高中物理 第五章 光的波動(dòng)性 1 光的干涉課件 教科版選修34

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1、1光的干涉第五章光的波動(dòng)性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道光的干涉現(xiàn)象和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件，知道光是一種波.2.理解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.3.理解明暗條紋的成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件.4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用.內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)自主預(yù)習(xí)自主預(yù)習(xí)一、雙縫干涉一、雙縫干涉1.1801年，英國(guó)物理學(xué)家 在實(shí)驗(yàn)室里成功地觀察到了光的干涉.2.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：激光束垂直射到兩條狹縫S1和S2上，S1和S2相當(dāng)于兩個(gè)完全相同的光源，從S1和S2發(fā)出的光在擋板后面的空間疊加而發(fā)生 現(xiàn)象.(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在屏上得到

2、的條紋.(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光是一種 .托馬斯楊干涉明暗相間波3.出現(xiàn)明、暗條紋的條件光從兩狹縫到屏上某點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng) 的 (即波長(zhǎng)的 )時(shí)，這些點(diǎn)出現(xiàn)明條紋；當(dāng)路程差為_(kāi)時(shí)，這些點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋.偶數(shù)倍整數(shù)倍二、薄膜干涉二、薄膜干涉1.原理：以肥皂膜為例，單色光平行入射到肥皂泡液薄膜上，由液膜前后兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光是相干光，它們相互疊加產(chǎn)生干涉，肥皂泡上就出現(xiàn)了 的條紋或區(qū)域.2.圖樣：以光照射肥皂泡為例，如果是單色光照射肥皂泡，肥皂泡上就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋或區(qū)域；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋.3.應(yīng)用：檢查平面的平整程度.原理：空氣層的上下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生 .

3、明暗相間干涉1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)兩只相同的手電筒射出的光在同一區(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣的原因是干涉圖樣太細(xì)小看不清楚.()(2)屏上到雙縫的路程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，此處為暗條紋.()(3)水面上的油膜呈現(xiàn)彩色條紋，是油膜表面反射光與入射光疊加的結(jié)果. ()(4)觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè).()即學(xué)即用即學(xué)即用答案2.如圖1所示，在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，激光的波長(zhǎng)為5.30107 m，屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2的路程差為7.95107 m.則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是_(填“亮條紋”或“暗條紋”).答案圖1暗條紋重點(diǎn)探究重點(diǎn)探究一、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖2為雙縫干涉的示意圖

4、，單縫發(fā)出的單色光投射到相距很近的兩條狹縫S1和S2上，狹縫就成了兩個(gè)波源，發(fā)出的光向右傳播，在后面的屏上觀察光的干涉情況.(1)兩條狹縫起什么作用？答案答案光線照到兩狹縫上，兩狹縫成為振動(dòng)情況完全相同的光源.(2)在屏上形成的光的干涉圖樣有什么特點(diǎn)？答案答案在屏上形成明暗相間、等間距的干涉條紋.答案圖2知識(shí)深化知識(shí)深化1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(1)雙縫干涉的裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，有光源、單縫、雙縫和光屏.圖3(2)單縫的作用：獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況.也可用激光直接照射雙縫.(3)雙縫的作用：將一束光分成兩束頻率相同且振動(dòng)情況完全一致的相干光. 2.光

5、產(chǎn)生干涉的條件光產(chǎn)生干涉的條件兩束光的頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是靠“一分為二”的方法獲得兩個(gè)相干光源的.3.干涉圖樣干涉圖樣(1)單色光的干涉圖樣：干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋.(2)白光的干涉圖樣：中央條紋是白色的，兩側(cè)干涉條紋是彩色條紋.解析解析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，但仍有光亮.例例1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

6、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)任何光亮答案解析總結(jié)提升總結(jié)提升兩束光發(fā)生干涉的條件是兩束光的頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)情況相同.二、雙縫干涉圖樣中的亮、暗條紋的判斷如圖4所示，設(shè)屏上的一點(diǎn)P到雙縫的距離分別為r1和r2，路程差rr2r1.(1)亮條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍.即：rk圖4k0時(shí)，PS1PS2，此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級(jí)亮條紋.k為亮條紋的級(jí)次.(2)

7、暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍.即：rk為暗條紋的級(jí)次，從第1級(jí)暗條紋開(kāi)始向兩側(cè)展開(kāi).例例2如圖5所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長(zhǎng)為600 nm 的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋(即P1到S1、S2的路程差為一個(gè)波長(zhǎng))，現(xiàn)換用波長(zhǎng)為400 nm的紫光源照射單縫，則A.P和P1仍為亮條紋B.P為亮條紋，P1為暗條紋C.P為暗條紋，P1為亮條紋D.P、P1均為暗條紋答案解析圖5解析解析從單縫S射出的光被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點(diǎn)到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點(diǎn)

8、的路程差為零，因此中央是亮條紋，無(wú)論入射光是什么顏色的光，波長(zhǎng)多大，P點(diǎn)都是中央亮條紋.而分別由S1、S2射出的光到P1點(diǎn)的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長(zhǎng)，即|P1S1P1S2|600 nm橙.當(dāng)換用波長(zhǎng)為400 nm的紫光時(shí)，|P1S1P1S2|600 nm 則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)振動(dòng)情況完全相反，即分別由S1、S2射出的光到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)相互削弱，因此，在P1點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋.綜上所述，選項(xiàng)B正確.總結(jié)提升總結(jié)提升判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差與波長(zhǎng)的比值，要記住路程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，還要注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個(gè)光源為

