高中物理第五章光的波動(dòng)性1光的干涉省公開課一等獎(jiǎng)新課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1光干涉第五章光波動(dòng)性1/36[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道光干涉現(xiàn)象和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象條件，知道光是一個(gè)波.2.了解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象條件.3.了解明暗條紋成因及出現(xiàn)明暗條紋條件.4.了解薄膜干涉成因，知道薄膜干涉現(xiàn)象和應(yīng)用.2/36內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知扎實(shí)基礎(chǔ)3/36自主預(yù)習(xí)4/36一、雙縫干涉1.1801年，英國物理學(xué)家

在試驗(yàn)室里成功地觀察到了光干涉.2.雙縫干涉試驗(yàn)(1)試驗(yàn)過程：激光束垂直射到兩條狹縫S1和S2上，S1和S2相當(dāng)于兩個(gè)完全相同光源，從S1和S2發(fā)出光在擋板后面空間疊加而發(fā)生

現(xiàn)象.(2)試驗(yàn)現(xiàn)象：在屏上得到

條紋.(3)試驗(yàn)結(jié)論：光是一種

.托馬斯·楊干涉明暗相間波5/363.出現(xiàn)明、暗條紋條件光從兩狹縫到屏上某點(diǎn)旅程差為半波長

(即波長λ

)時(shí)，這些點(diǎn)出現(xiàn)明條紋；當(dāng)旅程差為________________時(shí)，這些點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋.偶數(shù)倍整數(shù)倍6/36二、薄膜干涉1.原理：以肥皂膜為例，單色光平行入射到肥皂泡液薄膜上，由液膜前后兩個(gè)表面反射回來兩列光是相干光，它們相互疊加產(chǎn)生干涉，肥皂泡上就出現(xiàn)了

條紋或區(qū)域.2.圖樣：以光照射肥皂泡為例，假如是單色光照射肥皂泡，肥皂泡上就會(huì)出現(xiàn)明暗相間條紋或區(qū)域；假如是白光照射肥皂泡，液膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋.3.應(yīng)用：檢驗(yàn)平面平整程度.原理：空氣層上下兩個(gè)表面反射兩列光波發(fā)生

.明暗相間干涉7/361.判斷以下說法正誤.(1)兩只相同手電筒射出光在同一區(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣原因是干涉圖樣太細(xì)小看不清楚.(

)(2)屏上到雙縫旅程差等于半波長整數(shù)倍，此處為暗條紋.(

)(3)水面上油膜展現(xiàn)彩色條紋，是油膜表面反射光與入射光疊加結(jié)果.(

)(4)觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光另一側(cè).(

)[即學(xué)即用]××××答案8/362.如圖1所表示，在楊氏雙縫干涉試驗(yàn)中，激光波長為5.30×10－7m，屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2旅程差為7.95×10－7m.則在這里出現(xiàn)應(yīng)是_______(填“亮條紋”或“暗條紋”).答案圖1暗條紋9/36重點(diǎn)探究10/36一、雙縫干涉試驗(yàn)[導(dǎo)學(xué)探究]

