4.3光的干涉课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册(共43张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.3光的干涉课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册(共43张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 37.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-02-28 10:29:58 | ||
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文档简介
(共43张PPT)
新人教版 选择性必修一
第四章 光
第3节 《光的干涉 》
雨后公路积水，上面漂浮的油膜经常显现出彩色条纹或图样。彩色条纹是怎样形成？
牛顿 微粒说
光的本性学说的发展史
惠更斯 波动说
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
思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？
思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
相干光源（频率和振动情况一致）
一、相干光源
如何获得相干光源呢？
关键所在
单色光
狭缝
天才的设想
光束
单缝
双缝
红滤色片
(激光)
屏幕
s0
s1
s2
托马斯·杨
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
一、光的双缝干涉
1、装置特点：
1）双缝到单缝的距离相等
2）双缝很近 d=0.1mm
2、单缝作用：
获得线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．
3、双缝作用：
获得两个频率相同、振动情况完全相同的光源，叫相干光源
光的双缝干涉
一、光的干涉
1.光的双缝干涉实验：
（1）实验装置：单色光（激光是相干光）、双缝、屏
（2）实验过程：一束平行单色激光射到狭缝后面的挡板上，两狭缝成了两个相位和振动方向相同的波源；两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。
（3）实验现象：来自两个波源的光在一些位置互相加强，在另一些位置互相减弱，在挡板后面的屏幕上得到明暗相间的条纹。
（4）实验结论：光的干涉现象证明光是一种波。
一、光的干涉
2.光的干涉
（1）干涉现象：两列相干光在空间传播时相遇，将再相遇区域发生波的叠加，在某些区域加强，在另一些区域减弱，且加强区和减弱区相互间隔、稳定存在，这种现象称为光的干涉。产生的图样叫做干涉图样。
（2）干涉条件：两列光波的光源频率相同、振动方向相同、相位差恒定
（3）相干光源：能发生干涉的两列波成为相干光，两个光源称为相干光源，相干光源可以用同一束光分成两列而获得，成为分光法。
杨氏双缝干涉实验
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773-1829）在实验室里成功的观察到光的干涉．
等间距
双缝干涉图样特点：
中央亮条纹
明暗相间
S1
S2
P1
P
二、干涉分析
1.出现亮条纹和暗条纹的条件
（1）出现亮条纹的条件：两个光源与屏上某点的距离之差等于半个波长的偶数倍时，两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹。
（2）出现暗条纹的条件：两个光源与屏上某点的距离之差等于半个波长的奇数倍时，两列光波在这点相互加强，这里出现暗条纹。
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
S1
S2
P1
P
双缝
S1
S2
屏幕
①什么是干涉条纹的间距(条纹宽度)
△x
△x
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。
亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。
L
d
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
波长为 的单色光照射到双缝上。两缝中心间距为d，两缝S1、S2的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离为OP0=l。
对于屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为r1、r2，且d l
亮纹条件：
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
θ
理论探究：
双缝
S1
S2
屏幕
P1 第一亮纹 δ=λ
P 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
当光程差δ= nλ 时出现亮纹
以此类推
第一条亮纹的形成原因分析
P1
第一亮纹
取P0点上方的点P1，若从S1S2发出的光到P1点的光程差，正好等于一个波长δ = S1P1－S2P2=λ，则当其中一条光线传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P1点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。
λ
光程差δ=S2P1－S1P1=λ
双缝
S1
S2
屏幕
第二条亮纹的形成原因分析
P2
第二亮纹
2λ
光程差δ=S2P2－S1P2=2λ
双缝
S1
S2
屏幕
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝2λ
的P2点出现第二条亮纹。
2.暗条纹形成的原因
当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。
取P0点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2光程差δ= S1Q1－S2Q1＝λ/2
光程差 δ = λ/2
Q1
第一暗纹
δ
双缝
S1
S2
屏幕
取P0点上方的点Q2，与两个狭缝S1、S2光程差δ= S1－S2＝3λ/2
当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光线传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q2点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q2点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。