9、相干光源.針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練如圖6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(diǎn)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|r1r2|應(yīng)為答案解析圖6三、薄膜干涉導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究小朋友吹出的肥皂泡、熱菜湯表面的油花、馬路上積水表面的油膜，都會(huì)看到彩色的條紋，這些彩色條紋是如何形成的呢？答案答案由薄膜干涉造成的.白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，被薄膜前、后表面反射的兩列光疊加，形成干涉條紋.由于白光中的各色光波長(zhǎng)不同，干涉后的條紋間距不同，薄膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋.答案知識(shí)深化知識(shí)深化薄膜干涉中的色散薄膜干涉中的色散(1)薄膜干涉中相干光的獲得光照射到薄膜上，在薄膜的前

10、、后兩個(gè)面反射的光是由同一個(gè)實(shí)際的光源分解而成的，它們具有相同的頻率、恒定的相位差.(2)薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，前、后兩個(gè)面的反射光的路程差等于相應(yīng)位置膜厚度的2倍，在某些位置，兩列波疊加后相互加強(qiáng)，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，兩列波疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋.(3)薄膜干涉是經(jīng)薄膜前后面反射的兩束光疊加的結(jié)果：出現(xiàn)亮條紋的位置，兩束光的路程差rk(k0,1,2，3，)，出現(xiàn)暗條紋的位置，兩束光的路程差r解析解析由于在光的干涉中亮、暗條紋的位置取決于兩列光波相遇時(shí)通過(guò)的路程差，則在薄膜干涉中取決于入射點(diǎn)處薄膜的厚度.因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一個(gè)上薄下厚的楔形膜，厚

11、度相等的位置在同一條水平線上，故同一條干涉條紋必然是水平的，由此可知只有選項(xiàng)B正確.例例3用單色光照射位于豎直平面內(nèi)的肥皂液薄膜，所觀察到的干涉條紋為答案解析總結(jié)提升總結(jié)提升1.由于薄膜干涉是經(jīng)薄膜前、后表面反射的兩束光疊加而形成的，所以觀察時(shí)眼睛與光源應(yīng)在膜的同一側(cè).2.在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一亮條紋或同一暗條紋應(yīng)出現(xiàn)在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一條紋都是水平的.3.用單色光照射得到明暗相間的條紋，用白光照射得到彩色條紋.A.N的上表面A處向上凸起B(yǎng).N的上表面B處向上凸起C.N的上表面A處向下凹陷D.N的上表面B處向下凹陷例例4

12、(多選)如圖7甲所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來(lái)檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到如圖乙所示條紋中的P和Q情況，這說(shuō)明答案解析圖7解析解析空氣薄膜厚度從左向右依次增大，又因?yàn)橥粭l亮(暗)條紋上各處空氣薄膜厚度相同，因此可知被檢查平面發(fā)生彎曲的P處的空氣厚度本應(yīng)該比同一條紋上其他位置的空氣厚度小，而實(shí)際上厚度一樣，故A處存在凹陷，同理可知B處存在凸起.總結(jié)提升總結(jié)提升薄膜干涉的應(yīng)用薄膜干涉的應(yīng)用1.檢查平面平整度的原理光線經(jīng)空氣薄膜的上、下兩面的反射，得到兩束相干光，如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉條紋是等間距的.如果被檢測(cè)平面某處凹下，則對(duì)應(yīng)條紋提前出現(xiàn)，如果某處凸起，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)

13、.2.增透膜的原理在增透膜的前、后表面反射的兩列光波形成相干波，當(dāng)路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，兩光波相互削弱，反射光的能量幾乎等于零.達(dá)標(biāo)檢測(cè)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1234解析解析兩燈泡不是相干光源，故選C.1.(雙縫干涉實(shí)驗(yàn)雙縫干涉實(shí)驗(yàn))用兩個(gè)紅燈泡照射白墻，在墻上看到的是A.明暗相間的條紋 B.彩色條紋C.一片紅光 D.晃動(dòng)的條紋答案解析12342.(亮、暗條紋的判斷亮、暗條紋的判斷)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0.6 m，若分別用頻率為f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)亮、暗條紋的情況是A.用單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)亮條紋B.用

14、單色光f1和f2分別照射時(shí)，均出現(xiàn)暗條紋C.用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋，用單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D.用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋，用單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)亮條紋答案解析1234因P點(diǎn)到雙縫的距離之差x0.6 m1，所以用單色光f1照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋. 所以用單色光f2照射時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋，故選項(xiàng)C正確.12343.(薄膜干涉薄膜干涉)用如圖8所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象.圖(a)是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈.將金屬線圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是A.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)30時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30B.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)45時(shí)

15、，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90C.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)60時(shí)，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30D.干涉條紋保持不變答案解析圖81234解析解析在重力作用下肥皂液薄膜的豎截面是梯形，前后兩面的反射光疊加而形成干涉條紋，金屬線圈在其所在平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)并不能影響肥皂液薄膜的豎截面，故金屬線圈在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)干涉條紋保持不變.A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的上、下 兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.干涉條紋中的暗條紋是由于上述兩列反射光的波 谷與波谷疊加的結(jié)果C.將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng)D.觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè) 12344.(薄膜干涉薄膜干涉)(多選)把一平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖9所示，這時(shí)可以看到明暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說(shuō)法中正確的是答案解析圖91234解析解析根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜上、下兩表面反射的兩列光疊加而成的，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，形成亮條紋，所以A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時(shí)，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)條紋的位置與空氣膜的厚度是對(duì)應(yīng)的，當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí)，同一厚度的空氣膜向劈尖移動(dòng)，故條紋向著劈尖移動(dòng)，故C項(xiàng)正確.