【公开课】光的干涉+课件高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册+.pptx

1 1、干涉的条件、干涉的条件(1)(1)两波源的频率相同。两波源的频率相同。(3)(3)振动方向相同。振动方向相同。(2)(2)相位差恒定。相位差恒定。振动加强点的位置振动减弱点的位置2 2、加强点和减弱点的加强点和减弱点的判断判断复习回顾复习回顾第四章第四章 光光3 3、光的干涉、光的干涉C CO ON NT TE EN NT TS S0101010102020202干 涉 条 纹 和 波长 之 间 的 关 系0303030304040404目录典 型 例 题光 的 双 缝 干 涉了解薄膜干涉1.1.光要发生干涉现象需要满足什么条件？光要发生干涉现象需要满足什么条件？2.2.该怎样获得相干光呢？该怎样获得相干光呢？频率相同频率相同，振动方向相同振动方向相同，相位差恒定相位差恒定思考：思考：怎样才能观察到光的怎样才能观察到光的干涉干涉现象呢？现象呢？光到底是波还是粒子，人们对此进行了很长时间的争论人们知道，干涉是波特有的性质，只要是波都可以发生干涉托马斯托马斯托马斯托马斯杨杨杨杨英国物理学家托马斯-杨，首次利用双缝实验得到了光的干涉图样颜色相同同一束光一、光的双缝干涉一、光的双缝干涉18011801年托马斯年托马斯杨寻找到的杨寻找到的相干光源相干光源(1)(1)单单缝缝作作用用：获获得得一一束束线线光光源源，使使光光源源有有唯唯一一频频率率(单单色色光光)和和振振动动情情况况，也也可可用激光直接照射双缝用激光直接照射双缝。(2)(2)双双缝缝作作用用：把把一一束束光光分分成成两两列列频频率率相相同同、相相位位差差恒恒定定、振振动动方方向向相相同同的的相相干干光光。双缝间距为双缝间距为 0.1mm0.1mm。光光光光束束束束单缝单缝单缝单缝双缝双缝双缝双缝红滤色片红滤色片红滤色片红滤色片 (激光激光激光激光)屏幕屏幕屏幕屏幕s s s s0 0 0 0s s s s1 1 1 1s s s s2 2 2 2 2005200520052005年年年年 杨氏双缝实验被评为历史上十大最美丽实验之一。杨氏双缝实验被评为历史上十大最美丽实验之一。杨氏双缝实验被评为历史上十大最美丽实验之一。杨氏双缝实验被评为历史上十大最美丽实验之一。实验过程实验过程 如如图图，让让一一束束平平行行的的单单色色光光投投射射到到一一个个有有两两条条狭狭缝缝S S1 1和和S S2 2的的挡挡板板上上，狭狭缝缝S S1 1和和S S2 2相相距距很很近近，两两条条狭狭缝缝就就产产生生两两个个光光源源，它它们们的的振振动动情情况况总总是是相相同同的的，两两光光源源发发出出的的光光在在挡挡板板后后面的空间互相面的空间互相叠加叠加。双缝干涉的示意图实验结论：实验结论：证明光是一种证明光是一种波波1.1.1.1.实验现象：实验现象：实验现象：实验现象：屏上形成的屏上形成的屏上形成的屏上形成的明暗相间条纹明暗相间条纹明暗相间条纹明暗相间条纹叫做叫做叫做叫做干涉图样干涉图样干涉图样干涉图样2.2.干涉图样的特点：干涉图样的特点：等间距、等间距、中央为亮条纹中央为亮条纹明暗相间、明暗相间、讨论讨论讨论讨论1 1 1 1：为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？红滤色片红滤色片单缝单缝S1S2S*屏幕屏幕实验现象解读实验现象解读亮条纹为波峰与波峰（波谷与波谷）相遇，即振动加强点暗条纹为波峰波谷相遇，即振动减弱点双缝S1S2屏幕P1 第一亮纹第一亮纹 r=P 中央亮纹中央亮纹 r=0P2 第二亮纹第二亮纹 r=2P3/第三亮纹第三亮纹 r=3P3 第三亮纹第三亮纹 r=3P3/第二亮纹第二亮纹 r=2P3/第一亮纹第一亮纹 r=Q2 第二暗纹第二暗纹Q 1 第一暗纹第一暗纹Q3 第三暗纹第三暗纹Q3/第三暗纹第三暗纹Q2/第二暗纹第二暗纹Q1/第一暗纹第一暗纹r=5/2r=/2r=3/2r=5/2r=3/2r=/2讨论讨论2 2：亮纹和暗纹依次出现满足什么规律呢？亮纹和暗纹依次出现满足什么规律呢？振动加强点条件：振动加强点条件：（亮条纹）（亮条纹）振动减弱点条件：振动减弱点条件：（暗条纹）（暗条纹）P中央中央亮纹亮纹 由于从由于从S S1 1S S2 2发出的光是发出的光是振动情况完全相振动情况完全相同同，又经过，又经过相同的路程相同的路程到达到达P P点，其中一条光点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，在一定是波谷，在P P点激起的振动总是波峰与波点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A AA A1 1+A+A2 2为为最大，最大，P P点总是振动加强的地方点总是振动加强的地方，故应出现亮，故应出现亮纹，这一条亮纹叫纹，这一条亮纹叫中央亮纹中央亮纹。