第3節(jié) 光的干涉

第3節(jié)光的干涉核心素養(yǎng)導學物理觀念掌握光的干涉的條件，知道雙縫干涉、薄膜干涉?？茖W思維理解干涉現象的成因及明暗條紋的位置特點?？茖W探究通過實驗觀察雙縫干涉和薄膜干涉。

一、光的雙縫干涉1．實驗裝置(注：屏在擋板右側，沒有畫出)2．實驗過程

在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光照射金屬擋板上的兩條平行的_____，在后面的屏上觀察光的干涉情況。3．實驗現象：在屏上得到__________的條紋。4．現象解釋：狹縫S1和狹縫S2相當于兩個頻率、相位和振動方向相同的波源，當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的____倍時(即恰好等于波長的____倍時)，兩列光波在這點相互加強，出現亮條紋；當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的____倍時，兩列光波在這點相互_____，出現暗條紋。狹縫明暗相間偶數整數奇數削弱二、薄膜干涉1．定義：薄膜前后兩個面反射的光相互疊加而發(fā)生的______現象。2．應用(1)光學元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，用以增加光的透射或者反射。(2)檢測精密的光學平面的_______。1.

如圖所示是楊氏雙縫干涉實驗的示意圖，則(1)單縫的作用是為了_____________________________________。(2)雙縫的作用是______________________________________________。干涉平滑度獲得具有單一頻率和振動情況的線光源為了獲得兩束頻率相同振動情況完全一致的相干光2．如圖為某單色光通過雙縫在屏上產生的干涉圖樣，試結合該實驗判斷下列說法是否正確：(1)光的干涉現象說明光是一種波。

()(2)如果兩列光波到達某點時，路程差為波長的整數倍，這兩列波互相加強，

在那里就出現亮條紋。

(

)(3)光的干涉現象中，亮條紋是光波振動加強的區(qū)域。

(

)(4)光波的波長λ越大，相鄰兩條紋間的距離越小。

()(5)在干涉條紋中，相鄰兩條亮紋或暗紋之間的距離是相等的。

()√√√×√3．

如圖所示為一顯示薄膜干涉現象的實驗裝置，P是附有肥皂膜

的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈。往火焰上撒些鹽后，在肥皂

膜上就會觀察到干涉圖樣。(1)觀察者應該位于P的左側還是右側？(2)觀察者觀察到的干涉條紋是豎直的還是水平的？提示：(1)觀察者應該位于P的右側進行觀察。(2)干涉條紋是水平的。[重點釋解]1．雙縫干涉圖樣的特點(1)單色光的干涉圖樣：①中央為亮條紋；②明暗相間的條紋，且相鄰條紋間距相等；③波長越大，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距越大。(2)白光的干涉圖樣：①中央條紋為白色；②其余為彩色條紋。2．原理：頻率相同的兩列光疊加時，某些區(qū)域的光相互加強，出現亮條紋；某些區(qū)域的光相互減弱，出現暗條紋，且加強區(qū)與減弱區(qū)相互間隔，即亮、暗條紋相互間隔。3．光的干涉條件(1)兩列光的頻率相同；(2)兩列光的振動方向相同；(3)兩列光的相位差恒定或相位總相同。[答案]

暗條紋變寬雙縫干涉實驗中明暗條紋的判斷方法(1)判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值。(2)要記住光程差等于波長的整數倍處出現亮條紋，等于半波長奇數倍處為暗條紋。(3)還要注意這一結論成立的條件是兩個光源情況完全相同。

/方法技巧/[針對訓練]1．(2022·揚州高二檢測)如圖是雙縫干涉實驗裝置示意圖，使用波

長為600nm的橙色光照射時，在光屏中心P點出現亮條紋，位

于P點上方的P1點到S1、S2的路程差恰為600nm?，F改用波長

為400nm的紫色光照射，則

(

)A．P和P1處都出現亮條紋B．P處為亮條紋，P1處為暗條紋C．P處為暗條紋，P1處為亮條紋D．P處和P1處都是暗條紋答案：B2.(2023·江蘇高考)用某種單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼?/p>

(

)3．在圖示的雙縫干涉實驗中，光源S到縫S1、S2距離相等，

P0為S1S2連線中垂線與光屏的交點。用波長為400nm的

光實驗時，光屏中央P0處呈現中央亮條紋(記為第0條亮條紋)，P處呈現第3條亮條紋。當改用波長為600nm的光實驗時，P處將呈現

(

)A．第2條亮條紋 B．第3條亮條紋C．第2條暗條紋 D．第3條暗條紋答案：A

新知學習(二)|薄膜干涉的理解和應用[任務驅動]如圖所示，一鐵絲環(huán)中有肥皂液膜，當日光照射肥皂液膜時會出現彩色條紋。請分析原因。提示：來自皂膜前、后表面的反射光發(fā)生干涉出現條紋，由于肥皂液膜上面薄、下面厚，不同顏色的光波長不同，因此發(fā)生干涉的明暗條紋的位置不同，出現的條紋為彩色條紋。

