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(共30張PPT)
第三節 光的干涉
肥皂膜看起來常常是彩色的，雨后公路積水上面漂浮的油膜，經常顯現出彩色條紋。
新課引入
這些現象是怎么產生的？“條紋”讓你想到了什么呢？
兩列頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的水波相遇時, 會發生干涉。干涉是波所特有的現象。
光是一種電磁波，那么光也應該發生干涉現象，怎樣才能觀察光的干涉現象呢？
難點：怎樣獲取兩束相干光源（頻率和振動情況一致）
復習回顧
尋找相干光源
任務一、光的雙縫干涉
天才的設想
托馬斯·楊
楊氏雙縫實驗被評為十大最美麗實驗之一。
巧妙解決了相干光問題
1、單縫作用：
獲得線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況．
2、雙縫作用：
獲得兩個頻率相同、振動情況完全相同的光源，叫相干光源(頻率相同)
用氦氖激光器演示光的雙縫干涉
1801年，英國物理學家托馬斯·楊（1773-1829）在實驗室里成功的觀察到光的干涉．
等間距
3、雙縫干涉圖樣特點：
中央亮條紋
明暗相間
4、楊氏雙縫干涉實驗證明了光是一種波。
任務一、光的雙縫干涉
雙縫
S1
S2
屏幕
P1 第一亮紋 δ=λ
P 中央亮紋 δ=0
P2 第二亮紋 δ=2λ
P3 / 第三亮紋 δ=3λ
P3 第三亮紋 δ=3λ
P3 / 第二亮紋 δ=2λ
P3 / 第一亮紋 δ=λ
Q2 第二暗紋
Q 1 第一暗紋
Q3 第三暗紋
Q3 / 第三暗紋
Q2 / 第二暗紋
Q1 / 第一暗紋
δ=5λ/2
δ=λ/2
δ=3λ/2
δ=5λ/2
δ=3λ/2
δ=λ/2
S1
S2
P2
討論：1.為什么有的地方亮一些有些地方暗一些？
2.亮紋和暗紋為什么相間（依次出現）呢？
實驗現象解讀
（1）空間的某點距離光源S1和S2的路程差為0、1 λ、2 λ、3 λ、等波長的整數倍（半波長的偶數倍）時，該點為振動加強點。
（2）空間的某點距離光源S1和S2的路程差為λ /2、3 λ/2、5λ/2、等半波長的奇數倍時，該點為振動減弱點。
光程差 δ =nλ（ n=0，1，2，等）
光程差 δ=（2n-1)λ/2 (n=1,2,3,等）
亮紋
暗紋
總結規律：
當光程差為0時：
n=0，稱為中央亮條紋（零級亮條紋）
當光程差為 時：
稱為n級亮條紋
—— 2n+1，n從0開始取，但沒有0級暗條紋。
想想為什么不寫作2n+1 ？
1、在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋．若在雙縫中的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)，已知紅光與綠光的頻率、波長均不相等，這時(　　)
A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失
B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋仍然存在
C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在
D．至少有一種顏色的雙縫干涉條紋
C
小試牛刀
例題1、如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1、S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P到S1、S2的距離之差為2.1×10-6m，現分別用A、B兩束單色光在空氣中做雙縫干涉實驗。
(1)若A光在折射率為n＝1.5的介質中波長為4×10-7m，則P點是亮條紋還是暗條紋；
(2)若B光在某介質中的波長為3.15×10-7m，當B光從這種介質射向空氣時，臨界角為37°，則P點是亮條紋還是暗條紋。(sin 37°＝0.6)
條紋間距△x：相鄰兩條亮紋（或暗紋）中心之間的距離叫做條紋間距。
干涉條紋的間距與哪些因素有關
雙縫
S1
S2
屏幕
△x
△x
保持L、d不變，紅光的條紋間距最大，紫光的最小
L
d
二、干涉條紋和光的波長之間的關系
雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點為P 。
對屏上與P距離為x的一點 P1，兩縫與P1的距離P1 S1＝r1， P1 S2＝r2
在線段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，則S2M＝r2－r1，
因d l，三角形S1S2M可看做直角三角形
有：r2－r1＝dsinθ (令∠S2S1M＝θ ) ①
另：x＝l tanθ≈l sinθ ②
當兩列波的路程差為波長的整數倍，即
........）時才會出現亮條紋，
亮條紋位置為： 相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
亮（暗）紋間距的公式推導
S1
S2
P1
P
l
1、相鄰明（暗）紋間的距離大小的影響因素：
（1）波長λ:波長越大，相鄰的亮紋間距越大
（2）雙縫之間的距離d:d越小，相鄰的亮紋間距越大
（3）雙縫與屏間的距離 l :L越大，相鄰的亮紋間距越大
d
雙縫干涉亮（暗）紋間距的公式
P
P1
二、干涉條紋和光的波長之間的關系
各色光在真空中的波長 光的 顏色 波長 nm 光的 顏色 波長
nm
紅 770－620 綠 580－490
橙 620－600 藍－靛 490－450
黃 600－580 紫 450－400
（2）不同顏色的光頻率不同：f紅（1）相同介質中，不同的光波長不同：λ紅>λ橙>λ黃>λ綠>λ青>λ藍>λ紫
（3）相同雙縫干涉裝置，不同的光條紋間距不同:
Δx紅>Δx橙>Δx黃>Δx綠>Δx青>Δx藍>Δx紫
2.不同單色光干涉條紋寬度：
二、干涉條紋和光的波長之間的關系
3.白光的干涉圖樣特點：
（1）明暗相間的彩色條紋；
（2）中央為白色亮條紋；
（3）干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；
（4）在每條彩色亮紋中紅光總是在外側，紫光在內側。
二、干涉條紋和光的波長之間的關系
水面上的油膜呈彩色
二、干涉條紋和光的波長之間的關系
演示實驗
（1）你會看到什么現象？
（2）為什么會出現這樣的現象？
三、薄膜干涉
由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上薄下厚的楔形。
光從薄膜的前后兩個表面反射出來兩個光波，這兩列光波的頻率相同，產生干涉。
前表面
后表面
薄膜干涉成因
三、薄膜干涉
光程差為波長的整數倍，形成亮條紋。
光程差為半波長的奇數倍，形成暗條紋。
白光照射時是彩色條紋
三、薄膜干涉
取一個透明的標準樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，
用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，
從反射光中就會看到干涉條紋.
