1第1節(jié)光的干涉

1、1認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象及光發(fā)生干涉的條件 （重點(diǎn)） 2理解光的干涉條紋的形成原因 及干涉現(xiàn)象的本質(zhì)，認(rèn)識(shí)干涉條紋的特征 （重點(diǎn)+難點(diǎn)） 3了解光的干涉條紋的特點(diǎn)，理 解用雙縫干涉測(cè)光波波長(zhǎng)的原理 （重點(diǎn)） 4.知道薄膜干涉是如何獲得相干光源的，了解薄膜干涉產(chǎn)生的原因，知道薄膜干涉在技術(shù)上 的應(yīng)用（難點(diǎn)）預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)助包館、光的干涉及其產(chǎn)生條件1. 干涉現(xiàn)象：若兩束光波在空間傳播時(shí)相遇，將在相遇區(qū)域發(fā)生疊加，如果在某些區(qū)域光被 加強(qiáng)，而在另一些區(qū)域光被減弱，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象稱為光的干涉2. 由干涉現(xiàn)象得出的結(jié)論：光具有波的特性，光是一種波_.3. 相干條件：要使兩列光波相遇時(shí)產(chǎn)生干

2、涉現(xiàn)象，兩光源必須具有相同的頻率和振動(dòng)方向，還要滿足相位差恒定.（1）頻率不相同的兩束光不能發(fā)生干涉.（）（2 ）兩個(gè)相同的燈泡發(fā)出光能夠發(fā)生干涉.（）（3）楊氏實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)兩狹縫的光是相干光.（）提示：（1 ）2（2） X （3）2二、科學(xué)探究一一測(cè)定光的波長(zhǎng)1. 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰兩條亮（或暗）紋之間的距離：Ay =十2,其中，I表示兩縫到光屏的距離,d表示兩縫間的距離，入表示光波的波長(zhǎng).2. 測(cè)量光屏上亮（暗）條紋的寬度，為了減小誤差，測(cè)出n個(gè)條紋間的距離a,然后取平均值a求出Ay,則Ay=.n 11. 實(shí)驗(yàn)中為什么不直接測(cè)量相鄰亮紋間的距離，而是測(cè)n條亮紋間的距離?提示：測(cè)n條亮紋

3、間的距離，然后取平均值可減小實(shí)驗(yàn)誤差 三、薄膜干涉及其應(yīng)用1. 薄膜干涉中相干光的獲得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后兩個(gè)面反射的光波相遇而產(chǎn)生 的干涉現(xiàn)象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 的路程差不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)亮條紋;在另一些位置，兩列 波相遇后被相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋 .3. 薄膜干涉的應(yīng)用（1）劈尖干涉是一種劈形空氣薄膜干涉，可用于檢查平面的平整程度；（2） 在照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等高質(zhì)量的光學(xué)儀器中，在其鏡頭的表面鍍上透明的增透膜，用來(lái)增加透射光的能量.2. 在演示豎直放置的薄膜干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)從哪個(gè)角度觀察干

4、涉條紋？提示：由于薄膜干涉是兩列反射光疊加而成的，因此觀察干涉條紋時(shí)，眼睛應(yīng)和光源在薄膜 的同一側(cè)多維課堂”知識(shí)點(diǎn)1 對(duì)光的雙縫干涉的理解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，如果用激光直接照射 雙縫，可省去單縫屏楊氏那時(shí)沒(méi)有激光，因此他用強(qiáng)光照亮一條狹縫，通過(guò)這條狹縫的光再 通過(guò)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)引起振動(dòng)的疊加，如亮條紋處某點(diǎn)同

5、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：(1 )亮條紋的條件：屏上某點(diǎn) P到兩條縫S和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半波長(zhǎng)的 偶數(shù)倍即：|PSi PS2|= k 冶 2k 扌(k = 0, 1, 2, 3,)k= 0時(shí)，PSi= PS2,此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的0處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級(jí) 亮條紋.k為亮條紋的級(jí)次(2) 暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫Si和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍 即：|PSi PS2|=( 2k 1)扌(k= 1, 2, 3,)k為暗條紋的級(jí)次，從第 1級(jí)暗條紋開始向兩側(cè)展開(3) 時(shí)間上的

6、關(guān)系 亮條紋：At= nT (n = 0, 1, 2, 3,) 暗條紋：At=( 2n+ 1 ) T( n = 0, 1, 2, 3,)1式中At表示兩列光波到同一點(diǎn)的時(shí)間差；T = f為光波的周期O樣?？ｕq (1)雙縫干涉的條件是必須有相干光源，且雙縫間的間距必須很小(2)由于不同光源發(fā)出的光頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一 定具有相同的頻率和恒定的相位差，故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象，所以楊氏雙縫 干涉實(shí)驗(yàn)采用將一束光一分為二”的方法獲得相干光源例1丨如圖所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)使用波長(zhǎng)為6X107 m的橙色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏 P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條

