資源簡介

4. 3 光的干涉
學習目標
1、了解光的干涉現象，了解光的干涉產生的條件。
2、知道決定干涉條紋間距的條件，認識出現亮條紋和暗條紋的位置特點。
3、了解薄膜干涉及其成因。
4、知道光的干涉在生產、生活中的應用。
重點難點
1、知道雙縫干涉產生的條件，認識干涉圖樣的特征。（重點）
2、理解雙縫干涉實驗中產生亮條紋和暗條紋的條件。（重點）
3、正確理解雙縫干涉圖樣中亮條紋和暗條紋產生的原因。（難點）
4、用波動說來說明明暗相間的干涉條紋，在時同上是穩定的，在空間上存在著加強區和減弱區并且互相間隔，理解“加強”和“減弱”。（難點）
自主探究
一、光的雙縫干涉
1、雙縫干涉實驗
(1)實驗過程：讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，兩波源發出的光在擋板后面的空間互相疊加，發生干涉現象。
(2)實驗現象：在屏上得到明暗相間的條紋。
(3)實驗結論：證明光是一種波。
2、物理史實
光的干涉實驗最早是英國物理學家托馬斯·楊在1801年成功完成的．它有力地證明了光是一種波。
3、決定條紋間距的條件
（1）干涉條件：兩列光的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定。
（2）相干光源：發出的光能夠產生干涉的兩個光源。
（3）當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數倍時(即恰好等于波長的整數倍時)，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奇數倍時，兩列光波在這點相互削弱，出現暗條紋。
二、干涉條紋和光的波長之間的關系
波長為λ的單色光照射到雙縫上，兩縫中心之間的距離為d，雙縫到屏的距離為l，則相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心距離為λ。
三、薄膜干涉
豎直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，來自前后兩個面的反射光的路程差不同，在某些位置，這兩列波疊加后相互加強，出現亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現暗條紋。
探究思考
一、雙縫干涉的理解
1、雙縫干涉：兩個獨立的光源發出的光不是相干光，雙縫干涉的裝置使一束光通過雙縫后變為兩束相干光，在光屏上相遇形成穩定的干涉條紋。
2、明暗條紋的到斷
如圖所示，是兩個狹縫，，縫到屏的距離為l，, O是的中垂線與屏的相交點。
（1）雙縫干涉實驗中出現亮條紋的條件
屏上某點P到雙縫的路程差正好是波一長的整數倍，即。時，，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋。k為亮條紋的級次。
（2）雙縫干涉實驗中出現暗條紋的條件
屏上某點P到雙縫的路程差正好是半波長的奇數倍，即。k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側展開。
3、對干涉圖樣的研究可知：相鄰兩條亮條紋(暗條紋)中心距離與屏到雙縫的距離l成正比，與雙縫間的距離d成反比，與照射光的波長成正比，。
4、在實驗裝置不變的情況下（l、d不變），由于紅光的波長大于紫光的波長，所以紅光產生
的干涉條紋間距較大，紫光產生的干涉條紋間距較小。
【典例一】1、如圖所示，用頻率為f的單色光垂直照射雙縫，在光屏上P點出現第三條暗條紋（從中央亮條紋往上數），已知光速為c，則P點到雙縫的距離之差應為( )
A. B. C. D.
解題思路：由題中條件可知，，又因為，則可得D正確。
答案：D
二、干涉圖樣
1、單色光的干涉圖樣：若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等。中央為亮條紋，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長有關，波長越長，條紋間距越大。
2、白光的干涉圖樣：若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的。
（1）從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復合成白色條紋。
（2）兩側條紋間距與各色光的波長成正比，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋。
【典例二】2、某同學用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到如圖甲所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如圖乙所示。他改變的實驗條件可能是（ ）
A.減小光源到單縫的距離
B.減小雙縫之間的距離
C.減小雙縫到光屏之間的距離
D.換用頻率更高的單色光
解題思路：根據知，要使條紋間距變大，可減小雙縫之間的距離，增大光的波長（即降低光的頻率）或增大雙縫到屏的距離，故只有B正確。
答案：B
三、薄膜干涉
1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一亮條紋(暗條紋)應出現在膜的厚度相等的地方。由于光波波長極短，所以做薄膜干涉時，介質膜應足夠薄，才能觀察到干涉條紋。
2、形成薄膜干涉條紋的原因
由于肥皂膜上薄下厚，水平方向等厚，所以，射向肥皂膜的光經膜前、后表面反射后相遇，若相遇時相位相同，則振動加強，出現亮紋；若相位相反，出現暗紋，亮、暗紋是水平的。
3、用手緊壓兩塊玻璃板看到彩色條紋，陽光下的肥皂泡和水面漂浮油膜出現彩色等都是薄膜干涉。
4、薄膜干涉的應用
（1）增透膜：增透膜的厚度等于光波在膜中波長的，經膜的前后兩面反射的光疊加后相互抵消，透鏡上透光損失的能量最小，增強了透光性。
（2）檢查精密零件的表面是否平整
【典例三】3、如圖所示為一顯示薄膜干涉現象的實驗裝置,P是附有肥皂泡薄膜的鐵絲圈,S是一點燃的酒精燈,往火焰上撒些鹽后,在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應是圖中的( )
A. B. C. D.
解題思路：鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同—水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強，那么這一水平線上同一厚度處光波會加強，所以干涉條紋應是基本水平的。
答案： D
隨堂訓練
1、用單色光做雙縫干涉實驗,下述說法中正確的是( )
A.相鄰干涉條紋之間的距離相等
B.中央亮條紋寬度是兩邊亮條紋寬度的2倍
C.屏與雙縫之間距離減小,則屏上條紋間的距離增大
D.在實驗裝置不變的情況下,紅光的條紋間距小于藍光的條紋間距
答案：A
2、下圖是用薄膜干涉法檢查平面的平整程度的示意圖。其中AB是透明的標準樣板,CD是被檢查的平面。用單色光從上面豎直地照射下來,從AB上方觀察到有明暗相間的條紋,這是由兩束反射光疊加形成的。下列說法正確的是（ ）
A.兩束反射光分別是從AB的上表面和AB的下表面反射的
B.兩束反射光分別是從AB的上表面和CD的上表面反射的
C.兩束反射光分別是從AB的下表面和CD的上表面反射的
D.如果將右邊BD間墊的薄片變薄些,觀察到相鄰亮條紋間的距離將減小
答案：C
3、如圖(甲)所示為雙縫干涉實驗的裝置示意圖,(乙)圖為用綠光進行實驗時,在屏上觀察到的條紋情況,a為中央條紋,(丙)圖為換用另一顏色的單色光做實驗時觀察到的條紋情況,a’為中央亮條紋,則以下說法正確的是( )
A.(丙)圖可能為用紅光實驗產生的條紋,表明紅光波長較長
B.(丙)圖可能為用紫光實驗產生的條紋,表明紫光波長較長
C.(丙)圖可能為用紫光實驗產生的條紋,表明紫光波長較短
D.(丙)圖可能為用紅光實驗產生的條紋,表明紅光波長較短
答案：A
4、如圖所示，在雙縫干涉實驗中，和為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與距離之差為，分別用兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？
（1）已知A光在折射率為的介質中波長為；
（2）已知B光在某種介質中波長為，當B光從這種介質射向空氣時，臨界角為37°，。
答案：（1）暗條紋
（2）亮條紋
2

展開更多......

收起↑