如圖2為雙縫干涉示意圖，單縫發(fā)出單色光投射到相距很近兩條狹縫S1和S2上，狹縫就成了兩個(gè)波源，發(fā)出光向右傳輸，在后面屏上觀察光干涉情況.(1)兩條狹縫起什么作用？答案光線照到兩狹縫上，兩狹縫成為振動(dòng)情況完全相同光源.(2)在屏上形成光干涉圖樣有什么特點(diǎn)？答案在屏上形成明暗相間、等間距干涉條紋.答案圖211/36[知識深化]1.楊氏雙縫干涉試驗(yàn)(1)雙縫干涉裝置示意圖試驗(yàn)裝置如圖3所表示，有光源、單縫、雙縫和光屏.圖312/36(2)單縫作用：取得一個(gè)線光源，使光源有唯一頻率和振動(dòng)情況.也可用激光直接照射雙縫.(3)雙縫作用：將一束光分成兩束頻率相同且振動(dòng)情況完全一致相干光.2.光產(chǎn)生干涉條件兩束光頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同.楊氏雙縫干涉試驗(yàn)是靠“一分為二”方法取得兩個(gè)相干光源.3.干涉圖樣(1)單色光干涉圖樣：干涉條紋是等間距明暗相間條紋.(2)白光干涉圖樣：中央條紋是白色，兩側(cè)干涉條紋是彩色條紋.13/36解析分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，所以屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但仍有光亮.例1在雙縫干涉試驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中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)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時(shí)A.只有紅色和綠色雙縫干涉條紋，其它顏色雙縫干涉條紋消失B.紅色和綠色雙縫干涉條紋消失，其它顏色干涉條紋依然存在C.任何顏色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√答案解析14/36總結(jié)提升兩束光發(fā)生干涉條件是兩束光頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)情況相同.15/36二、雙縫干涉圖樣中亮、暗條紋判斷如圖4所表示，設(shè)屏上一點(diǎn)P到雙縫距離分別為r1和r2，旅程差Δr＝r2－r1.(1)亮條紋條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2旅程差恰好是波長整數(shù)倍或半波長偶數(shù)倍.即：Δr＝kλ＝圖4k＝0時(shí)，PS1＝PS2，此時(shí)P點(diǎn)位于屏上O處，為亮條紋，此處條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋.k為亮條紋級次.(2)暗條紋條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2旅程差恰好是半波長奇數(shù)倍.即：Δr＝k為暗條紋級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開.16/36例2如圖5所表示是雙縫干涉試驗(yàn)裝置，使用波長為600nm橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋(即P1到S1、S2旅程差為一個(gè)波長)，現(xiàn)換用波長為400nm紫光源照射單縫，則A.P和P1仍為亮條紋B.P為亮條紋，P1為暗條紋C.P為暗條紋，P1為亮條紋D.P、P1均為暗條紋√答案解析圖517/36解析從單縫S射出光被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點(diǎn)到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出光到P點(diǎn)旅程差為零，所以中央是亮條紋，不論入射光是什么顏色光，波長多大，P點(diǎn)都是中央亮條紋.而分別由S1、S2射出光到P1點(diǎn)旅程差剛好是橙光一個(gè)波長，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙.當(dāng)換用波長為400nm紫光時(shí)，|P1S1－P1S2|＝600nm＝

則兩列光波抵達(dá)P1點(diǎn)時(shí)振動(dòng)情況完全相反，即分別由S1、S2射出光抵達(dá)P1點(diǎn)時(shí)相互減弱，所以，在P1點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋.總而言之，選項(xiàng)B正確.18/36總結(jié)提升判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)旅程差與波長比值，要記住旅程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，還要注意這一結(jié)論成立條件是：兩個(gè)光源為相干光源.19/36針對訓(xùn)練如圖6所表示，用頻率為f單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2距離之差|r1－r2|應(yīng)為√答案解析圖620/36三、薄膜干涉[導(dǎo)學(xué)探究]

