1、第四節(jié)光的干涉第四章2021內(nèi)容索引0102課前篇 自主預(yù)習(xí)課堂篇 探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.認(rèn)識(shí)干預(yù)條紋的特點(diǎn),知道相干光源的概念和產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象的條件.(物理觀念)2.能闡述干預(yù)現(xiàn)象的成因及明暗條紋的位置和特點(diǎn),能推導(dǎo)出條紋間距的公式.(科學(xué)思維)3.理解薄膜干預(yù),認(rèn)識(shí)科學(xué)與社會(huì)之間的聯(lián)系.(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)思維導(dǎo)圖課前篇 自主預(yù)習(xí)必備知識(shí)一、光的雙縫干預(yù)現(xiàn)象將一支激光筆發(fā)出的光照射在雙縫上,雙縫平行于屏,在屏上觀察到了明暗相間的條紋.二、光產(chǎn)生干預(yù)的條件1.相干光波:兩列光波的頻率相同,相位差恒定,振動(dòng)方向相同,即光波為相干光波.2.明暗條紋的位置:兩列相干光波到達(dá)明(暗)干預(yù)條紋的位置的路程差

2、r是波長(zhǎng)的整數(shù)倍(或半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍),即滿足r=k,k=0,1,2,想一想一般光源發(fā)出的光很難觀察到干預(yù)現(xiàn)象,這是什么原因?提示 一般光源發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差,不具備相干光源的條件.三、薄膜干預(yù)1.相干光波:肥皂膜的前、后外表反射回來(lái)的兩組光波.2.肥皂膜的特點(diǎn):由于重力的作用,從膜的上部到膜的下部呈現(xiàn)楔形.3.彩色光帶:太陽(yáng)光是由許多不同顏色的單色光組成的,不同顏色的光在不同的位置滿足明條紋和暗條紋的條件.4.薄膜干預(yù)的應(yīng)用:相機(jī)鏡頭上鍍上增透膜,增加透射,減少反射.自我檢測(cè)1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯(cuò)誤的小題請(qǐng)說(shuō)明原因.(1)兩只完全相同的燈泡發(fā)出的光能產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象.(

3、)答案 解析 不符合相干光源的條件,因此不能產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象.(2)光和機(jī)械波一樣,產(chǎn)生穩(wěn)定的干預(yù)圖樣需要一定的條件.()答案 (3)水面上的油膜在陽(yáng)光照射下呈彩色是薄膜干預(yù)的結(jié)果.()答案 2.(多項(xiàng)選擇)以下光源不可作為相干光源的是()答案 AB解析 根據(jù)產(chǎn)生干預(yù)的條件可知,選A、B.3.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于光的干預(yù),以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是()B.頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象,只是不穩(wěn)定C.頻率相同、振幅相同的兩束光才能產(chǎn)生干預(yù)D.兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí),從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)明條紋答案 BC解析 發(fā)生干預(yù)現(xiàn)象時(shí)兩列光的頻率必須相同,振幅不一定相同,

4、選項(xiàng)A正確,C錯(cuò)誤;頻率不同不能產(chǎn)生干預(yù),而不是干預(yù)不穩(wěn)定,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;干預(yù)發(fā)生時(shí)出現(xiàn)亮條紋的條件是光程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍,選項(xiàng)D正確.課堂篇 探究學(xué)習(xí)探究一干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系情境探究波的干預(yù)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)定干預(yù)現(xiàn)象的條件是有相干波源頻率相等、振動(dòng)方向相同、相位差恒定的兩列波,干預(yù)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測(cè)到了光的雙縫干預(yù)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 從實(shí)驗(yàn)的角度證實(shí)光是一種波. 知識(shí)歸納1.明條紋產(chǎn)生的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2

5、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PS1-PS2=k=2k ,k=0,1,2,k=0時(shí),PS1=PS2,此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的O處,為明條紋,此處的條紋叫中央明條紋或零級(jí)明條紋,k為明條紋的級(jí)次.2.暗條紋產(chǎn)生的條件: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PS1-PS2=(2k-1) ,k=0,1,2,k為暗條紋的級(jí)次.實(shí)例引導(dǎo)例1雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)裝置如以下圖,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)形成相鄰的明條紋.假設(shè)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)形成的明、暗條紋的情況是()B.P是明條紋,P1是暗條紋C.P是暗條

6、紋,P1是明條紋答案 B 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處是明紋,因而,無(wú)論入射光是什么顏色的光,波長(zhǎng)多大,P處都是明紋.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,那么兩列光波到達(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)明條紋.當(dāng)換用波長(zhǎng)為400 nm的紫光時(shí),|P1S1-P1S2|=600 nm= 紫,那么兩列光波到達(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,

