高中物理光的干涉粵教版選修

1、4.4 光的干涉 教案（粵教版選修3-4）教學(xué)目標(biāo)：1相干光源的獲得及光波的干涉和衍射的條件，雙縫干涉中為什么能形成明暗相間的條紋及明暗條紋的計(jì)算方法，從而確切地理解光的干涉和衍射現(xiàn)象的形成。2在新的情景下能夠運(yùn)用波的分析方法解決問(wèn)題。3通過(guò)“揚(yáng)氏雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，滲透科學(xué)家認(rèn)識(shí)事物科學(xué)的物理思維方法難點(diǎn)、重點(diǎn)：1波的干涉條件，相干光源2如何用波動(dòng)說(shuō)來(lái)說(shuō)明明暗相間的干涉條紋，怎么會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上是穩(wěn)定的，空間上存在著加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)并且互相間隔，如何理解“加強(qiáng)”和“減弱”教學(xué)過(guò)程：（一）引入光的本性學(xué)說(shuō)的發(fā)展簡(jiǎn)史。從原始的微粒說(shuō)，到牛頓的微粒說(shuō)，惠更斯的波動(dòng)說(shuō)，進(jìn)而發(fā)展到光的電磁說(shuō)。又從光電效應(yīng)

2、重新認(rèn)識(shí)到光的粒子性，直至統(tǒng)一到光的波粒二象性。應(yīng)結(jié)合每個(gè)階段的典型現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)，對(duì)這一過(guò)程發(fā)展脈絡(luò)有較清晰的了解。（二）新課教學(xué)一、光的干涉現(xiàn)象（1）相干光源的獲得。兩列波疊加發(fā)生明顯干涉現(xiàn)象的條件是二者頻率相等，相差恒定。兩個(gè)普通光源很難達(dá)到這一要求。通常是把一束光想辦法分成兩部分，讓這兩部分再疊加以達(dá)到干涉效果。楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)裝置正是這樣巧妙地獲得了兩列相干的波源。（2）楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。一束光通過(guò)單縫照射到相距非常近的兩個(gè)狹縫后，形成頻率相同的兩束光。這兩束光的疊加，在光屏上就產(chǎn)生了干涉條紋。如果用單色光照射狹縫，在屏上得到的是與狹縫平行的明暗相間的等間距條紋。屏上某點(diǎn)到雙縫的距離之差若是

3、入射光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，則屏上這點(diǎn)出現(xiàn)的是亮條紋；屏上某點(diǎn)到雙縫的距離之差若是入射光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，則屏上這點(diǎn)出現(xiàn)的是暗條紋。由公式可知，條紋寬度與波長(zhǎng)及雙縫到光屏的距離成正比而與雙縫間距d成反比。在、d一定的情況下，紅光產(chǎn)生的干涉條紋間距最大，紫光產(chǎn)生的干涉條紋間距最小。若用白光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)則在屏上得到的是彩色的干涉條紋。（3）薄膜干涉。一束光經(jīng)薄膜前后兩個(gè)表面反射后相干疊加而成的干涉現(xiàn)象叫薄膜干涉。應(yīng)用分析光程差與波長(zhǎng)關(guān)系的方法也可分析薄膜干涉圖樣的特點(diǎn)。生活和實(shí)驗(yàn)中有各種薄膜干涉現(xiàn)象，如肥皂膜、油膜、空氣隙、牛頓環(huán)、增透膜等。二、光的干涉的分析讓一束單色光（例如紅光）投到一個(gè)有孔的屏上，如圖

4、所示，這個(gè)小孔就成了一個(gè)“點(diǎn)光源”光從小孔出來(lái)后，就射到第二個(gè)屏的兩個(gè)小孔上，這兩個(gè)小孔離得很近，約為0.1mm，而且與前一個(gè)小孔的距離相等，這樣在任何時(shí)刻從前一個(gè)小孔發(fā)出的光波都會(huì)同時(shí)傳到這兩個(gè)小孔，這兩個(gè)小孔就成了兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源那么，明暗相間的條紋又是怎樣形成的呢？對(duì)照機(jī)械波的情況，如果兩列波在相疊加的區(qū)域傳播的路程差為一個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，該區(qū)域的振動(dòng)就加強(qiáng)，如果兩列波在疊加區(qū)域傳播的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，該區(qū)域的振動(dòng)就減弱如圖，甲圖中P點(diǎn)在S1S2的中垂線上，所以，兩列波的路程差s=0所以，振動(dòng)被加強(qiáng)，為明條紋乙圖中，在P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)，屏上與狹縫S1、S2的路程差s=又

