4.3 光的干涉课件 (共33张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 4.3 光的干涉课件 (共33张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 30.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-10-31 20:23:30 | ||
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文档简介
(共33张PPT)
4.3 光的干涉
雨后公路积水上面漂浮的彩色油膜
彩色的肥皂泡
波的干涉：如果两列机械波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉。光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象。
干涉条件——相干光源
光的双缝干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）巧妙地解决了相干光源问题，成功地观察到了光的干涉现象
托马斯·杨（1773~1829）
杨氏双缝干涉实验被评为十大最美丽的物理实验之一
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。
演示实验：观察光的干涉现象
实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
证明了光是一种波
一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
实验过程及现象分析
S1
P0S1
S2
P0S2
S1、S2在P0处步调一致，P0点振动加强。 (亮)
路程差
S1
S2
双缝
屏幕
P0 中央亮纹
亮条纹形成的原因
S1
S2
P1
P1
P1S1
P1S2
S1、S2在P2处步调一致，P1点振动加强。(亮)
P1
第一亮纹
λ
双缝
S1
S2
屏幕
λ
P2
第二亮纹
2λ
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
P2
P2
P2S1
P2S2
S1、S2在P2处步调一致，P2点振动加强。(亮)
2λ
暗条纹形成的原因
Q1
第一暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
Q1
Q1
Q1S1
Q1S2
S1、S2在Q1处步调相反，Q1点振动减弱。(暗)
双缝
S1
S2
屏幕
Q2
第二暗纹
S1
S2
Q2
Q2S1
Q2S2
S1、S2在Q2处步调相反，Q2点振动减弱。(暗)
Q2
S1
S2
P0 中央亮纹：0
P1 第一亮纹：λ
λ
P1 第一亮纹：λ
2λ
P2 第二亮纹：2λ
P2 第二亮纹：2λ
Q1第一暗纹：
Q1第一暗纹：
Q2第二暗纹：
Q2第二暗纹：
Q3第三暗纹：
Q3第三暗纹：
零级亮纹
频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮、暗条纹的条件：
(1)亮条纹的条件：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＝0,1,2,3，…)
(2)暗条纹的条件：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＝1,2,3，…)
思考与讨论
托马斯·杨做实验时没有激光。他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。单缝、双缝分别起什么作用？
光通过单缝获得一个线光源，再通过双缝可以获得两束振动情况一致的相干光。
当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加，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时，此处为暗条纹；当此路程差等于半波长的奇数倍时，此处为亮条纹。
双缝
S1
S2
屏幕
x
x
条纹间距的含义：
相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离叫作条纹间距.
影响因素：双缝到屏的距离、双缝间的距离、入射光的波长
光的双缝干涉实验中，条纹间距的含义是什么？它可能与哪些因素有关？
干涉条纹和光的波长之间的关系
随着双缝间距的缩小，干涉条纹间距变大
单色光
波长：λ
挡板
屏
d：双缝间距
l：挡板到屏的距离
在线段P1S2上作P1M＝P1 S1
由几何知识得
r2－r1＝dsin θ ①
x＝ltan θ≈lsin θ ②
消去 sin θ
r2－r1＝d
d l
条纹间距的公式推导
亮条纹：d ＝ n λ (n ＝ 0，±1，±2 …)
亮条纹中心的位置为：x ＝ nλ
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是：
x ＝ λ
对 x ＝ λ 公式的理解
(1)对于同一干涉装置和同一单色光，条纹之间的距离相等.
(2)对于不同颜色的光，波长不同，由 x ＝ λ知条纹之间的距离与光
波的波长成正比.对于同一装置，所用光源的波长越长，条纹之间的距离越大，即用红光时条纹之间的距离 ，用紫光时条纹之间的距离 .
红光干涉条纹
紫光干涉条纹
蓝光干涉条纹
最大
最小
1.由数学知识可得条纹间距公式为 ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长.
2.单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.