双缝双缝S1S2屏幕屏幕讨论讨论3 3：中央中央P P处处为什么一定是为什么一定是亮纹亮纹3如如图图所示，用所示，用频频率率为为f的的单单色光（激光）垂直照射双色光（激光）垂直照射双缝缝，在光屏的，在光屏的P点点出出现现第第2条暗条条暗条纹纹，已知光速，已知光速为为c，则则P到双到双缝缝S1、S2的距离之差的距离之差|r1r2|应应为为（）（）B二、干涉条纹和光的波长之间的关系二、干涉条纹和光的波长之间的关系双缝双缝S1S1S2S2屏幕屏幕什么是干涉条纹的间距什么是干涉条纹的间距(条纹宽度条纹宽度)?)?x xx x条纹间距的含义：相邻两条亮纹（或暗条纹间距的含义：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。纹）中心之间的距离叫做条纹间距。我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。暗之间的距离。如图所示，双缝间距为如图所示，双缝间距为d d，双缝到屏的距离为，双缝到屏的距离为l l。双缝。双缝S S1 1、S S2 2的连线的的连线的中垂线与屏的交点为中垂线与屏的交点为P P。对屏上与。对屏上与P P距离为距离为x x的一点的一点 P P1 1，两缝与，两缝与P P1 1的距的距离离P P1 1 S S1 1r r1 1，P P1 1 S S2 2r r2 2。S S1 1S S2 2P P1 1P Pldxr2r1M当两列波的路程差为波长的整数倍，即当两列波的路程差为波长的整数倍，即相邻两个明相邻两个明(或暗或暗)条纹之间的距离为条纹之间的距离为在线段在线段P1 S2上作上作P1 M P1 S1，则，则S2Mr2r1，因因dl，三角形，三角形S1S2M可看做直角三角形。可看做直角三角形。有：有：r2r1dsin(令令S2S1M)另：另：xltan lsin 时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：（2 2）双缝之间的距离）双缝之间的距离d:d:（3 3）双缝与屏间的距离）双缝与屏间的距离 l l:S1S2P1Pl波长越大，相邻的亮纹间距越大波长越大，相邻的亮纹间距越大（1 1）波长）波长:d d越小，相邻的亮纹间距越大越小，相邻的亮纹间距越大L L越大，相邻的亮纹间距越大越大，相邻的亮纹间距越大d1 1、双缝干涉亮（暗）纹间距的公式、双缝干涉亮（暗）纹间距的公式（2 2）不同颜色的光频率不同：）不同颜色的光频率不同：f f红红ff橙橙ff黄黄ff绿绿ff青青ff蓝蓝f橙橙黄黄绿绿青青蓝蓝紫紫（3 3）相同双缝干涉装置，不同颜色的光条）相同双缝干涉装置，不同颜色的光条纹间距不同纹间距不同:x x红红x x橙橙x x黄黄x x绿绿x x青青x x蓝蓝x x紫紫2.2.不同单色光干涉条纹宽度：不同单色光干涉条纹宽度：3 3.白光的干涉图样特点：白光的干涉图样特点：（1 1）明暗相间的彩色条纹；）明暗相间的彩色条纹；（2 2）中央为白色亮条纹；）中央为白色亮条纹；（3 3）干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；）干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；（4 4）在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。）在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。一束白光通一束白光通过过双双缝缝后在屏上后在屏上观观察到干涉条察到干涉条纹纹，除中央白色条，除中央白色条纹纹外，外，两两侧还侧还有彩色条有彩色条纹纹，是因，是因为为（）（）A各色光的波各色光的波长长不同，因而各色光不同，因而各色光产产生的干涉条生的干涉条纹间纹间距不同距不同B各色光的速度不同，造成条各色光的速度不同，造成条纹间纹间距不同距不同C各色光的各色光的强强度不同度不同D各色光通各色光通过过双双缝缝的距离不同的距离不同【正确答案】【正确答案】A4用同一双用同一双缝缝干涉干涉实验实验装置在真空中做装置在真空中做红红光和紫光的双光和紫光的双缝缝干涉干涉实验实验，获获得甲、乙两种得甲、乙两种干涉条干涉条纹纹，如，如图图所示，所示，则则下列下列说说法正确的是（）法正确的是（）A甲甲为为紫光，乙紫光，乙为红为红光光B甲光在水中的甲光在水中的传传播速率大于乙光在水中的播速率大于乙光在水中的传传播速率播速率C在同一种介在同一种介质质中，甲光的折射率大，乙光的折射率小中，甲光的折射率大，乙光的折射率小D在同一种介在同一种介质质中，甲光的全反射中，甲光的全反射临临界角小，乙光的全反射界角小，乙光的全反射临临界角大界角大B7如如图图是是杨杨氏双氏双缝缝干涉干涉实验实验示意示意图图，其中，其中S1、S2为为双双缝缝，D为为光屏，光屏，实验实验中中观观察到屏上察到屏上O点点为为中央亮中央亮纹纹的中心，的中心，P1为为第一第一级级亮亮纹纹的中心，若将双的中心，若将双缝缝间间的距离的距离变变小，其他条件不小，其他条件不变变，则则（）（）A屏上干涉条屏上干涉条纹纹的的间间距将距将变变小小B屏上屏上O点仍然点仍然为为中央亮条中央亮条纹纹的中心的中心C屏上屏上P1位置仍然可能位置仍然可能为为亮条亮条纹纹的中心的中心D屏上屏上P1位置可能位置可能为为暗条暗条纹纹的中心的中心BD 由于重力的作用，肥皂薄膜将由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。