標準樣板
待檢部件
空氣薄層
應用一：檢查表面的平整程度
如果被檢表面是平的，產生的干涉條紋就是平行的，如圖甲；如果觀察到的干涉條紋如圖乙、丙，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。這種測量精度可達10-6cm。
甲
乙
丙
被檢測平面
薄片
標準樣板
單色光
應用一：檢查表面的平整程度
增透膜
薄膜厚度
在透鏡表面涂上一層薄膜，當薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波長的1/4時，從薄膜前后兩表面反射回來的光的路程差恰好等于半個波長。它們干涉相消，減小了反射光的能量，增強了透射光的能量，稱為增透膜。
增透膜厚度：
應用二：照相機的增透膜
將一塊半徑很大的平凸透鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，
二者之間便形成類似劈尖形的空氣層。
用單色平行光垂直照射，在空氣層上表面兩束反射光干涉，產生的干涉條紋稱牛頓環。
空氣薄膜厚度相同處光程差相同，所以牛頓環為一系列同心圓環。
應用三：牛頓環
光的干涉
課堂小結
雙縫干涉
薄膜
干涉
讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距很近，兩條狹縫就產生兩個光源，它們的振動情況總是相同的，兩光源發出的光在擋板后面的空間互相疊加。
干涉條紋和光的波長
亮紋
暗紋
【典例1】一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側還有彩色條紋，是因為（　　）
A．各色光的波長不同，因而各色光產生的干涉條紋間距不同
B．各色光的速度不同，造成條紋間距不同
C．各色光的強度不同
D．各色光通過雙縫的距離不同
典例分析
【正確答案】A
【典例2】雙縫干涉實驗裝置如圖所示,當使用波長為6×10-7 m的橙光做實驗時,光屏P點及上方的P1點形成相鄰的亮條紋。若使用波長為4×10-7 m的紫光重復上述實驗,在P和P1點形成的亮、暗條紋的情況是(　　)
A.P和P1都是亮條紋
B.P是亮條紋,P1是暗條紋
C.P是暗條紋,P1是亮條紋
D.P和P1都是暗條紋
典例分析
【正確答案】B
【典例3】用同一雙縫干涉實驗裝置在真空中做紅光和紫光的雙縫干涉實驗，獲得甲、乙兩種干涉條紋，如圖所示，則下列說法正確的是（　　）
A．甲為紫光，乙為紅光
B．甲光在水中的傳播速率大于乙光在水中的傳播速率
C．在同一種介質中，甲光的折射率大，乙光的折射率小
D．在同一種介質中，甲光的全反射臨界角小，乙光的全反射臨界角大
典例分析
【正確答案】B
【典例4】（多選）如圖是楊氏雙縫干涉實驗示意圖，其中S1、S2為雙縫，D為光屏，實驗中觀察到屏上O點為中央亮紋的中心，P1為第一級亮紋的中心，若將雙縫間的距離變小，其他條件不變，則（　　）
A．屏上干涉條紋的間距將變小
B．屏上O點仍然為中央亮條紋的中心
C．屏上P1位置仍然可能為亮條紋的中心
D．屏上P1位置可能為暗條紋的中心
典例分析
【正確答案】BD
【典例5】如圖所示，用單色光照射透明標準板M來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到如圖所示條紋中的P和Q情況，這說明（　　）
A．此操作利用了光的反射原理
B．N的上表面B處向上凸起
C．若出現兩條相連的直線干涉條紋，則說明兩條相連的
干涉條紋所對應的空氣薄膜厚度相等
D．干涉條紋是由M下表面的入射光線和N的上表面的反射光線干涉形成的
典例分析
【正確答案】B

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