高中物理《光的干涉》

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第一節(jié)：光的干涉,第一個(gè)問題,光到底是什么？17世紀(jì)形成了兩種學(xué)說：,*,微粒說-認(rèn)為光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒，在均勻,介質(zhì)中以一定的速度傳播。,代表人物：牛頓（英國）,能解釋-光的直進(jìn)現(xiàn)象、光的反射；不能解釋-同時(shí)發(fā)生反射和折射、幾束光相遇而互不干擾。,波動(dòng)說-認(rèn)為光是在空間傳播的某種波。,代表人物：惠更斯（荷蘭）,能解釋-同時(shí)發(fā)生反射和折射、幾束光相遇而互不干擾；不能解釋-光的直進(jìn)現(xiàn)象。,由于早期的波動(dòng)說不能用數(shù)學(xué)作嚴(yán)格的表達(dá)和分析、牛頓在,物理界的威望，微粒說一直占上風(fēng)。,*,19世紀(jì)初，在實(shí)驗(yàn)中觀察到光的干涉和衍射現(xiàn)象，不能用微粒說解釋，因而證明了波動(dòng)說的正確性。,是什么波？,19世紀(jì)60年代性，麥克斯韋預(yù)言電磁波存在，光也是一種電磁波，赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種學(xué)說。波動(dòng)說得到了公認(rèn)。,*,19世紀(jì)末，發(fā)現(xiàn)了新現(xiàn)象-光電效應(yīng)，用波動(dòng),說無法解釋。愛因斯坦于20世紀(jì)初提出光子說，,認(rèn)為光具有粒子性，從而解釋了光電效應(yīng)。,這兒的粒子不,同于牛頓所說,的微粒。,光到底是什么？,*,現(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。,本章介紹光的波動(dòng)性，下章要介紹光的量子性。,干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象！,第一節(jié) 光的干涉,一、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,第一節(jié) 光的干涉,1、裝置特點(diǎn),：,雙縫S,1,、S,2,的距離很近，縫很窄,2、用單色激光,雙縫的作用,：相當(dāng)于兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源，雙孔的作用是獲得相干光源,實(shí)驗(yàn)介紹：,一、雙縫干涉實(shí)驗(yàn),雙縫,屏,S,1,S,2,激光,相干光,無干涉現(xiàn)象,不是相干光源,2. 產(chǎn)生干涉的條件：,由,振動(dòng)情況完全相同的光源,發(fā)出的光互相疊加，才能干涉現(xiàn)象。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，狹縫S,1,、S,2,相當(dāng)于兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源。,兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā),出的光，不可能,是相干波源。,必須是同一點(diǎn)光,源（或線光源）,發(fā)出的一束光分,成兩束，才能得,到相干光。,第一節(jié) 光的干涉,1、裝置特點(diǎn),：,（1）,雙縫很近 0.1mm,（2）雙縫S,1,、S,2,與單縫S,的距離相等,2、,濾色片作用：,獲得單色光,單縫的作用,：是獲得線光源,雙縫的作用,：相當(dāng)于兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源，雙孔的作用是獲得相干光源,實(shí)驗(yàn)介紹：,一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),楊氏雙縫干涉,分波面法獲得相干光源,單縫,雙縫,紅濾色片,S,1,S,S,2,屏幕,普通光源,分波面法,在點(diǎn)光源發(fā)出的光的某一波面上，取兩個(gè)子波源，他們發(fā)出的光可產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，此法稱為分波面法。如楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。,p,S,*,第三個(gè)問題：,雙縫干涉（紅光）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：,見書本P彩頁,結(jié)論：光是一種波!,單色光雙縫干涉圖樣條紋的特點(diǎn),：,（1）,明暗相間,（2）條紋等寬,等距,（3）,條紋亮度相同,（4） 兩縫S,1,、S,2,中垂線與屏幕相交位置是亮條紋-中央亮紋,問題：（,1）為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的圖象？,（2）怎樣用波動(dòng)理論進(jìn)行解釋？,S,1,S,2,P,=0,由于從S,1,S,2,發(fā)出的光是振動(dòng)情況完全相同，又經(jīng)過相同的路程到達(dá)P點(diǎn)，其中一條光傳來的是波峰，另一條傳來的也一定是波峰，其中一條光傳來的是波谷，另一條傳來的也一定是波谷，確信在P點(diǎn)激起的振動(dòng)，振幅AA,1,+A,2,為最大，P點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，故應(yīng)出現(xiàn)亮紋，這一條亮紋叫中央亮紋。