兒童吹出肥皂泡、熱菜湯表面油花、馬路上積水表面油膜，都會(huì)看到彩色條紋，這些彩色條紋是怎樣形成呢？答案

由薄膜干涉造成.白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，被薄膜前、后表面反射兩列光疊加，形成干涉條紋.因?yàn)榘坠庵懈魃獠ㄩL不一樣，干涉后條紋間距不一樣，薄膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋.答案21/36[知識深化]薄膜干涉中色散(1)薄膜干涉中相干光取得光照射到薄膜上，在薄膜前、后兩個(gè)面反射光是由同一個(gè)實(shí)際光源分解而成，它們含有相同頻率、恒定相位差.(2)薄膜干涉原理光照在厚度不一樣薄膜上時(shí)，前、后兩個(gè)面反射光旅程差等于對應(yīng)位置膜厚度2倍，在一些位置，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，兩列波疊加后相互減弱，于是出現(xiàn)暗條紋.22/36(3)薄膜干涉是經(jīng)薄膜前后面反射兩束光疊加結(jié)果：出現(xiàn)亮條紋位置，兩束光旅程差Δr＝kλ(k＝0,1,2，3，…)，出現(xiàn)暗條紋位置，兩束光旅程差Δr＝23/36解析因?yàn)樵诠飧缮嬷辛?、暗條紋位置取決于兩列光波相遇時(shí)經(jīng)過旅程差，則在薄膜干涉中取決于入射點(diǎn)處薄膜厚度.因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一個(gè)上薄下厚楔形膜，厚度相等位置在同一條水平線上，故同一條干涉條紋必定是水平，由此可知只有選項(xiàng)B正確.例3用單色光照射位于豎直平面內(nèi)肥皂液薄膜，所觀察到干涉條紋為答案解析√24/36總結(jié)提升1.因?yàn)楸∧じ缮媸墙?jīng)薄膜前、后表面反射兩束光疊加而形成，所以觀察時(shí)眼睛與光源應(yīng)在膜同一側(cè).2.在光薄膜干涉中，前、后表面反射光旅程差由膜厚度決定，所以薄膜干涉中同一亮條紋或同一暗條紋應(yīng)出現(xiàn)在厚度相同地方，所以又叫等厚干涉，每一條紋都是水平.3.用單色光照射得到明暗相間條紋，用白光照射得到彩色條紋.25/36A.N上表面A處向上凸起B(yǎng).N上表面B處向上凸起C.N上表面A處向下凹陷D.N上表面B處向下凹陷例4

(多項(xiàng)選擇)如圖7甲所表示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來檢驗(yàn)平面N上表面平滑情況，觀察到如圖乙所表示條紋中P和Q情況，這說明答案解析圖7√√26/36解析空氣薄膜厚度從左向右依次增大，又因?yàn)橥粭l亮(暗)條紋上各處空氣薄膜厚度相同，所以可知被檢驗(yàn)平面發(fā)生彎曲P處空氣厚度本應(yīng)該比同一條紋上其它位置空氣厚度小，而實(shí)際上厚度一樣，故A處存在凹陷，同理可知B處存在凸起.27/36總結(jié)提升薄膜干涉應(yīng)用1.檢驗(yàn)平面平整度原理光線經(jīng)空氣薄膜上、下兩面反射，得到兩束相干光，假如被檢測平面是光滑，得到干涉條紋是等間距.假如被檢測平面某處凹下，則對應(yīng)條紋提前出現(xiàn)，假如某處凸起，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn).2.增透膜原理在增透膜前、后表面反射兩列光波形成相干波，當(dāng)旅程差為半波長奇數(shù)倍時(shí)，兩光波相互減弱，反射光能量幾乎等于零.28/36達(dá)標(biāo)檢測29/361234解析兩燈泡不是相干光源，故選C.1.(雙縫干涉試驗(yàn))用兩個(gè)紅燈泡照射白墻，在墻上看到是A.明暗相間條紋 B.彩色條紋C.一片紅光 D.晃動(dòng)條紋√答案解析30/3612342.(亮、暗條紋判斷)在雙縫干涉試驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)距離之差為0.6μm，若分別用頻率為f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)亮、暗條紋情況是A.用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)亮條紋B.用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋C.用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋，用單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D.用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，用單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋√答案解析31/361234因P點(diǎn)到雙縫距離之差Δx＝0.6μm＝λ1，所以用單色光f1照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋.所以用單色光f2照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋，故選項(xiàng)C正確.32/3612343.(薄膜干涉)用如圖8所表示試驗(yàn)裝置觀察光薄膜干涉現(xiàn)象.圖(a)是點(diǎn)燃酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖(b)是豎立附著一層肥皂液薄膜金屬線圈.將金屬線圈在其所在豎直平面內(nèi)遲緩旋轉(zhuǎn)，觀察到現(xiàn)象是A.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°D.干涉條紋保持不變√答案解析圖833/361234解析

在重力作用下肥皂液薄膜豎截面是梯形，前后兩面反射光疊加而形成干涉條紋，金屬線圈在其所在平面內(nèi)遲緩旋轉(zhuǎn)并不能影響肥皂液薄膜豎截面，故金屬線圈在其所