1、3 光的干涉,一、杨氏干涉实验 1.物理史实:1801年,英国物理学家_成功地 观察到了光的干涉现象,开始让人们认识到光的波动 性。,托马斯杨,2.双缝干涉实验: (1)实验过程:让一束平行的_的单色光投射到 一个有两条狭缝S1和S2的挡板上,两狭缝相距很近,两狭 缝就成了两个波源,它们的频率、相位和振动方向总是 相同的,两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加 发生_。,完全相同,干涉,(2)实验现象:在屏上得到_的条纹。 (3)实验结论:光是一种_。,明暗相间,波,二、光发生干涉的条件 1.干涉条件:两列光的_相同、_方向相同、相 位差_。 2.相干光源:发出的光能够发生_的两个光源。,频
2、率,振动,恒定,干涉,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误。 (1)杨氏干涉实验证实了光是一种波。 ( ) (2)在杨氏干涉实验中两个狭缝之间的距离可以是任意的。 ( ) (3)实验中观察到的明条纹一定是波峰与波峰相遇的位置。 ( ),(4)在光的双缝干涉实验中,不需要单缝也能完成该实验。 ( ) (5)在光的双缝干涉实验中,双缝的作用是产生两列相干光源。 ( ),提示:(1)。干涉现象是波所特有的一种现象。 (2)。在杨氏干涉实验中,两个狭缝之间的距离必须足够小才能观察到明显的干涉现象。 (3)。实验中观察到的明条纹是振动加强的位置,可能是波峰与波峰相遇的位置,也可能是波谷与波谷相遇的位置
3、。,(4)。光源直接照射到双缝上,很难得到相干光源。 (5)。双缝的作用就是把同一列光分成两列相干光源。,2.(多选)下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是 ( ) A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源,C.频率相同、相位差恒定的两列单色光能够产生干涉现象 D.光屏上距离中心点越远的点,两条狭缝射来的光的路程差越小,【解析】选B、C。在杨氏双缝干涉实验中,单缝的作用是获得一个线光源,双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源,故选项A错误,B正确;频率相同、相位差恒定的两列光可以发生干涉现象,选项C正确;两条狭缝射来的光的路程差,在中心点时最
4、小为0,距离中心点越远,两光的路程差越大,D错误。,3.(多选)关于光的干涉,下列说法中正确的是 ( ) A.只有频率相同的两列光波才能产生干涉 B.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定,C.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹 D.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹,【解析】选A、C。发生干涉现象时两列光的频率必须相同,选项A正确;频率不同的两列光波不能产生干涉,而不是干涉不稳定,选项B错误;干涉发生时出现亮条纹的条件是路程差是波长的整数倍或者半波长的偶数倍,选项C
5、正确;干涉发生时出现暗条纹的条件是路程差是半波长的奇数倍,选项D错误。,知识点一 杨氏双缝干涉实验原理 探究导入: 如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图,请问在该实验中单缝屏和双缝屏分别所起的作用是什么?,提示:单缝屏是为了获得具有唯一频率和振动情况的线光源;双缝屏是为了获得两束频率相同、振动情况完全一致的相干光。,【归纳总结】 1.主要实验器材:光源、单缝屏、双缝屏和光屏。 2.单缝屏的作用:获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况。如果用激光直接照射双缝,可省去单缝屏。杨氏那时没有激光,因此他用强光照射一条狭缝,通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。,3.双缝屏的作用:平行光照射到单缝S
6、上,又照射到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。,4.产生亮、暗条纹的条件:频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致,即振动方向总是相同;暗条纹处振动步调总是相反。具体产生亮、暗条纹的条件为,(1)亮条纹产生的条件: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:|PS1- PS2| =k=2k (k=0,1,2,3)k=0时,PS1=PS2,此时 P点位于屏上的O处,为亮条纹,此处的条纹叫中央亮条 纹或零级亮条纹。k为亮条纹的级次。,(2)暗条纹产生的条件:屏上某点P到两条缝S1
7、和S2的路 程差正好是半波长的奇数倍。即:|PS1-PS2|=(2k-1)(k=1,2,3)k为暗条纹的级次,从第1级暗条纹开始 向两侧展开。,【典题过关】 【典例】在双缝干涉实验中,分别用 红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上, 红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相 比,x1_(选填“”“”或“=”)x2。若实验 中红光的波长为630nm,双缝与屏幕的距离为1.00m,测,得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,则双缝之间的距离为_mm。,【正确解答】根据x= ,因为红光的波长比绿光 的长,所以红光的干涉条纹间距x1比绿光的干涉条纹 间距x2大;由题意得相邻亮
8、条纹的间距为x= =2.110-3m,再由x= 可以解得 d=0.300mm。 答案: 0.300,【过关训练】(2018扬州高二检测)如图所示是双缝干涉的实验装置,其光屏上P处发现明条纹,则双缝到光屏上P点的距离之差为( ) A.光波的半波长的奇数倍 B.光波的波长的奇数倍 C.光波的半波长的偶数倍 D.光波的波长的偶数倍,【解析】选C。在双缝干涉实验中,光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时,该点为加强点,出现亮条纹;光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时,该点为减弱点,出现暗条纹。,【补偿训练】 1.某同学自己动手利用如图所示的器材,观察光的干涉现象,其中,A为单缝屏,B为双缝屏
9、,C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时,屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因,最大的可能是( ),A.单缝S太窄 B.单缝S太宽 C.S到S1和S2距离不等 D.太阳光不能作光源,【解析】选B。本实验中,单缝S应非常窄,才可看作“理想线光源”,也才能成功地观察到干涉现象,移走B屏后,在C上出现一窄亮斑,说明单缝S太宽,故B正确,A错误;S到S1和S2距离不等时,也能出现干涉条纹,但中央不一定是亮纹,C错误;太阳光可以作光源,屏上将出现彩色条纹,D错误。,2.(多选)在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差d=0.6m。若分别用频率为f1=5.01014