红光干涉条纹
蓝光干涉条纹
干涉条纹和光的波长之间的关系
如果用白光做双缝干涉实验，会得到怎样的干涉条纹？为什么？
会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。因为白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
观察到灯焰的像出现了明暗相间的干涉条纹。该条纹是由液膜前后两个面反射的光相互叠加发生干涉形成的。
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。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？请解析看到的现象。
薄膜干涉
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。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。
前后两个面的反射光的路程差等于相应位置薄膜厚度d的2倍，若路程差是半波长的偶数倍，则出现亮条纹，若路程差是半波长的奇数倍，则出现暗条纹。
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。若在白光照射下，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。
1.薄膜干涉中相干光的获得
光照射到薄膜上， 两个面的反射光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的 ，恒定的 。
薄膜干涉
2.薄膜干涉的原理
如图所示，光照在厚度不同的薄膜上时，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。
薄膜前后
频率
相位差
思考 设薄膜厚度为d，则前后两个面的反射光的路程差为多少？什么情况下出现亮条纹？什么情况下出现暗条纹？
前后两个面的反射光的路程差等于相应位置薄膜厚度d的2倍，若路程差是半波长的偶数倍，则出现亮条纹，若路程差是半波长的奇数倍，则出现暗条纹。
3.薄膜干涉的应用
（1）增透膜和增反膜：在透镜表面涂上一层薄膜，薄膜的前后表面反射的两列光波形成相干光源，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光相互抵消，反射光的能量几乎为零，透射光增强(增透膜)；当路程差为半波长的偶数倍时，在两个表面反射的光相互增强，反射光的能量增强，透射光减弱(增反膜)。
思考 ①若增透膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？
②若增反膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？
3.薄膜干涉的应用
（2）利用薄膜干涉检查平面的平整度：如图甲所示，在利用薄膜干涉检查平面的平整度时，在被检查平面与透明样板间垫一个薄片，使其间形成一个楔形的空气薄层。
样板下表面
工件上表面
空气薄膜
当用单色光从上面照射时，入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是从反射光中看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，得到的干涉图样必是一组 的直线；
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。
平行
判断方法：同一条纹上对应的膜的厚度相同。（等厚干涉）
思考 ①乙图为从上方看到的明暗相间的条纹，则P处对应的被检查平面_____，Q处对应的被检查平面_____(均选填“凹下”或“凸起”)。
②若仅增大单色光的频率，干涉条纹将_____；若仅减小薄片的厚度，干涉条纹将_____(均选填“变密”或“变疏”)。
凹下
凸起
变密
变疏
目标二：
干涉条纹和光的波长之间的关系
目标一：光的双缝干涉
光的干涉
目标三：
薄膜干涉
x ＝ λ
干涉原理
应用
增透膜和增反膜
检查平面的平整度
步调相同
实验现象
干涉条件
相干光源
亮暗条纹条件
路程差为半波长偶数倍
——亮条纹
路程差为半波长奇数倍
——暗条纹
频率相同、振动方向相同、相位差恒定
4.3 光的干涉
雨后公路积水上面漂浮的彩色油膜
彩色的肥皂泡
波的干涉：如果两列机械波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉。光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象。
干涉条件——相干光源
光的双缝干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）巧妙地解决了相干光源问题，成功地观察到了光的干涉现象
托马斯·杨（1773~1829）
杨氏双缝干涉实验被评为十大最美丽的物理实验之一
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。
演示实验：观察光的干涉现象
实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
证明了光是一种波
一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
实验过程及现象分析
S1
P0S1
S2
P0S2
S1、S2在P0处步调一致，P0点振动加强。 (亮)
路程差
S1
S2
双缝
屏幕
P0 中央亮纹
亮条纹形成的原因
S1
S2
P1
P1
P1S1
P1S2
S1、S2在P2处步调一致，P1点振动加强。(亮)
P1
第一亮纹
λ
双缝
S1
S2
屏幕
λ
P2
第二亮纹
2λ
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
P2
P2
P2S1
P2S2
S1、S2在P2处步调一致，P2点振动加强。(亮)
2λ
暗条纹形成的原因
Q1
第一暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
Q1
Q1
Q1S1
Q1S2
S1、S2在Q1处步调相反，Q1点振动减弱。(暗)
双缝
S1
S2
屏幕
Q2
第二暗纹
S1
S2
Q2
Q2S1
Q2S2
S1、S2在Q2处步调相反，Q2点振动减弱。(暗)
Q2
S1
S2
P0 中央亮纹：0
P1 第一亮纹：λ
λ
P1 第一亮纹：λ
2λ
P2 第二亮纹：2λ
P2 第二亮纹：2λ
Q1第一暗纹：
Q1第一暗纹：
Q2第二暗纹：
Q2第二暗纹：
Q3第三暗纹：
Q3第三暗纹：
零级亮纹
频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮、暗条纹的条件：
(1)亮条纹的条件：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＝0,1,2,3，…)
(2)暗条纹的条件：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＝1,2,3，…)
思考与讨论
托马斯·杨做实验时没有激光。他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。单缝、双缝分别起什么作用？
光通过单缝获得一个线光源，再通过双缝可以获得两束振动情况一致的相干光。
当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加，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时，此处为暗条纹；当此路程差等于半波长的奇数倍时，此处为亮条纹。
双缝
S1
S2
屏幕
x
x
条纹间距的含义：
相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离叫作条纹间距.
