第四章光選擇性必修一?人教版3.光的干涉

我們生活在一個(gè)充滿(mǎn)光的世界。人類(lèi)渴望光明，生物需要陽(yáng)光，人類(lèi)的感覺(jué)器官接收到的信息中，有90%的是通過(guò)眼睛?，F(xiàn)在光學(xué)已經(jīng)成為物理學(xué)的重要組成部分，在生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，光學(xué)是現(xiàn)代高科技領(lǐng)域中最前沿的科學(xué)之一。

導(dǎo)入新課肥皂膜看起來(lái)常常是彩色的，雨后公路積水上面漂浮的油膜，也經(jīng)常顯現(xiàn)出彩色條紋。這些彩色條紋或圖樣是怎樣形成的？物理觀念理解光的干涉條件及現(xiàn)象，建立“光具有波動(dòng)性”的物理觀念?？茖W(xué)思維通過(guò)對(duì)比機(jī)械波干涉，歸納光波干涉的共性；利用幾何近似推導(dǎo)條紋間距公式，培養(yǎng)建模能力?？茖W(xué)探究經(jīng)歷光的雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,體會(huì)科學(xué)探究的意義?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)的科學(xué)史，感悟科學(xué)探索精神；關(guān)注薄膜干涉在技術(shù)中的應(yīng)用，體會(huì)物理的社會(huì)價(jià)值。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)

光的干涉條件；條紋間距的公式推導(dǎo)難點(diǎn)薄膜干涉中光程差的分析；近似條件d?l

的物理意義理解。一、光的雙縫干涉

3.光的干涉一、光的雙縫干涉

兩列頻率相同的水波(相干波)相遇時(shí),在某些區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)(波峰與波峰、波谷與波谷疊加),而在某些區(qū)域振動(dòng)減弱(波峰與波谷疊加);且振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域與振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔.這種現(xiàn)象叫波的干涉。光是一種電磁波，那么光也應(yīng)該發(fā)生干涉現(xiàn)象，怎樣才能觀察光的干涉現(xiàn)象呢？一、光的雙縫干涉光要發(fā)生干涉現(xiàn)象需要滿(mǎn)足什么條件？頻率和振動(dòng)情況一致相干光源有沒(méi)有什么方法可以獲得相干光—頻率相同的光呢？天才的設(shè)想巧妙解決了相干光問(wèn)題光束單縫雙縫紅濾色片

(激光)屏幕s0s1s2托馬斯·楊楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)被評(píng)為十大最美麗實(shí)驗(yàn)之一。一、光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解讀：有的地方亮一些有些地方暗一些。紅濾色片單縫S1S2S***屏幕一、光的雙縫干涉S1S2PPδ=0中央亮紋

由于從S1S2發(fā)出的光是振動(dòng)情況完全相同，又經(jīng)過(guò)相同的路程到達(dá)P點(diǎn)，其中一條光傳來(lái)的是波峰，另一條傳來(lái)的也一定是波峰，其中一條光傳來(lái)的是波谷，另一條傳來(lái)的也一定是波谷，確信在P點(diǎn)激起的振動(dòng)總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A＝A1+A2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。雙縫S1S2屏幕實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解讀——亮紋一、光的雙縫干涉P2

第二亮紋雙縫S1S2屏幕

屏上P1點(diǎn)的上方還可以找到δ=S1－S2＝2λ的P2點(diǎn)出現(xiàn)第二條亮紋。2λ實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解讀——亮紋一、光的雙縫干涉P3

第三亮紋雙縫S1S2屏幕

屏上P1點(diǎn)的上方還可以找到δ=S1－S2＝4λ的P2點(diǎn)，δ=S1－S2＝5λ的P3點(diǎn)……等處的第四條、第五條……亮紋；在中央明紋P的下方可找到δ=S1－S2＝λ的P1/點(diǎn)，δ=S1－S2＝2λ的P2/點(diǎn)，δ=S1－S2＝3λ的P3/點(diǎn)等處與中央明紋為對(duì)稱(chēng)的第一、第二、第三…，第n條亮紋。3λ實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解讀——亮紋一、光的雙縫干涉雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋

δ=λP

中央亮紋

δ=0P2第二亮紋

δ=2λP3/

第三亮紋δ=3λP3第三亮紋δ=3λP2/

第二亮紋

δ=2λP1/

第一亮紋

δ=λ一、光的雙縫干涉Q1

第一暗紋雙縫S1S2屏幕S1S2Q1

取P點(diǎn)上方的點(diǎn)Q1，與兩個(gè)狹縫S1、S2路程差δ=S1－S2＝λ/2，其中一條光傳來(lái)的是波峰，另一條傳來(lái)的就是波谷，其中一條光傳來(lái)的是波谷，另一條傳來(lái)的一定是波峰，Q1點(diǎn)激起的振動(dòng)總是波峰與波谷相遇，振幅最小，Q1點(diǎn)總是振動(dòng)減弱的地方，故應(yīng)出現(xiàn)暗紋。

