2017滬科版高中物理選修(3-4)4.1《光的干涉》word學案

CHAPTER第4章CHAPTER第4章光的波動性THEFOURTH4.1光的干涉［學習目標定位］1.知道什么是相干光源以及光產生干涉現(xiàn)象的條件.2.觀察光的干涉現(xiàn)象，認識雙縫干涉條紋的特點及其明暗條紋的位置特點.3.觀察薄膜干涉現(xiàn)象，知道薄膜干涉條紋的特點，并能用它解釋生活中的相關現(xiàn)象．知識.儲備區(qū) 溫故追本溯源推陳方可知新X知識鏈接1?波的干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉.X新知呈現(xiàn)2．楊氏雙縫干涉實驗⑴史實：1801年，英國物理學托馬斯?楊做了著名的光的雙縫干涉實驗，成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象．⑵雙縫干涉圖樣：如圖1所示，用單色光去照射雙縫，屏幕上就會出現(xiàn)明暗相間的等距離的條紋．圖1⑶干涉條件：兩列光的頻率相同，振動方向一致，且相位差恒定.(4)能發(fā)生干涉的兩束光稱為相干光．(5)意義：光的干涉現(xiàn)象充分表明光是一種波.

3．明暗條紋位置的判斷方法當兩個光源與屏上某點的距離差等于半波長的偶數(shù)倍(即恰好等于波長的整數(shù)倍時)，兩列光在這點相互加強，這里出現(xiàn)亮條紋;當兩個光源與屏上某點的距離差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩列光在這點相互削弱，這里出現(xiàn)暗條紋.4．奇妙的薄膜干涉(1)觀察薄膜干涉：如圖(1)觀察薄膜干涉：如圖2所示水平方向的明暗相間的條紋.圖2(2)相干光源：液膜前后兩表面反射的兩列光波.(3)薄膜干涉的成因光照在厚度不同的薄膜上時，在薄膜的不同位置，前后兩個面的反射光的光程差不同，在某些位置兩列波疊加后相互加強，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，兩列波疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋.基礎自學落實重點互動探究學習?探究區(qū)基礎自學落實重點互動探究一、楊氏雙縫干涉實驗[問題設計 ]麥克斯韋預言光是一種電磁波.光若是一種波，它就應該有衍射、干涉現(xiàn)象，托馬斯?楊通過雙縫實驗觀察到了光的干涉現(xiàn)象，從而證明了光具有波動性．波發(fā)生干涉的必要條件是什么？托馬斯?楊如何得到兩個相干光源的？答案 波發(fā)生干涉的必要條件是兩列波頻率相同.托馬斯?楊通過兩個狹縫獲得了兩個相干光源．[要點提煉 ]1．楊氏雙縫干涉實驗示意圖，如圖3所示．單縫雙縫屏圖32．單縫的作用：獲得線光源．.雙縫的作用：獲得兩個相干光源..實驗現(xiàn)象：在屏上出現(xiàn)一系列明暗相間的條紋..實驗結論：光具有波動性.【例1】在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏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.有除紅色、綠色外的其他顏色的雙縫干涉條紋C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D.屏上無任何光亮解析兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等．利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生干涉的兩束光，在屏上形成干涉條紋，但分別用紅濾光片和綠濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不相等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，故選C.答案C二、光屏上出現(xiàn)明暗條紋的條件[問題設計 ]機械波發(fā)生干涉現(xiàn)象時，形成的圖樣有什么特點？光發(fā)生干涉現(xiàn)象時為什么會出現(xiàn)明暗相間的條紋？答案機械波的干涉圖樣的特點是：振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)相互間隔，其分布不變．光發(fā)生干涉現(xiàn)象時，振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)也會交替分布．反映在屏上，振動加強區(qū)，光能量較強——亮；振動減弱區(qū)，光能量較弱——暗，即得到明暗相間的干涉條紋．[要點提煉 ]屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件1.出現(xiàn)亮條紋的條件：屏上某點P到兩條縫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:4IPS1—PS21=翅=2k?](k=0,1,2,3,…)2.出現(xiàn)暗條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍.即:4IPS1—PS21=(2k—1>2(k=1,2,3,…)【例2用波長為4的單色光照射單縫0,經過雙縫M、N在屏上產生明暗相間的干涉條紋，如圖4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()圖40到達a、b的路程差為零M、N到達b的路程差為40到達a、c的路程差為44M、N到達e的路程差為24解析 振動方向一致的兩光源在空間發(fā)生干涉，得到亮條紋的條件需滿足AL=k4(k二0,1,2,3…).答案BD三、奇妙的薄膜干涉[問題設計 ]如圖5所示，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,放在酒精燈旁,膜上就會出現(xiàn)燈焰的像.肥皂膜上為什么會出現(xiàn)燈焰的像呢？這個像有什么特點？圖5答案液膜上的像是液膜前后兩個面反射的光形成的.特點：此像由明暗相間的水平條紋組成.[要點提煉 ]1.薄膜干涉的原理與雙縫干涉的情況相同,在膜上不同位置,來自前后兩個面的反射光(用圖6中實線和虛線來代表)所走的路程差不同.路程差是光在介質中波長的整數(shù)倍的位置上時，疊加后加強，出現(xiàn)了亮條紋；路程差是光在介質中半波長的奇數(shù)倍的位置上時，疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)了暗條紋.