7、選項(xiàng)B正確.規(guī)律方法分析雙縫干預(yù)中明暗條紋問(wèn)題的步驟(1)明確光在真空(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)明條紋的判斷式或暗條紋的判斷式判斷出k的取值,從而判斷條紋數(shù).變式訓(xùn)練1(多項(xiàng)選擇)(2021山東泰安第二中學(xué)高二月考)用波長(zhǎng)為的單色光照射單縫O,經(jīng)過(guò)雙縫M、N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干預(yù)條紋,如以下圖,圖中a、b、c、d、e為相鄰明條紋的位置,c為中央明條紋,那么()A.由O到達(dá)a、b的路程差為零B.由M、N到達(dá)b的路程差為C.由O到達(dá)a、c的路程差為4D.由M、N到達(dá)e的路程差為2答案 BD解析 從O到達(dá)某點(diǎn)可以經(jīng)過(guò)M也可以經(jīng)過(guò)

8、N,根據(jù)條件無(wú)法比較從O到達(dá)某兩點(diǎn)的路程差,故A、C錯(cuò)誤;b為中心明紋旁邊的第一條明紋,那么M、N到達(dá)b的路程差為波長(zhǎng),故B正確;e為中心明紋旁邊的第二條明紋,M、N到達(dá)e的路程差為2,故D正確.探究二雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)情境探究如以下圖,幾種單色光的雙縫干預(yù)圖樣,請(qǐng)問(wèn): (1)單色光干預(yù)時(shí)相鄰兩明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預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)干預(yù)圖樣完全一樣嗎?要點(diǎn)提示 (1)相等.(2)不一樣.知識(shí)歸納1.相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離x與入射光波長(zhǎng)之間的定量關(guān)系推導(dǎo) 如以下圖,雙縫間距d,雙縫到屏的距離l.雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P0.對(duì)屏上與P0距

9、離為x的一點(diǎn)P,兩縫與P的距離PS1=r1,PS2=r2.在線段PS2上作PM=PS1,那么S2M=r2-r1,dl,三角形S1S2M可看作直角三角形.那么:r2-r1=dsin (S2S1M=).x=ltan lsin ,(1)假設(shè)用單色光作光源,那么干預(yù)條紋是明暗相間的條紋,且條紋間距相等. 等寬相間 (2)用不同的單色光做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn),得到的條紋之間的距離不一樣,但都是明暗相間的單色條紋.由x= 知,紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng),x最大,紫光波長(zhǎng)最短,x最小.與波長(zhǎng)成正比 假設(shè)用白光作光源,那么干預(yù)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

10、.各種色光都在中央條紋處形成明條紋,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,即紅光的明條紋間距寬度最大,紫光的明條紋間距寬度最小,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預(yù)條紋.實(shí)例引導(dǎo)例2甲圖為雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖.乙圖為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),在屏上觀察到的條紋情況,a為中央明條紋,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為中央明條紋.假設(shè)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.那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.丙圖可能為用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,說(shuō)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,說(shuō)明紫光波長(zhǎng)較長(zhǎng)C.丙圖

11、可能為用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,說(shuō)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,說(shuō)明紅光波長(zhǎng)較短答案 A解析 根據(jù)雙縫干預(yù)圖樣的特點(diǎn),入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),同一裝置產(chǎn)生的雙縫干預(yù)圖樣中條紋的間距就越大.由此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.規(guī)律方法對(duì)干預(yù)條紋間距的理解干預(yù)條紋間距是兩個(gè)相鄰的同類(lèi)條紋中線間的距離,既可以是兩相鄰明條紋中線間的距離,也可以是兩相鄰暗條紋中線間的距離.變式訓(xùn)練2關(guān)于光的干預(yù),以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.在雙縫干預(yù)現(xiàn)象中,相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的B.在雙縫干預(yù)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

12、兩個(gè)明條紋間距將變寬C.在雙縫干預(yù)現(xiàn)象中,將綠光換為紅光,相鄰兩個(gè)明條紋間距將變寬D.在雙縫干預(yù)現(xiàn)象中,入射光為白光時(shí)得到的彩色條紋為內(nèi)紅外紫答案 C解析 在雙縫干預(yù)現(xiàn)象中,相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的,應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤;入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),相鄰兩個(gè)明條紋的間距越大,應(yīng)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,故除中間條紋外,前幾條彩色條紋應(yīng)為內(nèi)紫外紅,再往外由于重疊嚴(yán)重,沒(méi)有明顯干預(yù)條紋,只是看到彩光,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.探究三薄膜干涉現(xiàn)象及其應(yīng)用情境探究酒精燈的燈焰能發(fā)出明亮的黃光.把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下,讓它掛上一層薄薄的液膜.把這層液膜當(dāng)作一個(gè)平面鏡,用它

13、觀察燈焰的像.這個(gè)像與直接看到的燈焰有什么不同?如果用白光做實(shí)驗(yàn)情況又會(huì)如何?要點(diǎn)提示 燈焰的像由明暗相間的水平條紋組成.如果用白光做實(shí)驗(yàn),肥皂膜上會(huì)出現(xiàn)彩色條紋.知識(shí)歸納(1)形成原因由薄膜的前、后外表的反射光疊加而形成明暗相間的條紋.如果膜的厚度為h,折射率為n,前、后外表的反射光的光程差為2h.假設(shè)滿足2h為膜中波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),該處出現(xiàn)明條紋;滿足2h為膜中半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),該處出現(xiàn)暗條紋.(2)特點(diǎn):因?yàn)樵谕凰礁叨忍?薄膜的厚度相同,從前、后兩外表反射的光的光程差均相同,如果此時(shí)兩反射光互相加強(qiáng),那么此高度水平方向各處均加強(qiáng),因此,明暗相間的干預(yù)條紋為水平方向. 水平平行相間 (1