10、Hz和频率为f2=7.51014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现条纹的情况是 ( ) A.用频率为f1的单色光照射时,P点出现暗条纹 B.用频率为f1的单色光照射时,P点出现明条纹,C.用频率为f2的单色光照射时,P点出现暗条纹 D.用频率为f2的单色光照射时,P点出现明条纹,【解析】选B、C。由c=f可得= ,故单色光的波 长分别为1= m=610-7m,2= =410-7m;故双缝到光屏上P点的距离之差d分别是两种 单色光波长的倍数 所以,用频率为f1的单色光照射时,P点出现明条纹;用频 率为f2的单色光照射时,P点出现暗条纹;故选项B、C正 确,A、D错误。,3.(多选)杨氏双缝干涉
11、实验中,下列说法正确的是(n为 自然数,为光波波长) ( ) A.在距双缝的路程相等的点形成暗条纹 B.在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹 C.在距双缝的路程差为n 的点形成亮条纹 D.在距双缝的路程差为 的点形成暗条纹,【解析】选B、D。在双缝干涉实验中,当某处距双缝距 离之差x为波长的整数倍时,即x=k,k=0,1,2,3, 这些点为加强点,该处出现亮条纹;当某处距双缝 距离之差x为半波长的奇数倍时,即x=(2k+1) , k=0,1,2,3这些点为减弱点,该处出现暗条纹;故选 项B、D正确,A、C错误。,知识点二 双缝干涉图样的特点 探究导入: 如图所示是几种单色光的双缝干涉图样,请问:
12、,(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗? (2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗?,提示:(1)由图可知,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹之间的距离都是相等的。 (2)由图可知,用不同颜色的光做干涉实验时,不同颜色的干涉图样条纹间距不同。,【归纳总结】 1.单色光的干涉图样:若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等。中央为亮条纹,两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大。,2.白光的干涉图样:若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的。这是因为: (1)从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间
13、的条纹,各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。,(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的亮条纹间距宽度最大,紫光的亮条纹间距宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹。,【典题过关】 【典例】(多选)杨氏干涉实验证明光的确 是一种波,一束单色光投射在两条相距很 近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们 发出的光波发生干涉,产生的干涉图样如图所示,在这 两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷, 如果放置光屏,在下列说法正确的 ( ),A.A点出现明条纹 B.B点出现明条纹 C.C点出现暗条纹 D.C点出现明条纹,【正确解答】选A、B
14、、C。波峰与波峰或者波谷与波谷相叠加振动加强,所以A、B点出现明条纹,波峰与波谷叠加振动减弱,所以C点出现暗条纹,故选项A、B、C正确,选项D错误。,【过关训练】 如图所示,用单色光做双缝干涉实验,P处为第二暗条纹,改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时,则同侧第二暗条纹的位置 ( ),A.仍在P处 B.在P点上方 C.在P点下方 D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到,【解析】选B。由c=f得= ,故频率越低,波长越 大,在干涉图样中相邻两暗条纹间的距离越大,故选项B 对,选项A、C、D错。,【补偿训练】 1. (多选)(2018开封高二检测)双 缝干涉实验装置如图所示,绿光通过
15、单缝S后,投射到具有双缝的挡板上, 双缝S1和S2与单缝S的距离相等,光通过双缝后在与双缝 平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点到两缝的距离相,等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。已知红光、绿光和蓝光三种色光比较,红光的波长最长,蓝光的波长最短,那么如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹情况,下列叙述正确的是 ( ),A.O点出现红光的亮条纹 B.红光的第一条亮条纹在P点的上方 C.O点不出现蓝光的亮条纹 D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方,【解析】选A、B。中央O点到S1、S2的路程差为零,所以换不同颜色的光时,O点始终为亮条纹,选项A正确,C错误;波长越长,条纹间距越
16、宽,所以红光的第一条亮条纹在P点上方,蓝光的第一条亮条纹在P点下方,选项B正确,D错误。,2.在杨氏双缝干涉实验中,如果不用激光光源而用一般的单色光源,为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源,如图所示,在用单色光做双缝干涉实验时,若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动,则 ( ),A.不再产生干涉条纹 B.仍可产生干涉条纹,且中央亮纹P的位置不变 C.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置向上移 D.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向下移,【解析】选D。本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源,双缝S1、S2的作用是形成相干光源,稍微移动S后,没有改变传到双缝的光的频率,
17、由S1、S2射出的仍是相干光,由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零,故中央亮纹下移。,【拓展例题】考查内容:干涉实验装置改变时的条纹情 况 【典例】如图所示,用激光束照射双缝干 涉实验装置,后面屏上出现干涉条纹。其中单缝的作用 是产生线光源,单缝、双缝应平行放置。若将单缝绕中 心轴旋转(不超过90),条纹将发生什么变化?若将双 缝绕中心轴旋转(不超过90),条纹将发生什么变化?,【正确解答】在双缝干涉实验中,单缝的作用是形成线光源,双缝的作用是形成振动情况相同的相干光源。当单缝旋转时,双缝被照亮的面积减小,双缝虽然仍能形成相干光源,但由于通过双缝的光能量减少,所以屏上仍能产生干涉条纹,但条纹变暗。当双缝旋转时,同样会导致干涉条纹变暗。同时,干涉条纹保持与双缝平行,也随双缝的旋转而旋转。 答案:见正确解答,