圖6圖62．薄膜干涉中應注意的問題⑴觀察的是從膜前、后兩表面反射回來的光(眼睛與光源在膜的同一側)⑵用單色光照射時得到明暗相間的條紋，用白色光照射時得到彩色條紋.【例3用如圖7所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象，圖(a)是點燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈，將金屬線圈在其所在的豎直平面內緩慢旋轉，觀察到的現(xiàn)象是()圖7圖7A.當金屬線圈旋轉30°時，干涉條紋同方向旋轉30°B.當金屬線圈旋轉45°時，干涉條紋同方向旋轉90°C.當金屬線圈旋轉60°時，干涉條紋同方向旋轉30°D.干涉條紋保持不變解析 豎直肥皂膜是由重力作用產生的上薄下厚的薄膜，所以金屬線圈的轉動，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知，同一厚度處的干涉條紋在同一級次上，所形成的干涉條紋都是水平的，與金屬線圈在該豎直平面內的轉動無關，仍然是水平的干涉條紋，D正確.答案D⑥課堂要點小結裝置光的干涉(楊氏雙縫干涉實驗現(xiàn)象:屏上形成明暗相間的條紋?結論:光具有波動性光的干涉＜出現(xiàn)明暗(亮條紋:光程差是波長的整數(shù)倍條紋的條件‘暗條紋:光程差是半波長的奇數(shù)倍|奇妙的薄膜干涉^I成因自我?自我?檢測區(qū) 檢測學習效果體驗成功快樂1．能發(fā)生干涉的兩束光應是（ ）A.亮度一樣 B.顏色一樣C.頻率相等 D.傳播方向相同答案C解析產生干涉的條件是兩光源的頻率相同，振動方向相同，相位差恒定．2.某同學自己動手利用如圖8所示器材，觀察光的干涉現(xiàn)象.其中，A為單縫屏，B為雙縫屏，C為像屏.當他用一束陽光照射到A上時，屏C上并沒有出現(xiàn)干涉條紋.他移走B后，C上出現(xiàn)一窄亮斑.分析實驗失敗的原因，最大的可能是（）1fSSi三一澄:圖8A.單縫S太窄 B.單縫S太寬C.S到S1和S2距離不等 D.太陽光不能做光源答案B解析因為移走B屏后，在C上出現(xiàn)一窄亮斑，說明單縫S太寬.本實驗中，單縫S應非常窄，才可看作“理想線光源”，也才能成功地觀察到干涉現(xiàn)象，故B正確，A錯誤；S到s1和s2距離不等時也能出現(xiàn)干涉條紋，但中央不一定是亮條紋，C錯誤；太陽光是復色光，可出現(xiàn)彩色干涉條紋，D錯誤.3.在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6gm,若分別用頻率為f1=5.0X1014Hz和f2=7.5X1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是（）A.單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)明條紋B.單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋C.單色光f1照射時出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)暗條紋D.單色光f1照射時出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)明條紋答案C解析判定某處是明條紋還是暗條紋，關鍵是看該處