4.1光的干涉 学案（2020年沪科版高中物理选修3-4）

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1、4.1 光的干涉光的干涉 学习目标 1.知道什么是相干光源以及光产生干涉现象的条件.2.观察光的干涉现象，认识双 缝干涉条纹的特点及其明暗条纹的位置特点.3.观察薄膜干涉现象，知道薄膜干涉条纹的特 点，并能用它解释生活中的相关现象 1杨氏双缝干涉实验 (1)史实：1801 年，英国物理学托马斯 杨做了著名的光的双缝干涉实验，成功地观察到了光 的干涉现象 (2)双缝干涉图样：如图 1 所示，用单色光去照射双缝，屏幕上就会出现明暗相间的等距离 的条纹 图 1 (3)干涉条件：两列光的频率相同，振动方向一致，且相位差恒定 (4)能发生干涉的两束光称为相干光 (5)意义：光的干涉现象充分表明光是一种波

2、 2明暗条纹位置的判断方法 当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的偶数倍(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光 在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离差等于 半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹 3奇妙的薄膜干涉 (1)观察薄膜干涉：如图 2 所示，把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像时会发现 水平方向的明暗相间的条纹 图 2 (2)相干光源：液膜前后两表面反射的两列光波 (3)薄膜干涉的成因 光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的光程差不同，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

3、弱， 于是出现暗条纹. 一、杨氏双缝干涉实验 导学探究 麦克斯韦预言光是一种电磁波光若是一种波，它就应该有衍射、干涉现象， 托马斯 杨通过双缝实验观察到了光的干涉现象，从而证明了光具有波动性波发生干涉的 必要条件是什么？托马斯 杨如何得到两个相干光源的？ 答案 波发生干涉的必要条件是两列波频率相同托马斯 杨通过两个狭缝获得了两个相干 光源 知识深化 1杨氏双缝干涉实验示意图，如图 3 所示 图 3 2单缝的作用：获得线光源 3双缝的作用：获得两个相干光源 4实验现象：在屏上出现一系列明暗相间的条纹 5实验结论：光具有波动性 例 1 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到了彩色干涉条纹若在

4、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 与绿光的频率、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有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹 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 C 解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相等 利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两 束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红滤光片和绿滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率 不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，故选 C. 二、光屏上出现明暗条纹的条件 导学探究 机械波发生干涉现

5、象时，形成的图样有什么特点？光发生干涉现象时为什么会 出现明暗相间的条纹？ 答案 机械波的干涉图样的特点是：振动加强区和振动减弱区相互间隔，其分布不变 光发生干涉现象时，振动加强区和振动减弱区也会交替分布反映在屏上，振动加强区，光 能量较强亮；振动减弱区，光能量较弱暗，即得到明暗相间的干涉条纹 知识深化 屏上某处出现亮、暗条纹的条件 1出现亮条纹的条件：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： |PS1PS2|k2k 2(k0,1,2,3，) 2出现暗条纹的条件：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： |PS1PS2|(

6、2k1) 2(k1,2,3，) 例 2 在图 4 杨氏双缝干涉实验中， 已知 SS1SS2， 且 S1、 S2到光屏上 P 点的路程差 d1.5 10 6 m当 S 为 0.6 m 的单色光源时，在 P 点处将形成_条纹；若将整个装置放 入某种介质中，光源不变，介质的折射率为 1.2，则在 P 点处将形成_条纹 图 4 答案 暗 亮 解析 若两相干光源的振动同相， 则在离两相干光源路程之差为光的波长的整数倍处会出现 亮条纹，路程之差为光的半波长的奇数倍处会出现暗条纹，若两相干光源的振动反相，则出 现亮、暗条纹的情况刚好相反由于 SS1SS2，所以 S1、S2处的光振动同相当 0.6 m 时，

7、d 2.5， 则 P 点处两光振动反相，形成暗条纹； 根据折射定律， 当光进入介质时波长 n0.5 m，根据 d 3，则 P 点处两光振动同相，形成亮条纹 三、奇妙的薄膜干涉 导学探究 如图 5 所示，在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光把铁 丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，放在酒精灯旁，膜上就会出现灯焰的 像肥皂膜上为什么会出现灯焰的像呢？这个像有什么特点？ 图 5 答案 液膜上的像是液膜前后两个面反射的光形成的 特点： 此像由明暗相间的水平条纹组 成 知识深化 1薄膜干涉的原理 与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光(用图 6 中实线和虚线

8、 来代表)所走的路程差不同路程差是光在介质中波长的整数倍的位置上时，叠加后加强， 出现了亮条纹；路程差是光在介质中半波长的奇数倍的位置上时，叠加后相互削弱，于是出 现了暗条纹 图 6 2薄膜干涉中应注意的问题 (1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧) (2)用单色光照射时得到明暗相间的条纹，用白色光照射时得到彩色条纹 例 3 用如图 7 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( ) 图 7 A当金属线圈旋转 30 时，干涉条

9、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 D 解析 竖直肥皂膜是由重力作用产生的上薄下厚的薄膜， 所以金属线圈的转动， 改变不了肥 皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所形成 的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹， D 正确 1能发生干涉的两束光应是( ) A亮度一样 B颜色一样 C频率相等 D传播方向相同 答案 C 解析 产生干涉的条件是两光源的频率相同，振动方向相同，相位差恒定 2如图 8 所示，用频

10、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的路程差|r1r2|应为( ) 图 8 A. c 2f B.3c 2f C.3c f D.5c 2f 答案 D 解析 出现第 3 条暗条纹， 说明 S1、 S2到 P 点距离之差为5 2， 而 c f， 所以|r1r2| 5 2 5c 2f， 因而 D 项是正确的 3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 f1 5.01014 Hz 和 f2751014 Hz 的单色光垂直照射双缝，则 P 点出现明、暗条纹的情况 是( ) A单色光 f1和 f2分别照射时，均出现明条纹 B单色光 f1和 f2分别照射时，均出现暗条纹 C单色光 f1照射时出现明条纹，单色光 f2照射时出现暗条纹 D单色光 f1照射时出现暗条纹，单色光 f2照射时出现明条纹 答案 C 解析 判定某处是明条纹还是暗条纹，关键是看该处到两光源的光程差是该光波长的多少 倍，若是整数倍，该处为明条纹；若为整数倍加半个波长，则为暗条纹 单色光 f1的波长 1c f10.610 6 m0.6 m. 单色光 f2的波长 2c f20.410 6 m0.4 m 可见 L1，L3 22，故用 f1 照射时，P 点出现明条纹，用 f2照射时，P 点出现暗条纹