7、紋若使用波 長(zhǎng)為4X107 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都是暗條紋解題探究(1)光屏上P點(diǎn)及P1點(diǎn)形成相鄰亮條紋的條件是什么?(2)用不同波長(zhǎng)的光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，P和Pi兩點(diǎn)一定形成亮條紋嗎？?橙 6 X10 7 m3解析慮_4&0一7 m_ j5_ 2.Pi點(diǎn)對(duì)橙光：Ar = n 入橙,對(duì)紫光：A = n n 2 3n 舟因?yàn)镻i與P相鄰，所以n = 1, Pi點(diǎn)是暗條紋. 對(duì)P點(diǎn)，因?yàn)锳r = 0,所以仍是亮條紋， B正確.答案B13固因血判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是

8、暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差(光程差)與波 長(zhǎng)的比值，要記住光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處為暗條紋 還要注意這一結(jié)論成立的條件是兩個(gè)光源情況完全相同知識(shí)點(diǎn)2 雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)1. 單色光的干涉圖樣如圖所示，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)越長(zhǎng)，條紋間距越大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，且中央亮條紋是白色的.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，各種色光都在中央亮條 紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋(

9、2) 兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，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J ： 1!用白光做干涉實(shí)驗(yàn)，從紅光到紫光其波長(zhǎng)由大到小，它們的干涉條紋間距也是從大到小，屏中央各色光都得到加強(qiáng)，復(fù)合成白色，而兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色， 而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅.山2 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅 光的干涉條紋間距 AX1與綠光的干涉條紋間距 AX2相比，AX1Ax2(填“或“”若實(shí)驗(yàn)中紅光的波長(zhǎng)為 630 nm,雙縫與屏幕的距離為 1.00m，測(cè)得第1條到第6條亮條紋

10、中心間的距離為 10.5 mm，則雙縫之間的距離為 mm.解題探究(1)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其干涉條紋間距 (選填越大”或越小”).(2)如何由條紋間距求雙縫間的距離？解析根據(jù)Ax= d-入因?yàn)榧t光的波長(zhǎng)比綠光的長(zhǎng)，所以紅光的干涉條紋間距Axi比綠光的x 10 5_干涉條紋間距 丸大；由題意得相鄰亮條紋的間距為Ax= 5=才mm = 2.1 10 3 m,再由Ax=j入可以解得d = 0.300 mm.d答案0.300以必兒幼 1.一束白光通過(guò)雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外， 兩側(cè)還有彩色條紋，是因?yàn)?)A. 各色光的波長(zhǎng)不同，因而各色光產(chǎn)生的干涉條紋間距不同B. 各

11、色光的速度不同，造成條紋間距不同C. 各色光的強(qiáng)度不同D. 各色光通過(guò)雙縫的距離不同解析：選A.雙縫干涉條紋的間距與波長(zhǎng)成正比，各色光的波長(zhǎng)不同，則條紋間距不同，故選項(xiàng)A正確.SO lJ點(diǎn)3薄膜干涉的理解及應(yīng)用1. 薄膜干涉的理解(1) 眼睛應(yīng)與光源在同一側(cè)才能看到干涉條紋，因?yàn)闂l紋是由從膜前、 膜后兩表面反射的光發(fā)生干涉形成的，不是由通過(guò)膜的光形成的；(2) 每一條紋呈水平狀態(tài)排列；(3) 由于各種色光干涉后相鄰兩亮紋中心的距離不同，所以若用白光做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，會(huì)觀察到彩色干涉條紋.(4) 兩列光的路程差是膜厚度的兩倍.2. 薄膜干涉的應(yīng)用(1)增透膜：照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面常鍍一層透光的膜，

12、膜的上表面與玻璃表面反射的光發(fā)生干涉，由于只有一定波長(zhǎng)(一定顏色)的光干涉時(shí)才會(huì)相互加強(qiáng)，所以鍍膜鏡頭看起來(lái)是有顏色的.鍍膜厚度不同，鏡頭的顏色也不一樣.一般增透膜的厚度是光在薄膜介質(zhì)中傳播的波長(zhǎng)的4即d=扌，若厚為綠光在薄膜中波長(zhǎng)的 1，則鏡頭看起來(lái)呈淡紫色（2 ）用干涉法檢查平面：如圖所示，被檢查平面與標(biāo)準(zhǔn)樣板之間形成 了一個(gè)楔形的空氣薄膜，用單色光照射時(shí)，入射光從空氣膜的上、下 表面反射出兩列光波，形成干涉條紋被檢查平面若是平的，空氣膜厚 度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋平行；若被檢查表面某些地方不平，那里的空氣 膜產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生彎曲O樣艸盤池 增透膜的 增透”應(yīng)理解為：兩束

