4.3光的干涉 课件 (共38张PPT)

(共38张PPT)
4.3 光的干涉
肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，经常显现出彩色条纹。
一、观察思考
机械波的干涉
两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔.这种现象叫波的干涉。
1. 两个独立的光源发出的光不是相干光
原因: 即使频率(颜色)相同，相位差不恒定。
2. 1801年托马斯·杨寻找到的相干光源
寻找相干光源
狭缝
(1)单缝作用：获得一束线光源，使光源有唯一频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。
强光
二、光的干涉
(2)双缝作用：把一束光分成两列频率相同、相位差恒定、振动方向相同的相干光。双缝间距为 0.1mm。
二、光的双缝干涉
单缝
双缝
S1
S
S2
屏
1.实验现象：屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样
2.干涉图样的特点：
等间距、
中央为亮条纹
明暗相间、
亮条纹的中心线
亮条纹的中心线
暗条纹的中心线
暗条纹的中心线
二、光的双缝干涉
S1
S2
P
来自同一束光，为同相位的相干光源。
P1
S1
S2
P2
d =λ
振动加强点条件：（亮条纹）
振动减弱点条件：
（暗条纹）
二、光的双缝干涉
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
当两列波的路程差为波长的整数倍，即
相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为：
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
因d l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
有：r2－r1＝d sin θ (令∠S2S1M＝θ ) ①
另：x＝l tan θ ≈ l sin θ ②
时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
目标：求 x
二、光的双缝干涉
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
当光程差为0时：
n=0，称为中央亮条纹（零级亮条纹）
用光程差讨论亮条纹：
当光程差为 时：
称为n级亮条纹
思考：n级暗条纹，怎么定义的？
称为n级暗条纹。
想想为什么不写作2n+1 ？
—— 2n+1，n从0开始取，但没有0级暗条纹。
二、光的双缝干涉
双缝
S1
S2
光屏
P1 第一亮纹 △r=λ
P 中央亮纹 △r=0
P2 第二亮纹 △r=2λ
P3 / 第三亮纹 △r=3λ
P3 第三亮纹 △r=3λ
P2/ 第二亮纹 △r=2λ
P1/ 第一亮纹 △r=λ
Q2 第二暗纹
Q 1 第一暗纹
Q3 第三暗纹
Q3 / 第三暗纹
Q2 / 第二暗纹
Q1 / 第一暗纹
△r=5λ/2
△r=λ/2
△r=3λ/2
△r=5λ/2
△r=3λ/2
△r=λ/2
产生明暗条纹的条件：
亮纹：光程差△r = kλ（ k= 0,1，2，等）
暗纹：光程差△r =（2k-1)λ/2 (k=1,2,3,等）
总结规律
二、光的双缝干涉
例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光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时(　　)
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在
D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹
C
二、光的双缝干涉
例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 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？(光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s)
二、光的双缝干涉
双缝
S1
S2
光屏
P1 第一亮纹 △r=λ
P 中央亮纹 △r=0
P2 第二亮纹 △r=2λ
P3 / 第三亮纹 △r=3λ
P3 第三亮纹 △r=3λ
P2/ 第二亮纹 △r=2λ
P1/ 第一亮纹 △r=λ
Q2 第二暗纹
Q 1 第一暗纹
Q3 第三暗纹
Q3 / 第三暗纹
Q2 / 第二暗纹
Q1 / 第一暗纹
△r=5λ/2
△r=λ/2
△r=3λ/2
△r=5λ/2
△r=3λ/2
△r=λ/2
产生明暗条纹的条件：
亮纹：光程差△r = kλ（ k= 0,1，2，等）
暗纹：光程差△r =（2k-1)λ/2 (k=1,2,3,等）
总结规律
二、光的双缝干涉
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
条纹间距：
将红光换为紫光，间距如何变化？
二、光的双缝干涉
例3 1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，证实了光的波动性，在光的波动说中具有重要的地位和意义．图示为双缝干涉实验装置，单缝S在双缝S1、S2的中心对称轴上，实验中在屏上P点刚好得到的是中央亮条纹上方第3级亮条纹，现要使P处出现中央亮条纹上方第4级亮纹，可采取的措施有(　　)
A．适当增大屏到双缝的距离
B．适当增大单缝到双缝的距离
C．换用频率更低的单色光
D．换用波长更短的单色光
D
二、光的双缝干涉
如果用白光，干涉会怎样？
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
思考3：中心为什么颜色？
—— 白色
思考1：考虑1级亮条纹，从P往上走，最先出现什么颜色光的亮条纹？
—— 紫色
思考2：考虑1级亮条纹，从P往上走，最后出现什么颜色光的亮条纹？
—— 红色
—— 中间白色，两侧彩色条纹
白光和单色光有什么区别？
白光为复色光，包含红橙黄绿青蓝紫。
因为
各种成分亮条纹所在位置不同！
二、光的双缝干涉
由于重力的作用，肥皂薄膜上薄下厚．
薄膜上烛焰的像有水平条纹
三、薄膜干涉
出现彩色条纹，且为横向的条纹。
三、薄膜干涉
在阳光下，为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样
