物理人教版（2019）选择性必修第一册4.3光的干涉（共38张ppt）

(共38张PPT)
第四章 光
第3节 光的干涉
学习目标
1、了解相干光源，知道光的干涉条件，知道
杨氏双缝干涉实验的设计原理
2、通过光的双缝干涉实验，认识双缝干涉图
样的特征
3、知道光程差的概念，知道产生明暗条纹的
条件和相邻两个亮（暗）条纹中心间距与
波长的关系
4、知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象
课堂引入
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。
光是一种电磁波，
那么光也应该会发生干涉现象。
温故知新
机械波干涉的条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同
1.光要发生干涉现象需要满足什么条件？
2.如何获得相干光源？
相干光源
（频率和振动情况一致，相位差恒定）
天才的设想
光束
单缝
s0
杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。
巧妙解决了相干光问题
托马斯·杨
双缝
s1
s2
屏幕
光的双缝干涉
用单色激光照射挡板上的两条狭缝，观察屏幕上的图象
S1
S2
双缝
屏幕
激光
实验现象：
在屏上得到明暗相间的条纹
思考：类比机械波的干涉现象，分析
1、亮条纹代表的是振动加强区，还是振动减弱区？暗条纹呢？
2、屏幕上出现亮条纹的位置， 波峰、波谷的叠加情况如何？
3、暗条纹位置是否代表没有光到该位置？
S1
S2
双缝
屏幕
激光
思考：如图P0点是两缝S1、S2的中垂线与屏幕的交点，试分析P0点处是亮条纹还是暗条纹？为什么？
（提示：结合机械波的干涉中，振动加强点（减弱点）到两波源的路程差特点进行分析）
S1
S2
P0
双缝
屏幕
P0
S1
S2
双缝
屏幕
P0
S1
S2
双缝
中央亮纹
P0
中央亮纹
P1
P2
P2
P1
光程差：δ= S1P0－S2P0=0
振动加强
S1
S2
双缝
屏幕
S1
S2
双缝
第一级亮纹
P0
P1
P2
P2
P1
λ
P1
λ
光程差：δ=λ
振动加强
第一级亮纹
第一级亮纹
S1
S2
双缝
屏幕
S1
S2
双缝
第二级亮纹
P0
P1
P2
P2
P1
2λ
P2
2λ
光程差：δ=2λ
振动加强
第二级亮纹
第二级亮纹
P1 第一亮纹 δ=λ
P0 中央亮纹 δ=0
P2 第二亮纹 δ=2λ
P3 第三亮纹 δ=3λ
P3 第三亮纹 δ=3λ
P2 第二亮纹 δ=2λ
P1 第一亮纹 δ=λ
光的双缝干涉
S1
S2
双缝
屏幕
光程差
δ=nλ
n=0、1、2、3……
分别对应
中央亮条纹
第一级亮条纹
第二级亮条纹
第三级亮条纹
亮纹
S1
S2
双缝
屏幕
S1
S2
双缝
P0
P1
P1
λ/2
Q1
光程差：δ=λ/2
振动减弱
第一级暗纹
第一级暗纹
第一级暗纹
Q1
Q1
λ/2
S1
S2
双缝
屏幕
S1
S2
双缝
第二级暗纹
P0
3λ/2
光程差：δ=3λ/2
振动减弱
第二级暗纹
第二级暗纹
Q1
3λ/2
Q2
Q2
暗纹
光的双缝干涉
Q1 第一暗纹 δ=λ/2
Q2 第二暗纹 δ=3λ/2
Q3 第三暗纹 δ=5λ/2
Q3 第三暗纹 δ=5λ/2
Q2 第二暗纹 δ=3λ/2
Q1 第一暗纹 δ=λ/2
S1
S2
双缝
屏幕
光的双缝干涉
光程差：
双缝干涉亮、暗条纹规律
暗纹：
n=0、1、2、3……
n= 0、1、2、3……
亮纹：
屏幕
S1
S2
双缝
P
r1
r2
不同的干涉图样
蓝光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.18mm
干涉图样的疏密程度
与光的频率（波长）
和双缝间距离有关
S1
S2
双缝
屏幕
△x
如图，以波长为λ的单色光照射双缝，设双缝中心间距为d,P0点是两缝S1、S2的中垂线与屏幕的交点，双缝到屏幕的距离为L，求相邻亮条纹条纹中心间距Δx与波长λ的关系。
S1
S2
双缝
屏幕
△x
P0
L
d
先计算屏幕上某亮条纹中心点P，到P0的距离x,
两缝与P的距离P S1＝r1， P S2＝r2
