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1、3 光的干涉
學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)
知 識 脈 絡(luò)
1.觀察光的干涉現(xiàn)象,能說出光的干涉條紋的特點.(重點)
2.能說出干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及出現(xiàn)明條紋或暗條紋應(yīng)滿足的條件.(難點)
3.明確相干光源的概念,熟記產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件.(重點)
知識點一| 楊氏干涉實驗
1.物理史實
1801年,英國物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象,開始讓人們認識到光的波動性.
2.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S1和S2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,兩個光源發(fā)出的光在擋板后面的
2、空間互相疊加發(fā)生干涉.
(2)實驗現(xiàn)象:在屏上得到明暗相間的條紋.
(3)實驗結(jié)論:光是一種波.
1.直接用強光照射雙縫,發(fā)生干涉. (×)
2.兩只手電筒射出的光束在空間相遇,能觀察到光的干涉現(xiàn)象.
(×)
3.用單色光作光源,干涉條紋是明暗相間的條紋. (√)
1.做雙縫干涉實驗時必須具備什么條件才能觀察到干涉條紋?
【提示】 必須是相干光源,且雙縫間的間距必須很?。?
2.一般情況下光源發(fā)出的光很難觀察到干涉現(xiàn)象,這是什么原因?
【提示】 光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相差,不具備相干光源的條件.
1.光的干涉
(1)光的干涉:
3、在兩列光波的疊加區(qū)域,某些區(qū)域相互加強,出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域相互減弱,出現(xiàn)暗紋,且加強和減弱的區(qū)域是相互間隔的,即出現(xiàn)亮紋和暗紋相間的現(xiàn)象.
(2)干涉條件:兩列光的頻率相同、相差恒定或兩列光振動情況總是相同.能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波,兩個光源稱為相干光源,相干光源可用同一束光分成兩列來獲得.
2.托馬斯·楊的雙縫干涉實驗
(1)雙縫干涉的裝置示意圖(如圖所示)
實驗裝置如圖所示,有光源、單縫、雙縫和光屏.
(2)單縫屏的作用
獲得一個線光源,使光源有唯一的頻率和振動情況,如果用激光直接照射雙縫,可省去單縫屏.楊氏那時沒有激光,因此他用強光照射一條狹縫,通過這條狹縫的光再通過
4、雙縫產(chǎn)生相干光.
(3)雙縫屏的作用
平行光照射到單縫S上,又照射到雙縫S1、S2上,這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光.
3.雙縫干涉圖樣的特點
(1)單色光的干涉圖樣(如圖所示)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(guān),波長越大,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.這是因為:
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(fù)合成白色條紋.
②兩側(cè)條紋間距與各色光的
5、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.
1.以下光源不可作為相干光源的是( )
A.兩個相同亮度的燭焰
B.兩個相同規(guī)格的燈泡
C.雙絲燈泡
D.出自一個光源的兩束光
E.一束平行單色光經(jīng)雙縫后分為兩束
解析:相干光的條件,必須是頻率相同,相位差恒定.
答案:ABC
2.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),已知紅光與綠色頻率,波長均不相等,這時在屏上可看到什么現(xiàn)象
6、?
解析:兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等,利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光,在光屏上形成干涉條紋,但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后,紅光和綠光頻率不等,不能發(fā)生干涉,因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋.但屏上仍有亮光.
答案:見解析
3.從兩只相同的手電筒射出的光,當(dāng)它們在某一區(qū)域疊加后,看不到干涉圖樣,這是為什么?
解析:本題雖然強調(diào)兩只相同的手電筒,但它們發(fā)出的光頻率仍然不同.不滿足干涉產(chǎn)生的條件,看不到干涉圖樣.
答案:見解析
(1)雙縫干涉的條件是必須有相干光源,且雙縫間的間距必須很?。?
(2)光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差,所以
7、一般情況很難觀察到光的干涉現(xiàn)象,楊氏雙縫干涉實驗采用將一束光“一分為二”的方法獲得相干光源.
(3)在單色光的干涉條紋中,兩相鄰明紋或暗紋間的距離是相等的,不同色光的條紋間距不相等.
知識點二| 決定條紋明暗的條件
1.當(dāng)兩個光源與屏上某點的距離之差等于波長λ的整數(shù)倍時,兩列光波在這點相互加強,出現(xiàn)明條紋.
2.當(dāng)兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時,兩列光波在這點相互減弱,出現(xiàn)暗條紋.
1.若用白光作光源,干涉條紋是明暗相間的條紋. (×)
2.若用單色光作光源,干涉條紋是明暗相間的條紋. (√)
3.當(dāng)兩個光源與屏上某點的距離之差為半波長的整數(shù)倍時
8、出現(xiàn)暗條紋.
(×)
1.用白光做雙縫干涉實驗,彩紋的特點如何?
【提示】 屏中央各色光都得到加強,混合成白色,但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色,而且同一級條紋內(nèi)紫外紅.
2.不同色光在真空中的光速相同嗎?在同種介質(zhì)中的光速相同嗎?
【提示】 各種色光在真空中的光速均為c=3×108 m/s,而在同種介質(zhì)中,由于各種色光的折射率不同,由v=知,v不同.
1.明暗條紋的判斷
如圖所示,S1、S2是兩個狹縫,S1S2=d,縫到屏的距離為l,l?d,O是S1S2的中垂線與屏的相交點.
(1)出現(xiàn)明條紋的條件
屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍,
9、即|PS1-PS2|=kλ=2k·(k=0,1,2,…).
(2)出現(xiàn)暗條紋的條件
屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍,即|PS1-PS2|=(2k+1)(k=0,1,2,3,…).
2.對雙縫干涉圖樣的兩點說明
(1)若用白光作光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中央亮紋為白色.
(2)若利用單色光作光源,則干涉條紋是明暗相間的條紋,且條紋間距相等,中央仍為亮紋.
4.在雙縫干涉實驗中,雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6 μm,若分別用頻率f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫,則P點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是:
單色光f1照射
10、時出現(xiàn)______條紋,單色光f2照射時出現(xiàn)______條紋.
解析:本題考查雙縫干涉實驗中屏上出現(xiàn)明、暗條紋的條件.根據(jù)波的疊加知識,可知與兩個狹縫的光程差是波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋,與兩個狹縫的光程差是半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋.據(jù)λ=可得λ1== m=0.6×10-6 m=0.6 μm,λ2== m=0.4×10-6 m=0.4 μm,即d=λ1,d=λ2.
答案:明 暗
5.如圖所示,用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫,在光屏的P點出現(xiàn)第3條暗條紋,已知光速為c,則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1-r2|應(yīng)為________.
解析:出現(xiàn)暗條紋,說明S1、S2到P點距離之差為×(2n-1)=λ,而λ=,所以|r1-r2|=λ=.
答案:
雙縫干涉中亮條紋或暗條紋的判斷方法
(1)判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋,要看該點到兩個光源(雙縫)的光程差與波長的比值.
(2)出現(xiàn)明條紋的條件是光程差等于波長的整數(shù)倍.
(3)出現(xiàn)暗條紋的條件是光程等于半波長的奇數(shù)倍,而不是整數(shù)倍.
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