5、出現(xiàn)明條紋丙圖中，在P1點(diǎn)的上方還可以找到s=2的P2點(diǎn)，在該點(diǎn)上方還能找到路程差為3、4的點(diǎn)，在這些地方振動(dòng)均被加強(qiáng)同樣，在P點(diǎn)的下方也能找到路程差為、2、3的點(diǎn)如圖，在甲圖中，在P與P1之間一定有一個(gè)Q1點(diǎn)，S1、S2點(diǎn)到該點(diǎn)的路程差為/2，該點(diǎn)為振動(dòng)減弱的點(diǎn)，同理，我們無(wú)論在P點(diǎn)的上方還是在P點(diǎn)的下方均能找到路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的點(diǎn)，這些點(diǎn)均為暗條紋，這樣就形成了明暗相間的條紋白光的干涉條紋，為什么中間條紋為白色，而中央亮條紋的邊緣出現(xiàn)了色彩？這是因?yàn)榘坠馐怯刹煌伾膯紊鈴?fù)合而成的，而不同色光的波長(zhǎng)不同，在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離不變的條件下，光波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，各條紋之間的距離越

6、大，條紋間距與光波的波長(zhǎng)成正比各色光在雙縫的中垂線上均為亮條紋，故各色光重合，為白色各色光產(chǎn)生的條紋寬度不同，所以，中央亮條紋的邊緣處出現(xiàn)了彩色條紋剛才你提到在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離不變的條件下，如果我假設(shè)其它條件不變，將像屏稍微向雙縫屏移動(dòng)或遠(yuǎn)離雙縫屏移動(dòng)，像屏上的條紋是不是就模糊不清了呢？我想像屏上仍有清晰的干涉條紋，因?yàn)槿钥梢栽谙衿辽险业絻闪胁ǖ穆烦滩顬?、2、3n的點(diǎn)，也仍可找到兩列波的路程差為/2、3/2（2n1）/2的點(diǎn)下面對(duì)薄膜干涉再提幾個(gè)問(wèn)題，第一，薄膜干涉是由哪兩列波疊加而產(chǎn)生的？當(dāng)光照射到薄膜上時(shí)，光從薄膜的前后（或上下）兩個(gè)表面反射回來(lái)，形成兩列波，由于它們是從同一

7、光源發(fā)出的，這兩列波的波長(zhǎng)和振動(dòng)情況相同，為兩列相干光波將肥皂膜豎直放在點(diǎn)燃的灑有鈉鹽的酒精燈附近，這時(shí)你看到的干涉條紋是什么樣的？為什么形成這樣的條紋？我們看到的干涉條紋基本上是水平的明暗相間的黃色條紋呈現(xiàn)黃色是因?yàn)榫凭珶艋鹧嬷蟹湃肓蒜c鹽，呈基本水平的條紋是因?yàn)椋试砟へQ直放置，由于重力的作用肥皂膜形成了上薄下厚的楔形，在薄膜的某些地方，前后表面反射光出來(lái)恰好是波峰與波峰疊加或波谷與波谷疊加，使光的振動(dòng)加強(qiáng)，形成黃色的亮條紋；在另外一些地方，兩列反射光恰好是波峰與波谷疊加，使光的振動(dòng)相抵消，形成暗條紋由于楔形表面的同一厚度基本在一水平線上，所以，我們看到的干涉條紋基本是水平的薄膜干涉在技術(shù)上

8、有哪些應(yīng)用？（1）利用光的干涉可以檢驗(yàn)光學(xué)玻璃表面是否平整。（2）現(xiàn)代光學(xué)儀器的鏡頭往往鍍一層透明的氟化鎂表面。為什么要在鏡頭上涂一層氟化鎂薄膜呢？它怎么起到增加透射光的作用呢？現(xiàn)代光學(xué)裝置，如攝像機(jī)、電影放映機(jī)的鏡頭，都是由多個(gè)透鏡或棱鏡組成的，進(jìn)入這些裝置的光，在每個(gè)鏡面上都有1020的光被反射，如果一個(gè)裝置中有5個(gè)透鏡或棱鏡，那么將會(huì)有50的光被反射，若在鏡的表面涂上一層增透膜，就可大大減少了光的反射，增強(qiáng)光的透射強(qiáng)度，提高成像質(zhì)量氟化鎂薄膜應(yīng)鍍多厚？為什么？鍍了膜的光學(xué)器件與未鍍膜的光學(xué)器件在外表上有什么區(qū)別？為什么？氟化鎂薄膜的厚度應(yīng)為光在氟化鎂中波長(zhǎng)的1/4，兩個(gè)表面的反射光的路程

