4.3 光的干涉 课件(共29张PPT)高二物理人教版（2019）选择性必修1

(共29张PPT)
第3节 光的干涉
第四章 光
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。这些彩色条纹或图样是怎样形成的
1、观察光的干涉现象，认识干涉条纹的特点。
2、知道光产生干涉现象的条件，能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置和特点。
3、理解薄膜干涉的原理，知道薄膜干涉的现象和应用。
我们知道：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。
思考：光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象，怎样才能观察到光的干涉现象呢？
波的干涉
知识点一、光的双缝干涉
托马斯·杨
1773~1829
1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
托马斯·杨的时代没有激光。他用日光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。这就是历史上著名的杨氏双缝干涉实验，它有力地证明了光是一种波。
【视频：用氦氖激光器双缝干涉实验】
实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
1.单色光的双缝干涉图样特点
①明暗相间的条纹；
②条纹间距相等；
③同样条件下，红光条纹间距大。
2.决定条纹明暗的条件
①明条纹形成的原因
中央明纹以p0点为例
光程差δ =0，S1、S2步调一致，该点振动加强。（亮）
第一条亮纹的形成原因以p2点为例
光程差δ = λ ，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。（亮）
产生明条纹的条件：光程差 δ = n λ （ n = 0，±1，±2 …）
思考：为什么在屏上会得到明暗相间的条纹？
②暗条纹形成的原因
第一条暗纹的形成原因以p1点为例
光程差δ= ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。 (暗)
第二条暗纹的形成原因以p3点为例光程差δ = ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗)
产生暗条纹的条件：光程差 δ = λ （ n = 0，±1，±2 …）
1.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
D
练一练
知识点二、干涉条纹和光的波长之间的关系
1.干涉条纹的间距
思考：光的双缝干涉条纹特征，如条纹间距、宽度等，能反映出光的波长、频率等信息吗？
条纹间距的含义：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。
2.干涉条纹和光的波长之间的关系
如图所示，波长为λ 的单色光照射到双缝上。两缝中心之间的距离为d ，两缝S1、S2 的连线的中垂线与屏的交点为P0。
双缝到屏的距离OP0＝l，屏上一点P1与P0 的距离为x，两缝与P1的距离分别为 P1 S1＝r1、P1S2＝r2，在线段P1S2上作P1M＝P1 S1。
S1
S2
P1
P0
激光束
M
由于，∠ S1 P1S2很小，可以认为两个底角近似等于90°，
即可认为ΔS1S2M是直角三角形，
有：S2M ＝ r2－r1＝dsin θ ①
再连接P1O和OP0 ，
同样可以将P1O看做与S1M垂直，
所以，
有：②
消去 ，有r2－r1＝d
（1）当两列波的路程差为波长的整数倍，即
d nλ（n ＝ 0，±1，±2 …）时出现亮条纹，
也就是说，亮条纹中心的位置为 x = n λ。
同理可得暗纹中心的位置为x = λ。
（2）相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是:
x ＝ λ（根据这个关系式可以测出波长）。
思考：观看视频说一说不同颜色的单色光产生的干涉条纹会有什么不同？
根据相邻亮（暗）条纹距离
表达式 x ＝ λ可知，条纹
之间的距离与光波的波长成正比，因此能够断定，不同颜色的光，波长不同。
3.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，各种色光都形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，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，即红光的亮纹间宽度最大。紫光亮纹间宽度最小，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，而且同一级条纹内紫外红。
1.在杨氏双缝干涉实验中，绿色平行光源经过双缝后在光屏中间位置附近形成间距相等、明暗相间的绿色亮条纹，下列操作能减小条纹间距的是（　　）
A．减小双缝间距
B．换用红色光源
C．减小光照强度
D．减小光屏到双缝的距离
D
练一练
2.一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是（　　）
A.各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B.各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C.各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D.上述说法都不正确
A
知识点三、薄膜干涉
【视频：用肥皂膜做薄膜干涉实验】
思考：你看到了什么现象？为什么会出现这样的现象？
1．薄膜干涉
光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光在薄膜靠近光源的一面相互叠加，发生干涉的现象。
2．薄膜干涉的成因
如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹。
白光照射时是彩色条纹
3.薄膜干涉的应用
（1）检查表面的平整程度
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，用单色光从上面照射，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
①如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的；
②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。
（2）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。
镀层薄膜
增透膜的厚度
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。
标准验规
待测透镜
暗纹

（3）牛顿环
检验透镜球表面质量
1.关于薄膜干涉,下列说法正确的是(　　)
A.干涉条纹的产生是由于光在膜的前、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A项中所述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等
D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧观察
A
练一练
2.利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图（a）所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图（b）所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是（ ）
A.N的上表面A处向上凸起
B.N的上表面B处向下凹陷
C.若减少薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小
D.条纹的cd 点对应处的薄膜厚度相同
D
技法点拨：
条纹是光在标准板M的下表面反射和N的上表面反射叠加而成的；
空气薄膜厚度从左向右依次增大，又因为同一条纹上各处空气薄膜厚度相同，所以N的上表面A处空气厚度与左边相同；将 之间的薄片向右拉出一些，空气薄膜厚度依次减小，观察到的条纹宽度会变大，若改用绿光照射，入射光的波长变长，相邻明（暗）条纹会变大。
光的双缝干涉实验
两个亮（或暗）条纹中心间距公式 x ＝ λ
亮条纹的条件及中心位置公式
干涉条纹和光的波长之间的关系
薄膜干涉
暗条纹的条件及中心位置公式
光的干涉