λ/2P

中央亮紋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解讀——暗紋一、光的雙縫干涉Q2

第二暗紋雙縫S1S2屏幕

屏上Q1點(diǎn)的上方還可以找到δ=S1－S2＝3λ/2的Q2點(diǎn)出現(xiàn)第二條暗紋。同樣可以找到第三條暗紋Q3……，在中央明紋下方也可以找到對(duì)稱(chēng)的Q1/、Q2/、Q3/……等暗紋。

Q1

第二暗紋P

中央亮紋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解讀——暗紋一、光的雙縫干涉雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋δ=λP

中央亮紋δ=0P2第二亮紋δ=2λP3/

第三亮紋δ=3λP3第三亮紋δ=3λP3/

第二亮紋δ=2λP3/

第一亮紋δ=λQ2第二暗紋Q1第一暗紋Q3第三暗紋Q3/

第三暗紋Q2/

第二暗紋Q1/

第一暗紋δ=5λ/2δ=λ/2δ=3λ/2δ=5λ/2δ=3λ/2δ=λ/2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解讀——亮紋和暗紋相間出現(xiàn)一、光的雙縫干涉光程差：S1S2P1Pl雙縫干涉規(guī)律n=0、1、2、3……暗紋：n=0、1、2、3……亮紋：二、干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系

3.光的干涉二、干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系

如圖所示，雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線(xiàn)的中垂線(xiàn)與屏的交點(diǎn)為P。對(duì)屏上與P距離為x的一點(diǎn)P1，兩縫與P1的距離P1S1＝r1，P1S2＝r2。相鄰兩個(gè)明(或暗)條紋之間的距離為與波長(zhǎng)有什么關(guān)系？在線(xiàn)段P1S2上作P1M＝P1S1，則S2M＝r2－r1，有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)

①另：x＝ltanθ≈lsinθ②當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即時(shí)才會(huì)出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：相鄰兩個(gè)明(或暗)條紋之間的距離為S1S2P1Pldxr2r1MM二、干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系相鄰兩個(gè)明(或暗)條紋之間的距離為S1S2P1Pld（2）雙縫之間的距離d:（3）雙縫與屏間的距離l:波長(zhǎng)越大，相鄰的亮紋間距越大（1）波長(zhǎng)λ:d越小，相鄰的亮紋間距越大l越大，相鄰的亮紋間距越大由此可以得出，相鄰明（暗）紋間的距離大小受哪些因素的影響？二、干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系各色光在真空中的波長(zhǎng)光的顏色波長(zhǎng)nm光的顏色波長(zhǎng)nm紅770－620綠580－490橙620－600藍(lán)－靛490－450黃600－580紫450－400（1）相同介質(zhì)中，不同的光波長(zhǎng)不同：λ紅>λ橙>λ黃>λ綠>λ青>λ藍(lán)>λ紫2、不同單色光干涉條紋寬度：同一個(gè)裝置，不同單色光干涉條紋寬度大小規(guī)律是怎樣的？（2）相同雙縫干涉裝置，不同的光條紋間距不同：Δx紅>Δx橙>Δx黃>Δx綠>Δx青>Δx藍(lán)>Δx紫二、干涉條紋和光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系3.白光的干涉圖樣特點(diǎn)：如果用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，會(huì)得到怎樣的干涉條紋？為什么？會(huì)得到中央條紋是白色兩側(cè)為彩色條紋的干涉條紋，而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅。因?yàn)榘坠馐怯杉t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色組成的復(fù)色光，且從紅光到紫光波長(zhǎng)逐漸變短。各種色光都能形成明暗相間的條紋，都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋。兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比，條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋。三、薄膜干涉

3.光的干涉三、薄膜干涉三、薄膜干涉觀察實(shí)驗(yàn)：在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(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，用它觀察燈焰的像。這個(gè)像與直接看到的燈焰有什么不同？請(qǐng)解析看到的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：觀察到燈焰的像出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋。該條紋是怎樣形成的？該條紋是由液膜前后兩個(gè)面反射的光相互疊加發(fā)生干涉形成的。三、薄膜干涉由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上薄下厚的楔形。光從薄膜的前后兩個(gè)表面反射出來(lái)兩個(gè)光波，這兩列光波的頻率相同，產(chǎn)生干涉。薄膜干涉成因前表面后表面三、薄膜干涉光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，形成亮條紋。光程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，形成暗條紋。白光照射時(shí)是彩色條紋三、薄膜干涉1.檢查表面的平整程度如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的,如圖（b）所示；如果觀察到的干涉條紋如圖（c）所示，則表示被檢測(cè)表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測(cè)表面的平整情況。這種測(cè)量精度可達(dá)10-6cm。(a)(b)(c)單色光標(biāo)準(zhǔn)樣板薄片被檢測(cè)平面三、薄膜干涉2.增透膜