影响因素：双缝到屏的距离、双缝间的距离、入射光的波长
光的双缝干涉实验中，条纹间距的含义是什么？它可能与哪些因素有关？
干涉条纹和光的波长之间的关系
随着双缝间距的缩小，干涉条纹间距变大
单色光
波长：λ
挡板
屏
d：双缝间距
l：挡板到屏的距离
在线段P1S2上作P1M＝P1 S1
由几何知识得
r2－r1＝dsin θ ①
x＝ltan θ≈lsin θ ②
消去 sin θ
r2－r1＝d
d l
条纹间距的公式推导
亮条纹：d ＝ n λ (n ＝ 0，±1，±2 …)
亮条纹中心的位置为：x ＝ nλ
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是：
x ＝ λ
对 x ＝ λ 公式的理解
(1)对于同一干涉装置和同一单色光，条纹之间的距离相等.
(2)对于不同颜色的光，波长不同，由 x ＝ λ知条纹之间的距离与光
波的波长成正比.对于同一装置，所用光源的波长越长，条纹之间的距离越大，即用红光时条纹之间的距离 ，用紫光时条纹之间的距离 .
红光干涉条纹
紫光干涉条纹
蓝光干涉条纹
最大
最小
1.由数学知识可得条纹间距公式为 ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长.
2.单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.
红光干涉条纹
蓝光干涉条纹
干涉条纹和光的波长之间的关系
如果用白光做双缝干涉实验，会得到怎样的干涉条纹？为什么？
会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。因为白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
观察到灯焰的像出现了明暗相间的干涉条纹。该条纹是由液膜前后两个面反射的光相互叠加发生干涉形成的。
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。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？请解析看到的现象。
薄膜干涉
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。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。
前后两个面的反射光的路程差等于相应位置薄膜厚度d的2倍，若路程差是半波长的偶数倍，则出现亮条纹，若路程差是半波长的奇数倍，则出现暗条纹。
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。若在白光照射下，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。
1.薄膜干涉中相干光的获得
光照射到薄膜上， 两个面的反射光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的 ，恒定的 。
薄膜干涉
2.薄膜干涉的原理
如图所示，光照在厚度不同的薄膜上时，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。
薄膜前后
频率
相位差
思考 设薄膜厚度为d，则前后两个面的反射光的路程差为多少？什么情况下出现亮条纹？什么情况下出现暗条纹？
前后两个面的反射光的路程差等于相应位置薄膜厚度d的2倍，若路程差是半波长的偶数倍，则出现亮条纹，若路程差是半波长的奇数倍，则出现暗条纹。
3.薄膜干涉的应用
（1）增透膜和增反膜：在透镜表面涂上一层薄膜，薄膜的前后表面反射的两列光波形成相干光源，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光相互抵消，反射光的能量几乎为零，透射光增强(增透膜)；当路程差为半波长的偶数倍时，在两个表面反射的光相互增强，反射光的能量增强，透射光减弱(增反膜)。
思考 ①若增透膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？
②若增反膜的厚度为d，光在该种介质中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？
3.薄膜干涉的应用
（2）利用薄膜干涉检查平面的平整度：如图甲所示，在利用薄膜干涉检查平面的平整度时，在被检查平面与透明样板间垫一个薄片，使其间形成一个楔形的空气薄层。
样板下表面
工件上表面
空气薄膜
当用单色光从上面照射时，入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是从反射光中看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，得到的干涉图样必是一组 的直线；
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。
平行
判断方法：同一条纹上对应的膜的厚度相同。（等厚干涉）
思考 ①乙图为从上方看到的明暗相间的条纹，则P处对应的被检查平面_____，Q处对应的被检查平面_____(均选填“凹下”或“凸起”)。
②若仅增大单色光的频率，干涉条纹将_____；若仅减小薄片的厚度，干涉条纹将_____(均选填“变密”或“变疏”)。
凹下
凸起
变密
变疏
目标二：
干涉条纹和光的波长之间的关系
目标一：光的双缝干涉
光的干涉
目标三：
薄膜干涉
x ＝ λ
干涉原理
应用
增透膜和增反膜
检查平面的平整度
步调相同
实验现象
干涉条件
相干光源
亮暗条纹条件
路程差为半波长偶数倍
——亮条纹
路程差为半波长奇数倍
——暗条纹
频率相同、振动方向相同、相位差恒定