2018-2019學(xué)年高中物理 第十三章 光 第3節(jié) 光的干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

3 光的干涉,讀一讀,辨一辨,一、楊氏干涉實(shí)驗(yàn) 閱讀教材第54頁(yè),通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察,認(rèn)識(shí)光的干涉現(xiàn)象,理解光是一種波。 1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的歷史史實(shí)是什么? 答案：1801年,英國(guó)物理學(xué)家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。 2.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是什么? 答案：讓一束平行的單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫的擋板上,兩條狹縫相距很近。如果光是一種波,狹縫就成了兩個(gè)波源,它們的頻率、相位和振動(dòng)方向總是相同的。兩波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加,發(fā)生干涉現(xiàn)象;來(lái)自?xún)蓚€(gè)光源的光在一些位置相互加強(qiáng),在另一些位置相互削弱,在屏上得到明暗相間的條紋。,讀一讀,辨一辨,二、決定條紋間距的條件 閱讀教材第54、55頁(yè),學(xué)習(xí)并了解光產(chǎn)生干涉的條件,理解干涉的原理、干涉條紋形成的原因及特點(diǎn)。 1.光發(fā)生干涉的條件是什么? 答案：兩列光的頻率相同,振動(dòng)方向相同,相位差恒定且雙縫間的間距必須很小。 2.出現(xiàn)明暗條紋的條件是什么? 答案：當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)(即恰好等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)),兩列光在這點(diǎn)相互加強(qiáng),這里出現(xiàn)亮條紋;當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),兩列光在這一點(diǎn)相互削弱,這里出現(xiàn)暗條紋。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)兩只完全相同的燈泡發(fā)出的光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 ( ) 解析：產(chǎn)生干涉的條件是兩列光的頻率相同,振動(dòng)方向相同,相位差恒定。兩燈泡發(fā)出的光都是白光,頻率不確定,因此不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 答案： (2)用白光做光的干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),偏離中央亮條紋較遠(yuǎn)的是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光。 ( ) 答案：,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)楊氏實(shí)驗(yàn)觀察到的是什么現(xiàn)象?為什么說(shuō)它證明了光是一種波? 答案：干涉現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象。 (2)為什么生活中很少見(jiàn)到光的干涉現(xiàn)象呢? 答案：不同光源發(fā)出的光頻率一般不同,即使是同一光源,它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差。故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象。 (3)有同學(xué)認(rèn)為兩列相干光疊加時(shí),只有波峰、波峰相遇或波谷、波谷相遇才出現(xiàn)明條紋;只有波峰、波谷相遇才出現(xiàn)暗條紋。請(qǐng)問(wèn),這種說(shuō)法對(duì)嗎?為什么? 答案：不對(duì)。只要相遇處兩列光振動(dòng)方向始終相同,就出現(xiàn)亮條紋;只要相遇處兩列光振動(dòng)方向始終相反,就出現(xiàn)暗條紋。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理透析 波的干涉現(xiàn)象是兩列波在傳播中相遇疊加而形成的,是波的特性。產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是有相干波源頻率相等且振動(dòng)情況相同的兩列波,干涉圖樣中的“明”“暗”條紋就是相干波源疊加形成的振動(dòng)“加強(qiáng)區(qū)”和“減弱區(qū)”。在1801年英國(guó)物理學(xué)家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象,這對(duì)研究光的本性提供了什么樣的幫助作用?,要點(diǎn)提示：光的干涉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),從實(shí)驗(yàn)的角度證實(shí)光是一種波。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,1.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖:實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,有光源、單縫、雙縫和光屏。 (1)單縫屏的作用:獲得一個(gè)線光源,使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況。 (2)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(dòng)情況完全一致的相干光。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,雙縫干涉的條件必須是相干光源,且雙縫間的間距必須很小。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,當(dāng)使用波長(zhǎng)為610-7 m的橙光做實(shí)驗(yàn)時(shí),光屏P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋。若使用波長(zhǎng)為410-7 m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),在P和P1點(diǎn)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,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光,由題意,屏中央P到S1、S2距離相等,即由S1、S2分別射出的光到P的路程差為零,因此P處是亮紋中心,因而,無(wú)論入射光是什么顏色的光,波長(zhǎng)多大,P處都是中央亮紋中心。 而P1到S1、S2的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長(zhǎng),即|P1S1-P1S2|=600 nm=橙,則兩列光波到達(dá)P1時(shí)的振動(dòng)情況完全一致,振動(dòng)得到加強(qiáng),因此,出現(xiàn)亮條紋。 當(dāng)換用波長(zhǎng)為400 nm的紫光時(shí),|P1S1-P1S2|=600 nm= 紫,則兩列光波到達(dá)P1時(shí)振動(dòng)情況完全相反,即由S1、S2射出的光波到達(dá)P1時(shí)就相互削弱,因此,出現(xiàn)暗條紋。綜上所述,選項(xiàng)B正確。 答案：B,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號(hào)73884108線光源a發(fā)出的光波長(zhǎng)為480 nm,線光源b發(fā)出的光波長(zhǎng)為672 nm,則 ( ) A.用a做雙縫實(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s1=1.68 m的P處將出現(xiàn)暗紋 B.用b做雙縫實(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s2=1.68 m的P處將出現(xiàn)亮紋 C.用a做雙縫實(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s2=1.44 m的Q處將出現(xiàn)亮紋 D.用b做雙縫實(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s2=1.44 m的Q處將出現(xiàn)亮紋,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：題中兩光源發(fā)出的光的半波長(zhǎng)分別為,可見(jiàn),用a、b兩光源做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),屏上P處到雙縫的距離差都等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,均為暗紋,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;用a做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),屏上Q處到雙縫的距離差恰等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍,Q處應(yīng)為亮紋,選項(xiàng)C正確;用b做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),屏上Q處到雙縫的距離差不等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案：AC,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,歸納總結(jié)分析雙縫干涉中明暗條紋問(wèn)題的步驟 (1)由題設(shè)情況依真=n介,求得光在真空(或空氣)中的波長(zhǎng)。 (2)由屏上出現(xiàn)明暗條紋的條件判斷光屏上出現(xiàn)的是明條紋還是暗條紋。 (3)根據(jù)明條紋的判斷式r=k(k=0,1,2,)或暗條紋的判斷式r=(2k+1) (k=0,1,2,),判斷出k的取值,從而判斷條紋數(shù)。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,雙縫干涉圖樣的特點(diǎn) 如圖所示,幾種單色光的雙縫干涉圖樣,請(qǐng)問(wèn): (1)單色光干涉時(shí)相鄰兩亮條紋的間距和相鄰兩暗條紋的間距相等嗎? (2)用不同顏色的光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)干涉圖樣完全一樣嗎? 要點(diǎn)提示：(1)相等。(2)不一樣。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,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,兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān),波長(zhǎng)越大,條紋間距越大。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,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?yàn)? (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波長(zhǎng)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。 雙縫干涉的相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】導(dǎo)學(xué)號(hào)73884109如圖甲為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖。圖乙為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),在屏上觀察到的條紋情況,a為中央亮條紋,丙圖為換用另一顏色的單色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的條紋情況,a為中央亮條紋。若已知紅光、綠光和紫光的波長(zhǎng)大小關(guān)系為紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),紫光的波長(zhǎng)最短。則以下說(shuō)法正確的是( ) A.丙圖可能為用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng) B.