因?yàn)槿搜蹖?duì)綠光最敏感，所以一般增強(qiáng)綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長(zhǎng)的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強(qiáng)，這樣的鏡頭呈淡紫色。照相機(jī)的增透膜鍍層薄膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)。當(dāng)薄膜的厚度適當(dāng)時(shí)，在薄膜的兩個(gè)表面上反射路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損失，增強(qiáng)了透射光的強(qiáng)度，這種薄膜叫增透膜。三、薄膜干涉3.牛頓環(huán)將一塊半徑很大的平凸透鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，二者之間便形成類(lèi)似劈尖形的空氣層。用單色平行光垂直照射，在空氣層上表面兩束反射光干涉，產(chǎn)生的干涉條紋稱(chēng)牛頓環(huán)?？諝獗∧ず穸认嗤幑獬滩钕嗤?，所以牛頓環(huán)為一系列同心圓環(huán)。四、課堂總結(jié)

3.光的干涉光的干涉雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置：雙縫干涉儀干涉條件：頻率相同、振動(dòng)情況相同的光干涉圖樣：?jiǎn)紊馐敲靼迪嚅g、等間距的條紋明暗條件n=0、1、2、3……明紋：暗紋：n=0、1、2、3……條紋間距：薄膜干涉及應(yīng)用四、練習(xí)與應(yīng)用

3.光的干涉四、練習(xí)與應(yīng)用C1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)任何光亮解析分別用紅色濾光片和綠色濾光片擋住兩條縫后,紅光和綠光的頻率不相等,不能發(fā)生干涉現(xiàn)象,因此屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋,但屏上仍有光亮。故選項(xiàng)C正確。四、練習(xí)與應(yīng)用四、練習(xí)與應(yīng)用A2.(2025·廣東佛山期末)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖所示,其中S為單縫,S1、S2為雙縫,P為光屏,實(shí)驗(yàn)時(shí)光源發(fā)出的白光從左邊照射單縫S。若在單縫S左側(cè)加上紅色濾光片,則可以在光屏P上看到紅光的干涉條紋。下列說(shuō)法正確的是(

)A.僅增大雙縫到屏的距離,干涉條紋間的距離會(huì)增大B.僅增大雙縫間的距離,干涉條紋間的距離會(huì)增大C.僅將紅色濾光片替換為藍(lán)色濾光片,干涉條紋間的距離會(huì)增大D.暗條紋到S1、S2的光程差一定為波長(zhǎng)的整數(shù)倍四、練習(xí)與應(yīng)用

四、練習(xí)與應(yīng)用A3.如圖所示,豎直放置的肥皂薄膜受到重力作用而形成上薄下厚的薄膜,從膜左側(cè)面水平射入紅光,在左側(cè)面觀察到干涉條紋,則下列說(shuō)法正確的是(

)A.干涉條紋是由薄膜左右兩個(gè)面的反射光疊加形成的B.干涉條紋是紅黑相間的豎直條紋C.入射光如果換成紫光,相鄰明條紋間距變大D.如果薄膜的下端再厚一些,干涉條紋變疏四、練習(xí)與應(yīng)用

五、提升訓(xùn)練

3.光的干涉五、提升訓(xùn)練C1.(2025·廣東肇慶高二期中)下列說(shuō)法正確的是(

)A.圖1為檢驗(yàn)工件平整度的裝置,利用了光的衍射原理B.圖2中汽泡看上去特別明亮,主要是光的折射引起的C.圖3中沙漠蜃景屬于光的全反射現(xiàn)象D.圖4的原理和照相機(jī)鏡頭表面加上增透膜的原理是不同的五、提升訓(xùn)練解析

圖1利用了薄膜干涉的原理,故A錯(cuò)誤;圖2中汽泡特別明亮,主要是全反射引起的,故B錯(cuò)誤;圖3中沙漠上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大,從遠(yuǎn)處物體射向地面的光先折射后發(fā)生全反射形成沙漠蜃景,故C正確;圖4中肥皂泡在陽(yáng)光下呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象,照相機(jī)鏡頭表面加上增透膜是利用薄膜干涉,它們的原理相同,故D錯(cuò)誤。五、提升訓(xùn)練C2.(2025·廣