形成上薄下厚的楔形。光从薄膜的前后两个表面反射光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相出来两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。同，产生干涉。薄膜干涉成因薄膜干涉成因光程差为波长的整数倍，两列波叠加加强光程差为波长的整数倍，两列波叠加加强形成亮条纹。形成亮条纹。光程差为半波长的奇数倍，两列波叠加减弱，光程差为半波长的奇数倍，两列波叠加减弱，形成暗条纹。形成暗条纹。三、薄膜干涉三、薄膜干涉亮纹：暗纹：=(+)思考：我们应该在哪一侧观察薄膜干涉？是在光源一侧？还是在无光源一侧？观察方向：是在光源一侧，观察反射光薄膜干涉条纹应是水平方向注意：是光在介质中的波长薄膜干涉的光程差：白光照射时是彩色条纹白光照射时是彩色条纹薄膜（薄膜（薄膜（薄膜（薄膜（薄膜（劈尖）干涉的条纹间距劈尖）干涉的条纹间距劈尖）干涉的条纹间距劈尖）干涉的条纹间距劈尖）干涉的条纹间距劈尖）干涉的条纹间距d1d2l结论：劈尖的结论：劈尖的角越小，角越小，l l 越大，即条纹越稀疏。越大，即条纹越稀疏。亮纹亮纹1 1亮纹亮纹2 2 取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹从反射光中就会看到干涉条纹.标准样板标准样板待检部件待检部件空气薄层空气薄层应用一：检查表面的平整程度 如果如果被检表面是平的被检表面是平的，产生的干涉条纹就是，产生的干涉条纹就是平行的平行的，如图甲、乙；，如图甲、乙；如果观察到的干涉条纹如图丙，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些如果观察到的干涉条纹如图丙，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达的平整情况。这种测量精度可达1010-6-6cmcm。甲甲乙乙丙丙被检测平面被检测平面薄片薄片标准样板标准样板单色光单色光提前凹陷，延后凸起如如图图所示，用所示，用单单色光照射透明色光照射透明标标准板准板M来来检查检查平面平面N的上表面的平滑情况，的上表面的平滑情况，观观察到如察到如图图所示条所示条纹纹中的中的P和和Q情况，情况，这说这说明（）明（）A此操作利用了光的此操作利用了光的反射反射原理原理BN的上表面的上表面B处处向上凸起向上凸起C若出若出现现两条两条连续连续的直的直线线干涉条干涉条纹纹，则说则说明两条明两条连续连续的的 干涉条干涉条纹纹所所对应对应的空气薄膜厚度相等的空气薄膜厚度相等D干涉条干涉条纹纹是由是由M下表面的入射光下表面的入射光线线和和N的上表面的反射光的上表面的反射光线线干涉形成的干涉形成的【正确答案】【正确答案】B增透膜增透膜薄膜厚度薄膜厚度 在透镜表面涂上一层薄膜，在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于当薄膜的厚度等于入射光在薄膜中的波长的入射光在薄膜中的波长的1/41/4时时，从薄膜前后两表面，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长。它们干反射回来的光的路程差恰好等于半个波长。它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。量，称为增透膜。增透膜厚度：应用二：照相机照相机的增透膜的增透膜由于人眼对绿色最敏感，所以一般增透膜增强的是绿光 将一块半径很大的平凸透镜与一块将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称生的干涉条纹称牛顿环牛顿环。空气薄膜厚度相同处光程差相同，所空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。以牛顿环为一系列同心圆环。应用三：应用三：牛顿环牛顿环5双双缝缝干涉干涉实验实验装置的截面装置的截面图图如如图图所示。光源所示。光源S到到S1、S2的距离相等，的距离相等，O点点为为S1、S2连线连线中垂中垂线线与光屏的交点。光源与光屏的交点。光源S发发出的波出的波长为长为的光，的光，经经S1出射后垂直穿出射后垂直穿过过玻璃片玻璃片传传播到播到O点，点，经经S2出射后直接出射后直接传传播到播到O点，由点，由S1到到O点与点与S2由到由到O点，光点，光传传播的播的时间时间差差为为t。玻璃片厚度。玻璃片厚度为为10，玻璃，玻璃对该对该波波长长光的折射率光的折射率为为1.5，空气中光速，空气中光速为为c，不，不计计光在玻光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（）璃片内的反射。以下判断正确的是（）A四、当堂训练四、当堂训练