2022年高中物理第章光的波动性_光的干涉教师用书沪科版选修- .pdf

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1、1 4.1 光的干涉学 习 目 标知 识 脉 络1. 认识光的干涉现象及光发生干涉的条件.( 重点 ) 2. 理解光的干涉条纹的形成原因及干涉现象的本质，认识干涉条纹的特征.( 重点 ) 3. 了解光的干涉条纹的特点，理解用双缝干涉测光波波长的原理.( 难点 ) 4. 了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉的应用 .( 难点 )杨 氏 双 缝 干 涉 实 验 先填空 1. 史实托马斯杨在历史上第一次解决了相干光源问题，成功做出了光的干涉实验. 光的干涉现象微粒说无法解释，而波动说可做出完善解释，使人们认识到光具有波动性. 2. 产生条件频率相同、相差恒定、振动方向在同一直线上. 3. 在双缝干涉

2、实验中得到的干涉图样有如下特点(1) 单色光产生的干涉条纹都是间距相同的明暗相间的条纹，且中央为亮条纹. 当两缝到屏上某点的路程差等于半波长的奇数倍时，该处出现暗条纹. (2) 若用白光做实验，中央条纹是白色，中央条纹两侧，各单色光所形成条纹疏密不同而出现彩色条纹重叠的现象. 4. 如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源叫做相干光源. 再判断 1. 任意两个光源发出的光叠加后都会发生稳定干涉现象.( )2. 两列光的波峰与波峰叠加为亮条纹，波谷与波谷叠加为暗条纹.( )3. 光的干涉现象证明光具有波动性.( ) 后思考 1. 做双缝干涉实验时必须具备什么条件才能观察到干涉条纹？【提示

3、】必须是相干光源，且双缝间的间距必须很小. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2 2. 一般情况下光源发出的光很难观察到干涉现象，这是什么原因？【提示】光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相差，不具备相干光源的条件 . 核心点击 1. 双缝干涉的示意图( 如图 4-1-1 所示 ) 图 4-1-1(1) 单缝屏的作用：获得一个有唯一频率和振动情况的线光源. (2) 双缝屏的作用：平行光照到单缝S上后，又

4、照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光. 2. 产生干涉的条件(1) 两列光的频率相同. (2) 两列光的振动方向相同且相位差恒定. 发生干涉的两列波称为相干波，发生干涉的两个光源称为相干光源. 相干光源可用同一束光分成两列的方法来获得. 图 4-1-2(3) 由于不同光源发出的光频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差. (4) 光屏上某处出现亮、暗条纹的条件：光的干涉跟波的干涉一样，也有加强区和减弱区，加强区照射到光屏上出现亮条纹，减弱区照射到光屏上出现暗条纹. 如果光屏上某点到两个光源的路程差是波长的整数倍

5、，那么该点就是加强点；如果光屏上某点到两个光源的路程差是半波长的奇数倍，那么该点就是减弱点. 因此，光屏上出现亮条纹的条件是：路程差r|r2r1| k(k0,1,2 ， ) ；光屏上出现暗条纹的条件是：路程差r|r2r1| (2k1)2(k0,1,2 ，).3. 双缝干涉条纹的特点(1) 单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等. 中央为亮条纹，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - -

6、3 两相邻亮纹 ( 或暗纹 ) 间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大. 图 4-1-3(2) 白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的. 这是因为：从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹. 各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹. 两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹. 1. 在双缝干涉实验中，以白光为光源， 在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片( 只能透过红光 ) ，另一缝前放一绿色滤

7、光片( 只能透过绿光 ) ，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时在屏上可看到什么现象？【解析】两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹. 但屏上仍有亮光. 【答案】见解析2. 在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 m ，若分别用频率f15.0 1014Hz和f27.5 1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是：单色光f1照射时出现 _条纹，单色光f2照射时出现 _条纹 . 【解析】本题考查双缝