由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。
思考3：厚度满足什么出现亮（暗）条纹？
思考1：沿着什么方向观察才能看到干涉条纹？
—— 光入射的方向
思考2：厚度为d，光程差等于多少？
同一级亮（暗）条纹在厚度相同的地方出现，故薄膜干涉也称为等厚干涉。
①倾角很小，不考虑光的偏折
②薄膜很薄，几纳米，零点几纳米
三、薄膜干涉
在阳光下，为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样
由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。
思考4：绿光换为红光，原有的亮条纹会向上还是向下移动？
—— 向下
思考5：白光入射会怎样？
①倾角很小，不考虑光的偏折
②薄膜很薄，几纳米，零点几纳米
三、薄膜干涉
会出现彩色的干涉条纹。
三、薄膜干涉
—— 检查光学表面的平整程度
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。
标准样板
待检部件
空气薄层
薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，相当于一张纸。
薄膜厚度相等的位置对应的反射光(或透射光)形成的干涉结果相同，故称为等厚干涉。
三、薄膜干涉的应用
—— 检查光学表面的平整程度
标准样板
待检部件
空气薄层
薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，相当于一张纸。
三、薄膜干涉的应用
如果观察到的干涉条纹不平行，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的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的；
思考1：如果出现了下面这种干涉条纹，两处分别是凹陷还是凸起？
从A点往里面走厚度都相同，本应出现平直亮条纹，但如果P点凹陷，则达到P点时厚度增加，亮条纹应出现在刚才厚度处，刚才厚度在哪儿，画正视图可知向左偏。
总结方法：
三、薄膜干涉的应用
若将标准板向上平移一段距离，则条纹间距是否变化？
三、薄膜干涉的应用
—— 增透膜
三、薄膜干涉的应用
—— 增透膜
在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。
因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。
镀层薄膜
三、薄膜干涉的应用
三、薄膜干涉的应用
镀层薄膜
波长为 的光入射，问增透膜的厚度d应该满足什么关系？
d至少为多少？
错！！！
为在增透膜中的波长
介质变了，波长也就变了。
什么不变？
—— 频率不变
—— 增透膜
三、薄膜干涉的应用
1.杨氏双缝干涉实验
②干涉图样的特点
①光的干涉条件: 相干光
③产生明暗条纹的条件
单色光照射时:
白光照射时:
亮纹：光程差 δ = kλ
暗纹：光程差 δ =（2k+1)λ/2
④亮（暗）纹间距的公式
【总结】
三、薄膜干涉
条纹间距：
例4 如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是(　　)
A．干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是由于两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹间距变窄
D．观察干涉条纹时，应在入射光一侧
三、薄膜干涉
针对训练2　(多选)(2022·林州一中月考)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　 　)
A．干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
三、薄膜干涉
课堂小结
光的干涉
双缝干涉
实验装置：双缝干涉仪
干涉条件：频率相同、振动情况相同的光
干涉图样：单色光是明暗相间、等间距的条纹
明暗条件
n=0、1、2、3……
明纹：
暗纹：
n=0、1、2、3……
条纹间距：
薄膜干涉及应用
【典例1】一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，是因为（　　）
A．各色光的波长不同，因而各色光产生的干涉条纹间距不同
B．各色光的速度不同，造成条纹间距不同
C．各色光的强度不同
D．各色光通过双缝的距离不同
典例分析
【正确答案】A
【典例2】双缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为6×10-7 m的橙光做实验时,光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是(　　)
A.P和P1都是亮条纹
B.P是亮条纹,P1是暗条纹
C.P是暗条纹,P1是亮条纹
D.P和P1都是暗条纹
典例分析
【正确答案】B
【典例3】用同一双缝干涉实验装置在真空中做红光和紫光的双缝干涉实验，获得甲、乙两种干涉条纹，如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．甲为紫光，乙为红光
B．甲光在水中的传播速率大于乙光在水中的传播速率
C．在同一种介质中，甲光的折射率大，乙光的折射率小
D．在同一种介质中，甲光的全反射临界角小，乙光的全反射临界角大
典例分析
【正确答案】B
【典例4】（多选）如图是杨氏双缝干涉实验示意图，其中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为中央亮纹的中心，P1为第一级亮纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则（　　）
A．屏上干涉条纹的间距将变小
B．屏上O点仍然为中央亮条纹的中心
C．屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心
D．屏上P1位置可能为暗条纹的中心
典例分析
【正确答案】BD
【典例5】如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到如图所示条纹中的P和Q情况，这说明（　　）
A．此操作利用了光的反射原理
B．N的上表面B处向上凸起
C．若出现两条相连的直线干涉条纹，则说明两条相连的
干涉条纹所对应的空气薄膜厚度相等
D．干涉条纹是由M下表面的入射光线和N的上表面的反射光线干涉形成的
典例分析
【正确答案】B