丙圖可能為用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng) C.丙圖可能為用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長(zhǎng)較短 D.丙圖可能為用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長(zhǎng)較短,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點(diǎn),入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),同一裝置產(chǎn)生的雙縫干涉圖樣中條紋的間距就越大。由本題的條件可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長(zhǎng)長(zhǎng),因此A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 答案：A,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2關(guān)于光的干涉,下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的 B.在雙縫干涉現(xiàn)象中,把入射光由波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光換成波長(zhǎng)較短的紫光,相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變寬 C.在雙縫干涉現(xiàn)象中,將綠光換為紅光,相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變寬 D.在雙縫干涉現(xiàn)象中,入射光為白光時(shí)得到的彩色條紋為內(nèi)紅外紫,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),相鄰兩個(gè)亮條紋的間距越大,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;由于各色條紋間距不同,且紅光條紋最寬,紫光條紋最窄,故彩色條紋應(yīng)為內(nèi)紫外紅,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案：C 歸納總結(jié)對(duì)干涉條紋間距的理解 干涉條紋間距是兩個(gè)相鄰的同類(lèi)條紋中線間的距離,既可以是兩相鄰亮條紋中線間的距離,也可以是兩相鄰暗條紋中線間的距離。,1 2 3 4,1.(考查機(jī)械波與光波的區(qū)別)下列說(shuō)法正確的是( ) A.機(jī)械波和光波本質(zhì)上不相同,但它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象 B.托馬斯楊利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)有力地說(shuō)明了光是一種波 C.光波和機(jī)械波一樣,依賴(lài)于介質(zhì)傳播 D.頻率相同的不同種波,也能發(fā)生干涉,1 2 3 4,解析：機(jī)械波和光波的產(chǎn)生機(jī)制不同,即本質(zhì)上有所區(qū)別,但都有波的共性,即能發(fā)生反射、折射、衍射及干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確;干涉是波特有的現(xiàn)象,只要是波就都能發(fā)生干涉現(xiàn)象,托馬斯楊利用光通過(guò)雙縫裝置成功地觀察到了干涉圖樣,這就有力地說(shuō)明了光是一種波,所以選項(xiàng)B正確;機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播,而光在真空中就可以傳播,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤;頻率相同的不同種波,也能發(fā)生干涉是正確的,形成干涉的兩個(gè)必要條件是頻率相同和相位差恒定,而沒(méi)有限制波的種類(lèi),因此,選項(xiàng)D正確。 答案：ABD,1 2 3 4,2.(考查雙縫干涉的條件)兩盞普通白熾燈發(fā)出的光相遇時(shí),我們觀察不到干涉條紋,這是因?yàn)? ) A.兩盞燈亮度不同 B.燈光的波長(zhǎng)太短 C.兩燈光的振動(dòng)情況不同 D.電燈發(fā)出的光不穩(wěn)定 解析：一般情況下,兩個(gè)不同的光源發(fā)出的光或同一個(gè)光源的不同部分發(fā)出的光振動(dòng)情況往往是不同的,由點(diǎn)光源發(fā)出的光或同一列光分出的兩列光其振動(dòng)情況是相同的。 答案：C,1 2 3 4,3.(考查雙縫干涉條件)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(guò)紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光),已知紅光與綠光頻率、波長(zhǎng)均不相等,這時(shí)( ) 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依然存在 C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在,但屏上仍有光亮 D.屏上無(wú)任何光亮,1 2 3 4,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(huì)出現(xiàn)干涉條紋,但因有紅光和綠光通過(guò)雙縫照到屏上,所以屏上有光亮,故只有選項(xiàng)C正確。 答案：C,1 2 3 4,4.導(dǎo)學(xué)號(hào)73884110(考查雙縫干涉圖樣)a光經(jīng)過(guò)某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示,若只將a光換成b光照射同一干涉儀,形成的光的干涉圖樣如圖乙所示。則下述正確的是( ) A.a光的頻率較大 B.b光的頻率較大 C.a光的波長(zhǎng)較大 D.b光的波長(zhǎng)較大 解析：由干涉圖樣可知a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距,所以有a>b,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;根據(jù)f= 得fa<fb,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。 答案：BC,