δ= 3λ/2
Q1
第一暗纹
δ
双缝
S1
S2
屏幕
Q2
第二暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
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
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
当光程差δ=(2n+1)λ /2 ，即半波长奇数倍时，出现暗纹。
以此类推
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
杨氏双缝干涉实验
1.牛顿的微粒说：光是高速粒子流，解释光的直进，光的反射。
2.惠更斯的波动说：光是某种振动，以波的形式向周围传播，解释光的折射、干涉和衍射，光的直进，光的反射。机械弹性波动（以太）。
3.麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，发展了光的波动理论。
4.爱因斯坦的光子说：成功解释光电效应，认为光具有粒子性。
5.德布罗意的波粒二象性学说：光既有粒子性，又有波动性。
光的本性学说发展史上的五个学说
t
18世纪
19世纪
20世纪
17世纪
·
2000多年前中国的《墨经》
·
惠更斯，波动说，1678年《论光》
微粒说占主导
·
1801年托马斯·杨的双缝干涉实验
·
·
1865年麦克斯韦理论，1888年赫兹实验
·
1905年，爱因斯坦的光子说解释光电效应
·
新的光学理论
·
牛顿，微粒说，《光学》
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
1、相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（2）双缝之间的距离d:
（3）双缝与屏间的距离 l :
S1
S2
P1
P
l
波长越大，相邻的亮纹间距越大
（1）波长λ:
d越小，相邻的亮纹间距越大
L越大，相邻的亮纹间距越大
d
三、薄膜干涉
1、薄膜干涉
（1）成因：竖直放置的肥皂薄膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，从膜的前后表面反射的两列光是相干光。在某些位置，两列波叠加加强，出现亮条纹；在一些位置，两列波叠加后减弱，出现暗条纹。
（2）相干光是从膜前、后两个表面反射回来的光，所以观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同侧。
三、薄膜干涉
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
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。
前表面
后表面
薄膜干涉成因
牛顿环
牛顿环
中央疏、边沿密的同心圆环
薄膜干涉的应用（一）——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
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，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。这种测量精度可达10-6cm。
(a) (b) (c)
单色光
标准样板
薄片
被检测平面
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
薄膜干涉的应用（二）——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。
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。
镀层薄膜
新人教版 选择性必修一
第四章 光
第3节 《光的干涉 》
雨后公路积水，上面漂浮的油膜经常显现出彩色条纹或图样。彩色条纹是怎样形成？
牛顿 微粒说
光的本性学说的发展史
惠更斯 波动说
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
思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？
思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
相干光源（频率和振动情况一致）
一、相干光源
如何获得相干光源呢？
关键所在
单色光
狭缝
天才的设想
光束
单缝
双缝
红滤色片
(激光)
屏幕
s0
s1
s2
托马斯·杨
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
一、光的双缝干涉
1、装置特点：
1）双缝到单缝的距离相等
2）双缝很近 d=0.1mm
2、单缝作用：
获得线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．
3、双缝作用：
获得两个频率相同、振动情况完全相同的光源，叫相干光源
光的双缝干涉
一、光的干涉
1.光的双缝干涉实验：
（1）实验装置：单色光（激光是相干光）、双缝、屏
（2）实验过程：一束平行单色激光射到狭缝后面的挡板上，两狭缝成了两个相位和振动方向相同的波源；两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。
（3）实验现象：来自两个波源的光在一些位置互相加强，在另一些位置互相减弱，在挡板后面的屏幕上得到明暗相间的条纹。
（4）实验结论：光的干涉现象证明光是一种波。
一、光的干涉
2.光的干涉
（1）干涉现象：两列相干光在空间传播时相遇，将再相遇区域发生波的叠加，在某些区域加强，在另一些区域减弱，且加强区和减弱区相互间隔、稳定存在，这种现象称为光的干涉。产生的图样叫做干涉图样。
（2）干涉条件：两列光波的光源频率相同、振动方向相同、相位差恒定
（3）相干光源：能发生干涉的两列波成为相干光，两个光源称为相干光源，相干光源可以用同一束光分成两列而获得，成为分光法。
杨氏双缝干涉实验
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773-1829）在实验室里成功的观察到光的干涉．
等间距
双缝干涉图样特点：
中央亮条纹
明暗相间
S1
S2
P1
P
二、干涉分析
1.出现亮条纹和暗条纹的条件
（1）出现亮条纹的条件：两个光源与屏上某点的距离之差等于半个波长的偶数倍时，两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹。
（2）出现暗条纹的条件：两个光源与屏上某点的距离之差等于半个波长的奇数倍时，两列光波在这点相互加强，这里出现暗条纹。
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
S1
S2
P1
P
双缝
S1
S2
屏幕
①什么是干涉条纹的间距(条纹宽度)
△x
