滿足2h為膜中波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，該處出現(xiàn)明條紋；滿足2h為膜中半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，該處出現(xiàn)暗條紋.
(2)特點(diǎn)：因?yàn)樵谕凰礁叨忍?，薄膜的厚度相同，從前、后兩表面反射的光的光程差均相同，如果此時(shí)兩反射光互相加強(qiáng)，則此高度水平方向各處均加強(qiáng)，因此，明暗相間的干涉條紋為水平方向.
2.應(yīng)用(1)等傾法檢查平面平整度如圖所示，在被測(cè)平面上放一個(gè)透明的樣板，在樣板的一端墊一個(gè)薄片，使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測(cè)平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄層.用單色光照射時(shí)，空氣層的上、下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉.空氣厚度相同的地方，兩列波的光程差相同，兩列波疊加時(shí)互相加強(qiáng)或減弱的情況相同，因此若被測(cè)面是平的，干涉條紋就是一組平行的直線，如果干涉條紋是彎曲的，就表明被測(cè)平面不平整.
(2)增透膜①原理：為了減少光學(xué)裝置中的反射損失，可在元件表面涂一層透明薄膜，一般是氟化鎂.如圖所示，在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(dāng)光程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，在兩個(gè)表面反射的光產(chǎn)生相消干涉，反射光的能量幾乎等于零.透射光的能量得到加強(qiáng).
例3.(多選)如圖甲所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來(lái)檢查被檢體N的上表面的平直情況，觀察到的現(xiàn)象如圖乙所示，A和B對(duì)應(yīng)P和Q，則條紋中的P和Q的情況說(shuō)明(　　)A.N的上表面A處向上凸起B(yǎng).N的上表面B處向上凸起C.N的上表面A處向下凹陷D.N的上表面B處向下凹陷
解析 ：P處條紋向左彎曲，意味著后一級(jí)條紋提前出現(xiàn)，可見(jiàn)P處對(duì)應(yīng)的檢測(cè)平板上的A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空氣層厚度與后一級(jí)條紋對(duì)應(yīng)的空氣層厚度相同，而后一級(jí)條紋本來(lái)對(duì)應(yīng)的空氣層厚度比前一級(jí)大，可見(jiàn)A處向下凹陷，故C正確，A錯(cuò)誤；從彎曲的條紋可知，Q處空氣薄膜凹陷，即N的上表面B處向上凸起，故B正確，D錯(cuò)誤.答案：BC
1.(多選)用波長(zhǎng)為λ的單色光照射單縫O，經(jīng)過(guò)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為相鄰明條紋的位置，c為中央明條紋，則(　　)A.由O到達(dá)a、b的路程差為零B.由M、N到達(dá)b的路程差為λC.由O到達(dá)a、c的路程差為4λD.由M、N到達(dá)e的路程差為2λ
2.關(guān)于光的干涉，下列說(shuō)法正確的是(　　)A.在雙縫干涉現(xiàn)象中，相鄰兩明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(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光換成波長(zhǎng)較短的紫光，相鄰兩個(gè)明條紋間距將變寬C.在雙縫干涉現(xiàn)象中，將綠光換為紅光，相鄰兩個(gè)明條紋間距將變寬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

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第1節(jié) 光的干涉

版本： 魯科版 (2019)

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