2．豎放肥皂液膜的干涉現象(1)白光照射圖樣是彩色的

如圖所示，豎直放置的肥皂液膜，因重

力的作用，上面薄、下面厚，由于不同顏色的光的波長不同，

從前、后兩個表面反射的光，在不同的位置被加強，換句話說，

不同顏色的光對應亮條紋的位置不同，不能完全重合，因此看起來是彩色的。(2)條紋是水平方向的因為在同一水平高度處，薄膜的厚度相同，從前、后兩表面反射的光的路程差均相同，如果此時兩反射光互相加強，則此高度水平方向各處均加強，因此，明暗相間的干涉條紋應為水平方向的。(3)觀察薄膜干涉，應從光源這一側觀察。3．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，則對應亮條紋(或暗條紋)提前出現，如圖乙中

P條紋所示；如果某處凸起來，則對應條紋延后出現，如圖乙中Q所示。[典例體驗][典例]

(2021·浙江6月選考)(多選)肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是

(

)A．過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形B．肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C．肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化D．將肥皂膜外金屬環(huán)左側的把柄向上轉動90°，條紋也會跟著轉動90°[解析]

肥皂膜因為自重會上面薄而下面厚，因表面張力的原因其截面應是一個圓滑的曲面而不是梯形，A正確；薄膜干涉是等厚干涉，其原因為肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋，B正確；形成條紋的原因是前后表面的反射光疊加出現了振動加強點和振動減弱點，肥皂膜從形成到破裂的過程上面越來越薄，下面越來越厚，因此出現加強點和減弱點的位置發(fā)生了變化，條紋寬度和間距發(fā)生變化，C錯誤；將肥皂膜外金屬環(huán)左側的把柄向上轉動90°，由于重力，表面張力和粘滯力等的作用，肥皂膜的形狀和厚度會重新分布，因此并不會跟著旋轉90°，D錯誤。[答案]

AB[針對訓練]1．(2021·江蘇高考)鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，由此推測肥皂膜前后兩個面的側視形狀應當是

(

)解析：薄膜干涉為前后兩個面反射回來的光發(fā)生干涉形成干涉條紋，在入射光為復色光時，出現彩色條紋，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大，由于干涉條紋的間距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度變化越來越大，故C正確，A、B、D錯誤。答案：C

2．劈尖干涉是一種薄膜干涉，裝置如圖所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜，當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖所示。干涉條紋有如下特點：(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰亮條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定?，F若在如圖裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋

(

)A．變疏

B．變密

C．不變

D．消失解析：撤去一張紙片后，劈形空氣薄膜的劈勢(即傾斜程度)減緩，相同水平距離上，劈勢厚度變化減小，以致干涉時路程差變化減小，條紋變寬，干涉條紋變疏，故A正確。答案：A3．(2023·山東高考)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標準石英環(huán)，C為待測柱形樣品，C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數小于G的膨脹系數，當溫度升高時，下列說法正確的是

(

)A．劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動B．劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動C．劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動D．劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動解析：因為C的膨脹系數小于G的膨脹系數，當溫度升高時，G膨脹得更明顯，導致劈形空氣層的厚度變大，空氣層上相同厚度的位置將左移，對應該厚度的干涉條紋也相應左移，故A正確。答案：A

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——三種干涉條紋的比較1．(選自魯科版新教材“物理聊吧”)同一實驗裝置，用不同的色光來做雙縫干涉實驗，所產生的干涉條紋是不同的。下圖是由三種色光產生的干涉條紋，請比較它們有什么異同，并說明原因。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．(2021·山東等級考)

用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察

到

如圖所示明暗相間的干涉條紋。下列關于該區(qū)域薄膜厚度d

隨坐標x的變化圖像，可能正確的是

(

)答案：D

2．(2021·湖北高考)如圖所示，由波長為λ1和λ2的單色光

組成的一束復色光，經半反半透鏡后分成透射光和

反射光。透射光經擴束器后垂直照射到雙縫上并在

屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置，P1和P2分別是波長為λ1和λ2的光形成的距離O點最近的亮條紋中心位置。反射光入射到三棱鏡一側面上，從另一側面M