14、)等傾法檢查平面平整度如以下圖,在被測(cè)平面上放一個(gè)透明的樣板,在樣板的一端墊一個(gè)薄片,使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測(cè)平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄層.用單色光照射時(shí),空氣層的上、下兩個(gè)外表反射的兩列光波發(fā)生干預(yù).空氣厚度相同的地方,兩列波的光程差相同,兩列波疊加時(shí)互相加強(qiáng)或減弱的情況相同,因此假設(shè)被測(cè)面是平的,干預(yù)條紋就是一組平行的直線,如果干預(yù)條紋是彎曲的,就說(shuō)明被測(cè)平面不平整.(2)增透膜原理:為了減少光學(xué)裝置中的反射損失,可在元件外表涂一層透明薄膜,一般是氟化鎂.如以下圖,在增透膜的前后外表反射的兩列光波形成相干波,相互疊加,當(dāng)光程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),在兩個(gè)外表反射的光產(chǎn)生相消干預(yù),反射光的能量幾

15、乎等于零.透射光的能量得到加強(qiáng).厚度:一般取最小厚度d滿足2d= (此波長(zhǎng)為光在該種介質(zhì)中的波長(zhǎng)).特征:由于白光中含有多種波長(zhǎng)的光,所以增透膜只能使其中一定波長(zhǎng)的光相消.因?yàn)槿藢?duì)綠光最敏感,一般選擇對(duì)綠光起增透作用的膜,所以在反射光中綠光強(qiáng)度幾乎為零,而其他波長(zhǎng)的光并沒(méi)有完全抵消,尤其是與綠光波長(zhǎng)相差較大的紫光,所以增透膜一般呈現(xiàn)淡紫色.實(shí)例引導(dǎo)例3(多項(xiàng)選擇)(2021福建泰寧第一中學(xué)高二月考)如圖甲所示,用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來(lái)檢查被檢體N的上外表的平直情況,觀察到的現(xiàn)象如圖乙所示,A和B對(duì)應(yīng)P和Q,那么條紋中的P和Q的情況說(shuō)明()答案 BC解析 P處條紋向左彎曲,意味著后一級(jí)條紋提前

16、出現(xiàn),可見(jiàn)P處對(duì)應(yīng)的檢測(cè)平板上的A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空氣層厚度與后一級(jí)條紋對(duì)應(yīng)的空氣層厚度相同,而后一級(jí)條紋本來(lái)對(duì)應(yīng)的空氣層厚度比前一級(jí)大,可見(jiàn)A處向下凹陷,故C正確,A錯(cuò)誤;從彎曲的條紋可知,Q處空氣薄膜凹陷,即N的上外表B處向上凸起,故B正確,D錯(cuò)誤.規(guī)律方法處理此類(lèi)問(wèn)題時(shí),一般可簡(jiǎn)單記為向尖處彎曲表示凹陷. 變式訓(xùn)練3(2021重慶高二月考)有種冷光燈,用它照射物品能使被照物品產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低.這種燈降低熱效應(yīng)的原理是燈泡后面放置的反光鏡的外表上鍍有一層薄膜,能使薄膜前后外表反射回來(lái)的熱效應(yīng)最顯著的紅外線發(fā)生干預(yù)相消,以表示紅外線在真空中的波長(zhǎng),n表示薄膜對(duì)該紅外線的折射率,那么所鍍薄膜的厚

17、度最小應(yīng)為()答案 B 解析 薄膜兩個(gè)界面上的反射光(紅外線)相干預(yù)后互相抵消,即 隨堂檢測(cè)1.(多項(xiàng)選擇)(2021江蘇鹽城中學(xué)高二期中)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn),在屏上觀察到如圖甲所示的條紋,僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后,觀察到的條紋如圖乙所示.他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是()答案 AC 解析 題圖乙中條紋的間距比題圖甲小,根據(jù)雙縫干預(yù)的條紋間距公式x= 知,可能是雙縫與屏的間距減小,也可能是雙縫間距變大.故A、C正確,B、D錯(cuò)誤.2.在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中,以白光為光源,在屏幕上觀察到了彩色干預(yù)條紋,假設(shè)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),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預(yù)條紋,其他顏色的雙縫干預(yù)條紋消失B.紅色和綠色的雙縫干預(yù)條紋消失,其他顏色的雙縫干預(yù)條紋依然存在C.任何顏色的雙縫干預(yù)條紋都不存在,但屏上仍有光亮答案 C解析 兩列光波發(fā)生干預(yù)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,在光屏上形成干預(yù)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)生干預(yù),因此屏上不會(huì)出現(xiàn)干預(yù)條紋,但因有紅光和綠光