13、反射光相互抵消，反射光的能量減少，由于總 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)增透膜是通過(guò) 消反”來(lái)確保增透”的CE3關(guān)于光在豎直的肥皂液薄膜上產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是（）A. 干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在薄膜前后兩表面發(fā)生反射，形成的兩列光波疊加的結(jié)果B. 若出現(xiàn)明暗相間的條紋相互平行，說(shuō)明肥皂膜的厚度是均勻的C. 用綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射間距大D. 薄膜上的干涉條紋基本上是豎直的思路點(diǎn)撥豎直的肥皂液膜厚度從上到下是逐漸增加的，所以兩列反射光的路程差是逐漸 增加的，再根據(jù)薄膜干涉的原理進(jìn)行分析解析要想產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，必須有兩列相干光源在肥皂膜

14、干涉中，薄膜前后兩表面反射的光正好是兩個(gè)相干光源，它們相互疊加形成干涉條紋， 所以選項(xiàng)A正確肥皂膜在重力作用下， 上面薄、下面厚，厚度是不均勻的，并且厚度均勻的薄膜是不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋的（若厚度相 同，路程差處處相等，兩列波疊加后，若是加強(qiáng)，處處光線加強(qiáng)，若是減弱，處處光線減弱， 不會(huì)出現(xiàn)明暗相間條紋），所以選項(xiàng) B錯(cuò)誤波長(zhǎng)越短的光波，對(duì)同一裝置，干涉條紋越窄.綠光的波長(zhǎng)小于黃光的波長(zhǎng)，所以綠色光照射薄膜產(chǎn)生的干涉條紋間距比黃光照射時(shí)間距小.選項(xiàng)C錯(cuò)誤出現(xiàn)亮、暗條紋的位置與薄膜厚度有關(guān)，對(duì)于某位置，若光線疊加后加強(qiáng)，則在 與此相等厚度的位置上反射光線疊加都加強(qiáng)，從而形成亮條紋對(duì)暗條紋也是一樣道理

15、由于薄膜同一水平線上的厚度相同，因此干涉條紋基本上是水平的，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案A72如圖所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束 單一波長(zhǎng)的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到圓環(huán)狀條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說(shuō)法正確的是（ ）人射見(jiàn)II I J IIA. 干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和凸透鏡上表面反射光疊加形成的B. 干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C. 干涉條紋是中央疏邊緣密的同心圓環(huán)D干涉條紋不等間距是由于平板玻璃不平造成的解析：選C.薄膜干涉是凸透鏡與玻璃之間的空氣薄膜上、下表面反射的光發(fā)生干涉，即凸透鏡下表面與玻璃反

16、射的光發(fā)生干涉，A、B錯(cuò)誤，由于薄膜厚度不是均勻變化，干涉條紋不是等間距，而是中央疏邊緣密的同心圓環(huán)，C正確，D錯(cuò)誤.規(guī)范答題一一雙縫干涉時(shí)明、暗條紋的判斷范例 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上 P點(diǎn)的距離之差為0.6 ym,若分別用頻率為fi = 5.0 X014 Hz和f2= 7.5 X014 Hz的單色光垂直照射雙縫， 試分析判斷P點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)亮條紋還是暗 條紋？分別為第幾條亮紋或暗紋？思路點(diǎn)撥關(guān)鍵是找出兩光源的路程差與光波長(zhǎng)間的倍數(shù)關(guān)系，然后依據(jù)疊加原理加以判斷解析如圖所示，雙縫 S、S2到光屏上任一點(diǎn) P的路程之差 Ar = S2S2；當(dāng) Ar等于單色光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，S2和Si同時(shí)到達(dá)波

17、峰或波谷，由 Si和S2發(fā)出的光在P點(diǎn)互相加強(qiáng)，P點(diǎn)出現(xiàn)亮紋；當(dāng) Ar等于單色光半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù) 倍時(shí)，若S2達(dá)到波峰時(shí)，則Si達(dá)到波谷，這樣由 Si和S2發(fā)出的光在P點(diǎn)互相抵消，出現(xiàn)暗條紋頻率為fi的單色光的波長(zhǎng)心 f1=魚駕也 m= 0.6 X06 m= 0.6fi5.0 X0頻率為f2的單色光的波長(zhǎng)y m.c3 X1086入=f2= 7 5 氷i4 m = 0.4 M0 m = 0.43可見(jiàn) Ar = ?i= 2 b故用頻率為fl的單色光照射時(shí)，P處應(yīng)出現(xiàn)亮條紋，且為第一條亮紋；用頻率為f2的單色光照射時(shí)，P處應(yīng)出現(xiàn)暗條紋，且為第二條暗紋答案見(jiàn)解析判斷屏上某點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源（雙縫）的路程差與波長(zhǎng)的比值應(yīng)記住，路程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，若該整數(shù)為n,則該處為第n條亮紋；路程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處為暗條紋，若整數(shù)為n （n為奇數(shù)），則為第字條暗紋丁社丨-j.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上 P點(diǎn)到雙縫Si、住的距離之