,（又叫零級(jí)亮紋）,P,中央亮紋,雙縫,S,1,S,2,屏幕,P點(diǎn)在S,、,S,2,的垂直平分線上,注意：直線只表示光源到P的距離，沒有箭頭， 因?yàn)樵诓▌?dòng)說 中沒有光線的概念。在波動(dòng)說中有“波長”的概念。,P,1,第一亮紋,雙縫,S,1,S,2,屏幕,S,1,S,2,P,1,=,雙縫,S,1,S,2,屏幕,P,1,第一亮紋,=,P,中央亮紋 =0,P,2,第二亮紋,=2,P,3,/,第三亮紋,=3,P,3,第三亮紋,=3,P,3,/,第二亮紋,=2,P,3,/,第一亮紋,=,Q,2,第二暗紋,Q,1,第一暗紋,Q,3,第三暗紋,Q,3,/,第三暗紋,Q,2,/,第二暗紋,Q,1,/,第一暗紋,=5/2,=/2,=3/2,=5/2,=3/2,=/2,總結(jié)規(guī)律,2 .出現(xiàn)加強(qiáng)、減弱點(diǎn)的條件：,路程差,=,（k =1,2,3 ,）,路程差,=,k,（k = 1,2,）,0,亮紋,暗紋,1 .路程差,3. 干涉條紋間距：,x=,d,L,三、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)?,1、什么是干涉條紋的間距?,雙縫,S,1,S,2,屏幕,x,x,條紋間距的含義：亮紋或暗紋之間的距離總是相等的，亮紋和亮紋之間的距離或暗紋和暗紋之間的距離叫做條紋間距。,我們所說的亮紋是指最亮的地方，暗紋是最暗的地方，從最亮到最暗有一個(gè)過渡，條紋間距實(shí)際上是,最亮和最亮,或,最暗和最暗,之間的距離。,實(shí)驗(yàn)：在兩縫間距離d以及檔板和屏的距離L一定的情況下，用不同的單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如右：,四、波長和頻率,見書本彩頁,想一想：紅、藍(lán)、紫光的波長大小是什么關(guān)系？,1. 紅光的波長最長， 紫光的波長最短。,白光的干涉圖樣是什么樣？,白光的干涉圖樣是彩色的,零級(jí)亮紋中央是白色的。,見書本彩頁。,2、波長越長頻率越小，波長越短頻率越大。,波長和頻率的乘積等于波速：,v=f,不同的色光在真空中的傳播速度相同。所以：,波長越長頻率越小，波長越短頻率越大。,光的顏色,波長(nm),頻率 f(10,14,Hz),光的顏色,波長(nm),頻率 f(10,14,Hz),紅,770620,3.94.8,綠,580490,5.26.1,橙,620600,4.85.0,藍(lán)靛,490450,6.16.7,黃,600580,5.05.2,紫,450400,6.77.5,1nm=10,-9,m,1、在真空中波長為6,×,10,-7,m的是黃光，波長為4,×,10,-7,m的是紫光，現(xiàn)有一束頻率為5×10,14,H,Z,的單色光，它在折射率n=1.5的無色透明玻璃中的波長是多少？它在玻璃中呈什么顏色？,解：該色光在真空中的波長,是黃光,該色光在真空中為黃光，進(jìn)入玻璃后頻率不變，因而仍為黃光。,例題,×,10,-10,m,可得在玻璃中的波長為,= 4000,×,10,-10,m,由,l,l,l,l,o,o,=,=,=,f,f,v,c,n,解：,2. 在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中，若已知兩狹縫間距為1mm，雙縫到屏的,距離為20cm，屏上得到的干涉圖樣如圖，請(qǐng)根據(jù)圖中的測(cè)量,數(shù)據(jù)。求出該單色光的波長和頻率。,由,l,d,l,x,=,D,cm,cm,x,=,=,D,1,.,0,5,5,.,0,=5,×10,-7,m,f,練習(xí),1、關(guān)于光的干涉，下列說法中正確的是,A、兩列不同顏色的光不可能發(fā)生干涉,B、兩列強(qiáng)度不同的光不可能發(fā)生干涉,C、兩列強(qiáng)度不同的光可能發(fā)生干涉,D、兩列顏色相同的光不可能發(fā)生干涉,（ ）,A C,2、用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到的干涉圖樣中,央為白色明紋，兩側(cè)出現(xiàn)彩色的條紋。這是因?yàn)椋?（ ）,A、各種色光的波長不同,B、各種色光的傳播速度不同,C、各種色光的色散不同,D、各種色光的溫度不同,A,3、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，要增大相鄰兩條明紋的間距，需要：,A、增大入射光的頻率 B、增大入射光的強(qiáng)度,C、減小入射光的頻率 D、減小入射光的強(qiáng)度,（ ）,C,C,4、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)用波長為,1,的單色光照射時(shí)，觀,察到屏上P點(diǎn)處恰為從光屏中心O點(diǎn)數(shù)起第三條亮紋，當(dāng),換用波長為 的單色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，從O點(diǎn)數(shù)起,第三條亮紋的位置,（A）在P點(diǎn)下方 （B）仍在P點(diǎn),（C）在P點(diǎn)上方 （D）條件不足，無法確定,（ ）,A、,B、,C、,D、,5、如圖，用頻率為f 的單色光垂直照射雙縫，在光屏上的P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗紋，已知光速為C，則P點(diǎn)到雙縫的距離之差,應(yīng)為：,（ ）,D,