第四章

光第3節(jié)

光的干涉

人教版（2019）選擇性必修一公路積水上面漂浮的油膜，漂浮在空氣中得肥皂泡在陽光下為什么是彩色的？

兩列頻率相同的水波(相干波)相遇時,在某些區(qū)域振動加強,而在某些區(qū)域振動減弱;且振動加強的區(qū)域與振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉。

干涉現(xiàn)象是波動獨有的特征，光是一種電磁波，那么光也應該能發(fā)生干涉現(xiàn)象。兩個獨立的光源發(fā)出的光不是相干光，用什么方法可以獲得相干光—頻率相同的光呢？天才的設想強光束單縫雙縫紅濾色片

(激光)屏幕s0s1s2楊氏雙縫實驗被評為十大最美麗實驗之一巧妙解決了相干光問題——分光法托馬斯·楊

單縫作用：獲得一束線光源，使光源有唯一頻率和振動情況，也可用激光直接照射雙縫。

雙縫作用：把一束光分成兩列頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的相干光。實驗：光的雙縫干涉1.物理史實1801年，英國物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。2.演示實驗在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光照射金屬擋板上的兩條平行的狹縫，在后面的屏上觀察光的干涉情況。實驗裝置屏的照片光的雙縫干涉3.實驗過程

如圖，讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距很近，為0.1mm，兩條狹縫就產(chǎn)生兩個光源，它們的振動情況總是相同的，兩光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加。雙縫干涉的示意圖4.實驗現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋。5.實驗結論：證明光是一種波。光的雙縫干涉干涉圖樣的特點：等間距、中央為亮條紋明暗相間、雙縫干涉規(guī)律n=0、1、2、3……暗紋：n=0、1、2、3……亮紋：光的雙縫干涉S1S2P1Pr1r2單縫雙縫S1SS2屏S1S2P0

中央亮紋：0P1

第一亮紋：λλP1

第一亮紋：λ2λP2

第二亮紋：2λP2

第二亮紋：2λ

零級亮紋加強點（亮條紋）光程差減弱點（暗條紋）光程差S1S2來自同一束光，為同相位、頻率相同的相干光源干涉條紋和光的波長之間的關系思考：光的雙縫干涉實驗中，條紋間距△x的含義是什么？它可能與哪些因素有關？條紋間距△x：相鄰兩條亮紋（或暗紋）中心之間的距離叫做條紋間距?！鱴影響因素：雙縫到屏的距離l、雙縫間的距離d、入射光的波長λ雙縫S1S2屏幕△x△xld

在線段P1S2上作P1M＝P1

S1由幾何知識得r2－r1＝dsinθ

①x＝ltanθ≈lsinθ

②消去sinθ

d?l

相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是：

條紋間距的公式推導dθOS1S2r2r1P1P0xl單色光波長：λ擋板屏Md：雙縫間距l(xiāng)：擋板到屏的距離(1)對于同一干涉裝置(l、d相同）和同一單色光，條紋間距相等。(2)對于不同顏色的光，波長不同，條紋間距不同，波長越大，相鄰的亮紋間距越大；波長越小，相鄰的亮紋間距越大。紅光干涉條紋紫光干涉條紋藍光干涉條紋

保持L、d不變，用不同的單色光進行實驗紅光的條紋間距最大，紫光的最小。

白光的干涉圖樣特點：（1）明暗相間的彩色條紋；（2）中央為白色亮條紋；（中間所有色光加強，混合為白光）（3）干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；（4）在每條彩色亮紋中紅光總是在外側，紫光在內側。（紅色光條紋間距最大）薄膜干涉薄膜干涉1.薄膜干涉中相干光的獲得光照射到薄膜上，

兩個面的反射光是由同一個實際的光源分解而成的，它們具有相同的

，恒定的

。2.薄膜干涉的原理由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上薄下厚的楔形。如圖所示，光照在厚度不同的薄膜上時，前后兩個面的反射光的路程差等于相應位置薄膜厚度d的2倍，若路程差是半波長的偶數(shù)倍，則出現(xiàn)亮條紋，若路程差是半波長的奇數(shù)倍，則出現(xiàn)暗條紋。同一條亮紋或暗紋條處空氣厚度相同，所以薄膜干涉也稱為等厚干涉。薄膜前后頻率相位差薄膜干涉的原理演示光程差為波長的整數(shù)倍，形成亮條紋。光程差為半波長的奇數(shù)倍，形成暗條紋。白光照射時是彩色條紋單色光照射時是明暗相間的條紋沿著光入射的方向觀察才能看到干涉條紋薄膜干涉的應用（1）增透膜和增反膜：在透鏡表面涂上一層薄膜厚度為d，薄膜的前后表面反射的兩列光波形成相干光源，相互疊加，波長為λ。當路程差為半波長的奇數(shù)倍時，在兩個表面反射的光相互抵消，透射光增強(增透膜)，因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。當路程差為半波長的偶數(shù)倍時，在兩個表面反射的光相互增強，反射光的能量增強，透射光減弱(增反膜)。（2）利用薄膜干涉檢查平面的平整度：如圖所示，在利用薄膜干涉檢查平面的平整度時，在被檢查平面與透明樣板間墊一個薄片，使其間形成一個楔形的空氣薄層。薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當于一張紙片的厚度用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋。標準樣板待檢部件空氣薄層如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的。P點：下凹Q點：上凸（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)。標準驗規(guī)待測透鏡暗紋

檢驗透鏡球表面質量干涉條紋和光的波長之間的關系實驗：光的雙縫干涉光的干涉薄膜干涉

干涉原理應用增透膜和增反膜檢查平面的平整度步調相同實驗現(xiàn)象干涉條件相干光源亮暗條紋條件路程差為半波長偶數(shù)倍——亮條紋路程差為半波長奇數(shù)倍——暗條紋頻率相同、振動方向相同、相位差恒定【學以致用1】如圖所示，用頻率為f的單色光（激光）垂直照射雙縫，在光屏的P點出現(xiàn)第2條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差｜r1－r2｜應為（

）A.B.C.D.答案：B【學以致用2】（多選）如圖所示是雙縫干涉實驗的裝置，黃光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點距雙縫S1和S2的距離相等，P點是距離O點最近的第一條亮條紋。如果將入射的單色光換成紅光或藍光，屏上O點及其上方的干涉條紋的情況是（

）A.若入射單色光為藍光，則O點是藍光的亮條紋B.若入射單色光為紅光，則O點不是紅光的亮條紋C.若入射單色光為紅光，則第一條亮條紋在P點的下方D.若入射單色光為藍光，則第一條亮條紋在P點的下方答案：AD【學以致用3】（