高中物理鲁科版（2019）选择性必修一 课件 5.1 光的干涉(共30张PPT)

(共30张PPT)
5.1　光的干涉
1.认识干涉条纹的特点，知道相干光源的概念和产生干涉现象的条件.
2.能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置和特点，能运用条纹间距的公式进行计算.
3.理解薄膜干涉，认识科学与社会之间的联系.
学习目标
一、光的双缝干涉现象
将一支激光笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了明暗相间的条纹.
二、光产生干涉的条件
1.相干光波：两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同，即光波为相干光波.
2.明暗条纹的位置：两列相干光波到达明(暗)干涉条纹的位置的路程差Δr是波长的整数倍(或半波长的奇数倍)，即满足Δr=kλ，k=0，±1，±2，…(明条纹)，Δr=(2k+1)，k=0，±1，±2，…(暗条纹)
3.条纹间距：相邻明条纹(或暗条纹)间的距离Δy= λ.
思考：一般光源发出的光很难观察到干涉现象，这是什么原因
提示： 一般光源发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，不具备相干光源的条件.
三、薄膜干涉
1.相干光波：肥皂膜的前、后表面反射回来的两组光波.
2.肥皂膜的特点：由于重力的作用，从膜的上部到膜的下部呈现楔形.
3.彩色光带：太阳光是由许多不同颜色的单色光组成的，不同颜色的光在不同的位置满足明条纹和暗条纹的条件.
4.薄膜干涉的应用：相机镜头上镀上增透膜，增加透射，减少反射.
1.正误判断.
(1)两只完全相同的灯泡发出的光能产生干涉现象.(　　)
(2)光和机械波一样，产生稳定的干涉图样需要一定的条件.(　　)
(3)水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果.(　　)
×
√
√
基础演练
2.(多选)以下光源不可作为相干光源的是(　　)
A.两个相同亮度的烛焰
B.双丝灯泡
C.出自一个光源的两束光
D.一束平行单色光经双缝后分为的两束光
AB
3.(多选)关于光的干涉，下列说法不正确的是(　　)
A.只有频率相同的两列光波才能产生干涉
B.频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
C.频率相同、振幅相同的两束光才能产生干涉
D.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现明条纹
BC
思考：波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的，是波的特性.产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等、振动方向相同、相位差恒定的两列波，干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和“减弱区”.
在1801年英国物理学家托马斯·杨成功地观测到
了光的双缝干涉现象，这对研究光的本性提供
了什么样的帮助作用
提示： 从实验的角度证实光是一种波.
一、干涉条纹和光的波长之间的关系
1.明条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即PS1-PS2=kλ=2k·，k=0，±1，±2，…k=0时，PS1=PS2，此时P点位于屏上的O处，为明条纹，此处的条纹叫中央明条纹或零级明条纹，k为明条纹的级次.
2.暗条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍.即PS1-PS2=(2k-1)· ，k=0，±1，±2，…，k为暗条纹的级次.
例1.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点形成相邻的明条纹.若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的明、暗条纹的情况是(　　)
A.P和P1都是明条纹
B.P是明条纹，P1是暗条纹
C.P是暗条纹，P1是明条纹
D.P和P1都是暗条纹
答案：B
解析 ：从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光，由题意，屏中央P到S1、S2距离相等，即由S1、S2分别射出的光到P的路程差为零，因此P处是明纹，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P处都是明纹.而P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙，则两列光波到达P1时的振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现明条纹.当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1-P1S2|=600 nm= λ紫，则两列光波到达P1时振动情况完全相反，即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱，因此，出现暗条纹.综上所述，选项B正确.
思考：如图所示，几种单色光的双缝干涉图样，请问：
(1)单色光干涉时相邻两明条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗
(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗
提示： (1)相等 (2)不一样
二、双缝干涉图样的特点
1.单色光的干涉图样
(1)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.
(2)用不同的单色光做双缝干涉实验，得到的条纹之间的距离不一样，但都是明暗相间的单色条纹.由Δy=λ 知，
红光波长最长，Δy最大，紫光波长最短，Δy最小.
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：
(1)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明条纹，从而复合成白色条纹.
(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的明条纹间距宽度最大，紫光的明条纹间距宽度最小，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.
例2.甲图为双缝干涉实验的装置示意图.乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央明条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a'为中央明条纹.若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短.则以下说法正确的是(　　)
A.丙图可能为用红光实验产生的条纹，
表明红光波长较长
B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D.丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
解析 ：根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大.由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此A正确，B、C、D错误.
答案：A
思考：酒精灯的灯焰能发出明亮的黄光.把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜.把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像.这个像与直接看到的灯焰有什么不同 如果用白光做实验情况又会如何
提示： 灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成.如果用白光做实验，肥皂膜上会出现彩色条纹.
三、薄膜干涉现象及其应用
1.薄膜干涉的成因及特点
(1)形成原因
①由薄膜的前、后表面的反射光叠加而形成明暗相间的条纹.
②如果膜的厚度为h，折射率为n，前、后表面的反射光的光程差为2h.若满足2h为膜中波长的整数倍时，该处出现明条纹；满足2h为膜中半波长的奇数倍时，该处出现暗条纹.
(2)特点：因为在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，从前、后两表面反射的光的光程差均相同，如果此时两反射光互相加强，则此高度水平方向各处均加强，因此，明暗相间的干涉条纹为水平方向.
2.应用
(1)等倾法检查平面平整度
如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层.用单色光照射时，空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉.空气厚度相同的地方，两列波的光程差相同，两列波叠加时互相加强或减弱的情况相同，因此若被测面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线，如果干涉条纹是弯曲的，就表明被测平面不平整.
(2)增透膜
①原理：为了减少光学装置中的反射损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁.如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当光程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零.透射光的能量得到加强.
②厚度：一般取最小厚度d满足2d= λ(此波长为光在该种介质中的波长).
③特征：由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相消.因为人对绿光最敏感，一般选择对绿光起增透作用的膜，所以在反射光中绿光强度几乎为零，而其他波长的光并没有完全抵消，尤其是与绿光波长相差较大的紫光，所以增透膜一般呈现淡紫色.
例3.(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查被检体N的上表面的平直情况，观察到的现象如图乙所示，A和B对应P和Q，则条纹中的P和Q的情况说明(　　)
A.N的上表面A处向上凸起
B.N的上表面B处向上凸起
C.N的上表面A处向下凹陷
D.N的上表面B处向下凹陷
解析 ：P处条纹向左弯曲，意味着后一级条纹提前出现，可见P处对应的检测平板上的A点所对应的空气层厚度与后一级条纹对应的空气层厚度相同，而后一级条纹本来对应的空气层厚度比前一级大，可见A处向下凹陷，故C正确，A错误；从弯曲的条纹可知，Q处空气薄膜凹陷，即N的上表面B处向上凸起，故B正确，D错误.
答案：BC
1.(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻明条纹的位置，c为中央明条纹，则(　　)
A.由O到达a、b的路程差为零
B.由M、N到达b的路程差为λ
C.由O到达a、c的路程差为4λ
D.由M、N到达e的路程差为2λ
BD
随堂检测
2.关于光的干涉，下列说法正确的是(　　)
A.在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B.在双缝干涉现象中，把入射光由波长较长的红光换成波长较短的紫光，相邻两个明条纹间距将变宽
C.在双缝干涉现象中，将绿光换为红光，相邻两个明条纹间距将变宽
D.在双缝干涉现象中，入射光为白光时得到的彩色条纹为内红外紫
C
3.有种冷光灯，用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低.这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜，能使薄膜前后表面反射回来的热效应最显著的红外线发生干涉相消，以λ表示红外线在真空中的波长，n表示薄膜对该红外线的折射率，则所镀薄膜的厚度最小应为(　　)
A.λ　 　B. C. D.
B