高中物理沪教版（2019）选择性必修一 课件 4.3 光的干涉(共36张PPT)

(共36张PPT)
第四章 光及其应用
3.光的干涉
新课引入
光给了我们一个明亮美丽的世界，可是它自己却像一团谜。
人们不断争论着光的问题：
光到底是什么？
波动说
微粒说
光是不是一种波呢？
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象。
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）成功地观察到了光的干涉现象。
杨氏双缝干涉实验
一
知能提升
托马斯·杨（1773~1829）
在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在后面的屏上观察光的干涉情况。
实验装置
屏的照片
光的双缝干涉
演示实验
双缝干涉的示意图
1.装置特点：双缝S1 、 S2的距离很近，缝很窄.
2. ①用单色激光
②双缝的作用：相当于两个振动情况完全相同的光源，双孔的作用是获得相干光源.
思考：为什么有的地方亮一些，有些地方暗一些？
叠加（振动）加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
P1
P0
= P1S2－P1S1
光程差
P2
S1
S2
P1
P0
P2
讨论：什么地方出现亮纹，什么地方出现暗纹呢？
S1
S2
P
S1
P
PS1
S1
S2
P
S2
P
PS2
光程差=0，S1、S2步调一致，该点振动加强。（亮）
S1
S2
P2
P
d
S1
S2
P2
P2
P2S1
P2S2
S1
S2
P2
=λ
光程差=λ ，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。(亮）
S1
S2
P3
P
S1
S2
P3
P3
P3S1
P3S2
S1
S2
P3
=λ/2
光程差=λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗）
形成明、暗条纹的条件
光程差：
S1
S2
P1
P
l
n=0、1、2、3……
暗纹
n=0、1、2、3……
亮纹
= P1S2－P1S1
单色激光束
屏
S1
Si
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
双缝
屏上看到明暗相间的条纹
中央亮条纹明暗相间等间距
图样有何特征？
双缝之间的距离d 越小，相邻的亮纹间距越大.
双缝干涉图样的特点
1.单色光的干涉图样
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。中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。
红光干涉条纹
蓝光干涉条纹
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。这是因为用白光做干涉实验时，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是从大到小，屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红。
白光干涉条纹
在酒精中溶解一些氯化钠，灯焰会发出黄光。在铁丝圈上附着一层肥皂膜，放在酒精灯旁。膜上就会出现酒精灯的像，像上有明暗相间的条纹。
奇妙的薄膜干涉
二
知能提升
1.薄膜干涉：来自两个面的反射光相互叠加，发生干涉，也称薄膜干涉。
2.现象解释 如图所示，不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光（即图中的实线和虚线波形代表的两列光）的路程差不同。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现了亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现了暗条纹。
3.彩色条纹的解释
如果用另一种颜色的光做这个实验，由于光的波长不同，导致从肥皂膜的前后两面反射的光将在别的位置相互加强，所以，从肥皂膜上看到的亮条纹的位置也会不同。薄膜上不同颜色的光的条纹的明暗位置不同，相互交错，所以，看上去会有彩色条纹。
光的干涉现象就在我们身边，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，也经常显现出彩色条纹。这些彩色条纹都是薄膜干涉形成的。
课后拓展：薄膜干涉的应用
可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射，还可以利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。
a.增透膜
当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的１∕４时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光，增大透射光的作用。
b.用干涉法检查各种镜面的平整程度
如果被测平面是平的，干涉条纹就是一组平行的。如果干涉条纹发生弯曲，就表明被测表面不是平的。
例.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
典例精析
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处是亮纹中心，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P处都是中央亮纹中心。
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，出现亮条纹。
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。
一、杨氏双缝干涉实验
课堂小结
二、奇妙的薄膜干涉
1.关于光的干涉，下列说法正确的是 (　　)
A.在双缝干涉现象中，相邻两亮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，相邻两个亮条纹间距将变宽
C.在双缝干涉现象中，将绿光换为红光，相邻两个亮条纹间距将变宽
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
解析：在双缝干涉现象中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，故选项A错误；入射光的波长越长，相邻两个亮条纹的间距越大，故选项B错误，C正确；由于各色条纹间距不同，且红光条纹最宽，紫光条纹最窄，故除中间条纹外，前几条彩色条纹应为内紫外红，越往外由于重叠严重，没有明显干涉条纹，只是看到彩光，选项D错误。
2.如图甲为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，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'为中央亮条纹。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
A
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。
3.图甲为用薄膜干涉检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置。若待检板的上表面平整，则当平行的单色光照射到标准板上时，可从标准板上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹。若观察到的条纹如图乙所示，则说明待检板的上表面(　　)
A.有一个凸起的圆台
B.有一个凹陷的圆坑
C.有一个沿ab方向凸起的高台
D.有一个沿ab方向凹陷的沟
B
解析：由薄膜干涉原理知，如果被检玻璃板表面是平整的，则干涉条纹疏密均匀，薄膜同一厚度处出现同一条纹，相邻干涉条纹的光程差等于入射光的波长。从图乙所示情况来看，明条纹向左弯曲，可知检查平面左边的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，则该处有凹陷，选项A、C不正确。如果有一
个沿ab方向凹陷的沟，那么所
有条纹都应向同一方向弯曲，
因此不是选项D所说的情况。
本题正确选项为B。
根据图中的弯曲条纹，凹陷的边缘为圆形状，所以待验板的上表面有一凹陷的圆坑，ACD错误
4.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依然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮
C
解析：两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但因有红光和绿光通过，故屏上仍有光亮。
5.在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源，如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则(　　)
A.不再产生干涉条纹
B.仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移
D.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
解析：单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移，选项D正确。
D
本节内容结束