x
P0
P
S1
S2
双缝
屏幕
L
d
r1
r2
亮纹表达式
当两列波的路程差为波长的整数倍时，出现亮条纹，即
由几何关系可得，光程差：
（n ＝ 0，±1，±2 …）
S1
S2
双缝
屏幕
P0
L
d
P1
P2
P3
相邻两个明(或暗)条纹之间的距离
思考：结合条纹间距公式 分析
1、如果双缝间距离d很大，是否能观察到明显的干涉条纹，为什么
2、为使干涉条纹明暗分布比较明显，对d和L的取值有何要求？
3、分析出现以下三个不同干涉图样的原因。
蓝光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.36mm
红光 双缝间距0.18mm
1、波长λ越大，相邻的亮纹间距Δx越大
2、双缝间距d越小，相邻的亮纹间距Δx越大
3、双缝与屏间的距离 l 越大，相邻的亮纹间距越大
条纹间距与波长的关系
S1
S2
双缝
屏幕
L
d
各色光在真空中的波长 颜色 波长nm 颜色 波长nm
红 770－620 绿 580－490
橙 620－600 蓝－靛 490－450
黄 600－580 紫 450－400
白光的干涉图样
小结
双缝干涉规律
1、图样特征：
在屏上得到等间距明暗相间的条纹，中央为亮条纹
2、条纹间距公式：
相同双缝干涉装置
红光间距最大，紫光间距最小
3、判断亮暗条纹的方法：
（1）光程差：
暗纹：
n=0、1、2、3……
亮纹：
小结
双缝干涉规律
（2）到中央亮纹距离：
亮纹：
暗纹：
n=0、1、2、3……
S1
S2
双缝
屏幕
x
P0
P
r1
r2
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
【正确答案】B
例2、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
【正确答案】B
薄膜干涉
这些彩色的图样是怎样形成的？
薄膜干涉
阅读课本，找出薄膜干涉时，是哪两束光波发生了干涉？
前表面
后表面
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。
光从薄膜的前后两个表面反射出来两个
光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。
薄膜干涉成因
光程差
δ=2d
切面模型
d
切面模型
厚度相同
竖直肥皂薄膜
等厚线
暗纹：
亮纹：
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。
光程差
δ=2d
亮
暗
暗
亮
薄膜干涉的应用
照相机的增透膜
目的：减小反射光的能量，增强透射光的能量
增透膜
薄膜厚度
干涉相消
薄膜干涉的应用
检查平整度
劈尖干涉是薄膜干涉的一种，如图将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃之上，在一端垫一薄片，使两玻璃之间形成一个劈尖形的空气薄膜。
当一束光从正上方入射后，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.
空气薄膜厚度相同的位置光程差相同，条纹相同。
即：同一级亮（暗）条纹在厚度相同的地方出现，
薄膜干涉的应用
检查平整度
d
光程差
δ=2d
厚度相同
等厚线
d
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜,通过观察干涉图样就可以判断待测部件表面是否平整。
薄膜干涉的应用
检查平整度
标准样板
待检部件
空气薄层
平整
不平整
例3.如图甲所示，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，观察到如图乙所示条纹中的P 和Q 情况，这说明(　　)
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
BC
将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。
空气薄膜厚度相同处光程差相同，
所以牛顿环为一系列同心圆环。
薄膜干涉
牛顿环
课堂小结
双缝干涉
薄膜
干涉
亮纹
暗纹