8、干涉实验中屏上出现明、暗条纹的条件. 根据波的叠加知识，可知与两个狭缝的光程差是波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹. 据 cf可得 1cf131085.0 1014 m0.6 106 m0.6 m ，2cf23.0 1087.5 1014 m0.4 106 m0.4 m ，即d1，d322. 【答案】亮暗双缝干涉中亮条纹或暗条纹的判断方法1. 判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源( 双缝 ) 的光程差与波长的比值. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

9、- - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 4 2. 出现亮条纹的条件是光程差等于波长的整数倍. 3. 出现暗条纹的条件是光程等于半波长的奇数倍，而不是整数倍. 薄 膜 干 涉 先填空 1. 实验现象在酒精灯旁竖直放置的肥皂膜上，会出现明暗相间的条纹. 2. 薄膜干涉的成因竖直放置的肥皂液膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，因此，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光所走的路程差不同，在某些位置， 这两列波叠加后相互加强，于是出现了亮条纹，因此，薄膜上出现了亮暗相间的烛焰的像. 再判断 1. 用红光照射薄膜时，会出现彩色条纹.( )2. 用白光照射薄

10、膜时，会出现彩色条纹.( )3. 只能用肥皂膜，其他薄膜不会出现薄膜干涉现象.( ) 后思考 如图 4-1-4 所示是几种常见的薄膜干涉图样，这些干涉图样是怎样形成的呢？图 4-1-4【提示】是由薄膜上、下表面反射光束相遇而产生的干涉. 核心点击 1. 薄膜干涉现象(1) 成因如图 4-1-5 所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、 上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加. 在某些位置，这两列波叠加后互相加强，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后互相削弱，则出现暗条纹. 故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹.

11、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 5 图 4-1-5(2) 现象每一条纹呈水平状态排列. 由于各种色光干涉后相邻两亮纹中心的距离不同，所以若用白光做这个实验，会观察到彩色干涉条纹. 2. 薄膜干涉的应用(1) 增透膜照相机、 望远镜的镜头表面常镀一层透光的膜，膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉，由于只有一定波长( 一定颜色 )的光干涉时才会相互加强，所以镀膜镜头看起来是有颜色的. 镀膜厚度不同， 镜头的颜色也不一

12、样. 一般增透膜的厚度是光在薄膜介质中传播的波长的14，即d4，若厚度为绿光在薄膜中波长的14，则镜头看起来呈淡紫色. (2) 用干涉法检查平面如图 4-1-6 所示，被检查平面B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹. 被检查平面若是平的， 空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行； 若被检查表面某些地方不平，那里的空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲. 图 4-1-63. 如图 4-1-7所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是( ) 图 4-1-7A.人从右侧向左看，可以看到彩色条纹B.人从左侧向右看

13、，可以看到彩色条纹名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 6 C.彩色条纹水平排列D.彩色条纹竖直排列E.肥皂膜的彩色条纹是前后两表面反射的光干涉形成的【解析】一束白光射到薄膜上，经前后两个界面反射回来的光相遇，产生干涉现象，我们由左向右看可以看到彩色条纹，故选项 A错误，选项 B正确；由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的，故选项C正确，选项D错误 . 肥皂膜的彩色条纹是前后两表面反射的光干涉形成的，

14、E正确 . 【答案】BCE 4. 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图4-1-8 甲所示， 将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1) 任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2) 任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定 . 现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹会发生怎样变化？甲乙图 4-1-8【解析】光线在空气膜的上、下表面发生反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹. 设空气膜顶角为，d1、d2处

15、为两相邻亮条纹，如图所示，则此两处的光程分别为12d1，22d2. 因为光程差21，所以d2d112. 设此两相邻亮纹中心的距离为l，则由几何关系得d2d1ltan ，即 l2tan ，当抽去一张纸片 减小， l增大，条纹变疏. 【答案】干涉条纹会变疏薄膜干涉条纹的两大特点1. 竖直液膜由于重力的作用，其厚度是均匀增加的，所以在同一水平线上，膜的厚度相同，干涉条纹的亮度也相同. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 7 2. 入射光的波长越长，竖直膜上的干涉条纹间距越大，这是因为如果厚度要增加半个波长，需要下移的距离比波长短时要大. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -