1、1 光的干涉,第五章 光的波动性,学习目标,1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波. 2.理解相干光源和产生干涉现象的条件. 3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件. 4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,一、双缝干涉 1.1801年，英国物理学家 在实验室里成功地观察到了光的干涉. 2.双缝干涉实验 (1)实验过程：激光束垂直射到两条狭缝S1和S2上，S1和S2相当于两个完全相同的光源，从S1和S2发出的光在挡板后面的空间叠加而发生 现象. (2)
2、实验现象：在屏上得到 的条纹. (3)实验结论：光是一种 .,托马斯杨,干涉,明暗相间,波,3.出现明、暗条纹的条件 光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长 的 (即波长的 )时，这些点出现明条纹；当路程差为_时，这些点出现暗条纹.,偶数倍,整数倍,二、薄膜干涉 1.原理：以肥皂膜为例，单色光平行入射到肥皂泡液薄膜上，由液膜前后两个表面反射回来的两列光是相干光，它们相互叠加产生干涉，肥皂泡上就出现了 的条纹或区域. 2.图样：以光照射肥皂泡为例，如果是单色光照射肥皂泡，肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹或区域；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就会出现彩色条纹. 3.应用：检查平面的平整程度.原理：空气层
3、的上下两个表面反射的两列光波发生 .,明暗相间,干涉,1.判断下列说法的正误. (1)两只相同的手电筒射出的光在同一区域叠加后，看不到干涉图样的原因是干涉图样太细小看不清楚.( ) (2)屏上到双缝的路程差等于半波长的整数倍，此处为暗条纹.( ) (3)水面上的油膜呈现彩色条纹，是油膜表面反射光与入射光叠加的结果. ( ) (4)观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧.( ),即学即用,答案,2.如图1所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95107 m.则在这里出现的应是_(填“亮条纹”或“暗条纹”).,答案,图1,暗条纹,重点探究
4、,一、双缝干涉实验,导学探究 如图2为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况.,(1)两条狭缝起什么作用？ 答案 光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源. (2)在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？ 答案 在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹.,答案,图2,知识深化 1.杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的装置示意图 实验装置如图3所示，有光源、单缝、双缝和光屏.,图3,(2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况.也可用激光直接照射双缝. (3)双缝的作用：将一束光
5、分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光. 2.光产生干涉的条件 两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同.杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的. 3.干涉图样 (1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹. (2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹.,解析 分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮.,例1 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光
6、与绿光频率、波长均不相等，这时 A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮,答案,解析,两束光发生干涉的条件是两束光的频率相同、相位差恒定、振动情况相同.,二、双缝干涉图样中的亮、暗条纹的判断,如图4所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差rr2r1. (1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即：rk,图4,k0时，PS1PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中
7、央亮条纹或零级亮条纹.k为亮条纹的级次. (2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍.即：r k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.,例2 如图5所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm 的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则 A.P和P1仍为亮条纹 B.P为亮条纹，P1为暗条纹 C.P为暗条纹，P1为亮条纹 D.P、P1均为暗条纹,答案,解析,图5,解析 从单缝S射出的光被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意
8、知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此中央是亮条纹，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹.而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600 nm橙.当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1P1S2|600 nm 则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹.综上所述，选项B正确.,判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值，要记住路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处
9、出现暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源为相干光源.,针对训练 如图6所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1r2|应为,答案,解析,图6,三、薄膜干涉,导学探究 小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹，这些彩色条纹是如何形成的呢？,答案 由薄膜干涉造成的.白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，被薄膜前、后表面反射的两列光叠加，形成干涉条纹.由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色条纹.,答案,知识深化 薄膜干涉中的色散 (1)薄膜干涉中相
10、干光的获得 光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率、恒定的相位差. (2)薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹.,(3)薄膜干涉是经薄膜前后面反射的两束光叠加的结果：出现亮条纹的位置，两束光的路程差rk(k0,1,2，3，)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差r,解析 由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度.因肥皂液薄
11、膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选项B正确.,例3 用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为,答案,解析,1.由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时眼睛与光源应在膜的同一侧. 2.在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的. 3.用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹.,A.N的上表面A处向上凸起 B.N的上表面B处向上凸起 C.N的上表
12、面A处向下凹陷 D.N的上表面B处向下凹陷,例4 (多选)如图7甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图乙所示条纹中的P和Q情况，这说明,答案,解析,图7,解析 空气薄膜厚度从左向右依次增大，又因为同一条亮(暗)条纹上各处空气薄膜厚度相同，因此可知被检查平面发生弯曲的P处的空气厚度本应该比同一条纹上其他位置的空气厚度小，而实际上厚度一样，故A处存在凹陷，同理可知B处存在凸起.,薄膜干涉的应用 1.检查平面平整度的原理 光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉条纹是等间距的.如果被检测平面某处凹下，则对应条纹提前出现，
13、如果某处凸起，则对应条纹延后出现. 2.增透膜的原理 在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零.,达标检测,1,2,3,4,解析 两灯泡不是相干光源，故选C.,1.(双缝干涉实验)用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是 A.明暗相间的条纹 B.彩色条纹 C.一片红光 D.晃动的条纹,答案,解析,1,2,3,4,2.(亮、暗条纹的判断)在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 m，若分别用频率为f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是 A.用单色光f1和f
14、2分别照射时，均出现亮条纹 B.用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹 C.用单色光f1照射时出现亮条纹，用单色光f2照射时出现暗条纹 D.用单色光f1照射时出现暗条纹，用单色光f2照射时出现亮条纹,答案,解析,1,2,3,4,因P点到双缝的距离之差x0.6 m1， 所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹.,所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确.,1,2,3,4,3.(薄膜干涉)用如图8所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈.将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是 A.当金属线圈
15、旋转30时，干涉条纹同方向旋转30 B.当金属线圈旋转45时，干涉条纹同方向旋转90 C.当金属线圈旋转60时，干涉条纹同方向旋转30 D.干涉条纹保持不变,答案,解析,图8,1,2,3,4,解析 在重力作用下肥皂液薄膜的竖截面是梯形，前后两面的反射光叠加而形成干涉条纹，金属线圈在其所在平面内缓慢旋转并不能影响肥皂液薄膜的竖截面，故金属线圈在其所在平面内旋转时干涉条纹保持不变.,A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上、下两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C.将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D.观察薄膜干涉条纹时，应在
16、入射光的另一侧,1,2,3,4,4.(薄膜干涉)(多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图9所示，这时可以看到明暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是,答案,解析,图9,1,2,3,4,解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜上、下两表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确，B项错误； 因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误； 根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确.,