△x
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。
亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。
L
d
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
波长为 的单色光照射到双缝上。两缝中心间距为d，两缝S1、S2的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离为OP0=l。
对于屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为r1、r2，且d l
亮纹条件：
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
θ
理论探究：
双缝
S1
S2
屏幕
P1 第一亮纹 δ=λ
P 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
当光程差δ= nλ 时出现亮纹
以此类推
第一条亮纹的形成原因分析
P1
第一亮纹
取P0点上方的点P1，若从S1S2发出的光到P1点的光程差，正好等于一个波长δ = S1P1－S2P2=λ，则当其中一条光线传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P1点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。
λ
光程差δ=S2P1－S1P1=λ
双缝
S1
S2
屏幕
第二条亮纹的形成原因分析
P2
第二亮纹
2λ
光程差δ=S2P2－S1P2=2λ
双缝
S1
S2
屏幕
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝2λ
的P2点出现第二条亮纹。
2.暗条纹形成的原因
当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。
取P0点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2光程差δ= S1Q1－S2Q1＝λ/2
光程差 δ = λ/2
Q1
第一暗纹
δ
双缝
S1
S2
屏幕
取P0点上方的点Q2，与两个狭缝S1、S2光程差δ= S1－S2＝3λ/2
当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光线传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q2点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q2点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。
δ= 3λ/2
Q1
第一暗纹
δ
双缝
S1
S2
屏幕
Q2
第二暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
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
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
当光程差δ=(2n+1)λ /2 ，即半波长奇数倍时，出现暗纹。
以此类推
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
2.干涉的条纹与光的波长之间的关系
相邻两条亮条纹或暗条纹中心的间距是：
杨氏双缝干涉实验
1.牛顿的微粒说：光是高速粒子流，解释光的直进，光的反射。
2.惠更斯的波动说：光是某种振动，以波的形式向周围传播，解释光的折射、干涉和衍射，光的直进，光的反射。机械弹性波动（以太）。
3.麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，发展了光的波动理论。
4.爱因斯坦的光子说：成功解释光电效应，认为光具有粒子性。
5.德布罗意的波粒二象性学说：光既有粒子性，又有波动性。
光的本性学说发展史上的五个学说
t
18世纪
19世纪
20世纪
17世纪
·
2000多年前中国的《墨经》
·
惠更斯，波动说，1678年《论光》
微粒说占主导
·
1801年托马斯·杨的双缝干涉实验
·
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1865年麦克斯韦理论，1888年赫兹实验
·
1905年，爱因斯坦的光子说解释光电效应
·
新的光学理论
·
牛顿，微粒说，《光学》
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
1、相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（2）双缝之间的距离d:
（3）双缝与屏间的距离 l :
S1
S2
P1
P
l
波长越大，相邻的亮纹间距越大
（1）波长λ:
d越小，相邻的亮纹间距越大
L越大，相邻的亮纹间距越大
d
三、薄膜干涉
1、薄膜干涉
（1）成因：竖直放置的肥皂薄膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，从膜的前后表面反射的两列光是相干光。在某些位置，两列波叠加加强，出现亮条纹；在一些位置，两列波叠加后减弱，出现暗条纹。
（2）相干光是从膜前、后两个表面反射回来的光，所以观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同侧。
三、薄膜干涉
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
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。
前表面
后表面
薄膜干涉成因
牛顿环
牛顿环
中央疏、边沿密的同心圆环
薄膜干涉的应用（一）——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
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，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。这种测量精度可达10-6cm。
(a) (b) (c)
单色光
标准样板
薄片
被检测平面
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
薄膜干涉的应用（二）——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。
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。
镀层薄膜