9、差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，兩列反射光相互抵消所以，膜厚為光在氟化鎂中波長(zhǎng)的1/4，是最薄的膜鍍了膜的光學(xué)器件與未鍍膜的光學(xué)器件在外表上是有區(qū)別的鍍膜的光學(xué)器件呈淡紫色，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，入射光為白光，增透膜只能使一定波長(zhǎng)的光反射時(shí)相互抵消，不可能使白光中所有波長(zhǎng)的光反射時(shí)抵消在選增透膜時(shí)，一般是使對(duì)人眼靈敏的綠光在垂直入射時(shí)相互抵消，這時(shí)光譜邊緣部分的紅光和紫光并沒(méi)有相互抵消，因此涂有增透膜的光學(xué)器件呈淡紫色三、光的衍射現(xiàn)象光偏離直線傳播方向而繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射。要產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，障礙物或小孔的尺寸要足夠?。ㄒ话銘?yīng)不大于波長(zhǎng)的百倍）。光照射到一個(gè)狹縫上產(chǎn)生的衍射叫單縫衍射。單色

10、光（或白光）的衍射條紋是明暗相間（或彩色）的與狹縫平行的條紋。條紋特點(diǎn)是中央條紋寬且亮，兩側(cè)條紋暗且窄。注意它與雙縫干涉條紋的區(qū)別。條紋寬度隨縫寬變窄及波長(zhǎng)變長(zhǎng)而加大。用小圓屏進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，衍射圖樣是在圓盤的陰影中心出現(xiàn)泊松亮斑。而用小圓孔進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，衍射圖樣是一系列同心圓環(huán)，圓環(huán)中央明暗不定。了解一些實(shí)際生活中光的衍射現(xiàn)象及其應(yīng)用（如光柵等）。四、雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋有什么區(qū)別？光波發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生干涉條紋，光波發(fā)生衍射現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生衍射條紋，那么，干涉和衍射本質(zhì)上有什么相同和不同之處嗎？雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋有什么區(qū)別呢？干涉和衍射本質(zhì)上都是光波的疊加，都證明了光的波動(dòng)性，但兩者

11、有所不同首先干涉是兩列相干光源發(fā)出的兩列光波的疊加；衍射是許多束光的疊加穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象必須是兩列相干波源，而衍射的發(fā)生無(wú)須此條件，只是，當(dāng)障礙物或孔與光的波長(zhǎng)差不多或還要小的時(shí)候，衍射才明顯干涉和衍射的圖樣也不同，以雙縫干涉和單縫衍射的條紋為例，干涉圖樣由等間距排列的明暗相間的條紋（或彩色條紋）組成，衍射圖樣是由不等距的明暗相間（中央亮條紋最寬）的條紋或光環(huán)（中央為亮斑）組成例題解析1、用單色光照射雙縫，在屏上觀察到明暗交替的條紋，若要使條紋間距變大，應(yīng)（ ）A. 改用頻率較大的單色光B. 改用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的單色光C. 減小雙縫至屏的距離D. 增大雙縫之間的距離分析與解答：雙縫干涉的條紋間距可表示

12、為L(zhǎng)/d,也就是與雙縫到屏的距離L成正比，與照射雙縫的光波波長(zhǎng)成正比，與雙縫間距d成反比。據(jù)此不難得出正確選項(xiàng)為B。說(shuō)明：利用干涉現(xiàn)象中條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系可以通過(guò)測(cè)量條紋間距（用累計(jì)法測(cè)多組條紋的間距后求平均值）來(lái)求得波長(zhǎng)。即/L。2、在平靜的水面上有一層厚度均勻的透明油膜，能否觀察到干涉條紋？分析與解答：光照到厚度均勻的透明油膜時(shí)，從油膜上下兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的光程差處處相等，要么都互相加強(qiáng)（亮），要么互相減弱（暗）， 不會(huì)出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。說(shuō)明：我們看到的明暗相間的干涉條紋（或花紋），是薄膜厚度變化造成的，有的地方滿足加強(qiáng)的條件，有的地方滿足減弱的條件。增透膜的厚度是均勻的

13、，因此它可以使某種色光在膜的上下表面反射回來(lái)后，處處都互相減弱，而增加該色光的透射光能。3、某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標(biāo)卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：A. 若狹縫與燈絲平行，則衍射條紋與狹縫平行B. 若狹縫與燈絲垂直，則衍射條紋與狹縫垂直C. 衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)D. 衍射條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)以上幾點(diǎn)中，你認(rèn)為正確的是_。分析與解答：?jiǎn)慰p衍射的條紋特點(diǎn)是條紋與狹縫平行，條紋的間距隨縫寬的減小而增大（縫寬也不能太小，否則光能太弱觀察不到衍射現(xiàn)象），隨波長(zhǎng)的增大而增大。據(jù)此可得答案為A、C、D。說(shuō)明：衍射現(xiàn)象的理論分析比較復(fù)雜，學(xué)習(xí)時(shí)不必仔細(xì)推導(dǎo)，而應(yīng)把重