人教版 物理 选择性必修一 4.3光的干涉 课件(共28张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版 物理 选择性必修一 4.3光的干涉 课件(共28张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-12-12 08:47:16 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
3、光的干涉
微粒说
（笛卡儿→牛顿）
波动说
光的本性
（胡克→惠更斯）
由于牛顿的权威，微粒说占统治地位达一个世纪之久。
托马斯·杨的双缝干涉实验
菲涅耳的衍射理论和泊松亮斑
电磁说（麦克斯韦）
光的波动说战胜了微粒说，波动理论在比较坚实的基础上建立起来。在托马斯·杨的双缝干涉和泊松亮斑的事实的确证下，光的粒子说开始崩溃了。
黑体辐射和康普顿效应
光电效应
光子说（爱因斯坦）
波粒二象性
杨氏双缝干涉实验被评为十大最美丽实验之一。
第10名：
傅科钟摆证明地球自转
第9名：
卢瑟福α粒子散射实验，
原子核式结构
第8名：
伽利略的加速度实验
第7名：
埃拉托色尼测量地球圆周长
第6名：
卡文迪什扭秤实验
第5名：
托马斯·杨的光干涉实验
第4名：
牛顿的棱镜色散实验
第3名：
密立根的油滴实验
第2名：
伽利略的自由落体实验
第1名：
托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验
托马斯·杨
托马斯·杨（Thomas Young，1773年-1829年 ）英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人之一。
托马斯·杨在物理光学领域的研究是具有开拓意义的，他第一个测量了7种光的波长，最先建立了三原色原理：指出一切色彩都可以从红、绿、蓝这三种原色中得到。
1801年他进行了著名的杨氏双缝实验，发现了光的干涉性质，证明光以波动形式存在，而不是牛顿所想象的光颗粒，该实验被评为“物理最美实验”之一。二十世纪初物理学家将杨的双缝实验结果和爱因斯坦的光量子假说结合起来，提出了光的波粒二象性，后来又被德布罗意利用量子力学引申到所有粒子上。
一、杨氏双缝干涉实验
１、实验装置
①双缝S1、S2到单缝S的距离相等。
②双缝很近 0.1mm。
单缝
双缝
S1
S
S2
屏
获得单色光
获得线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。
一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。
天才的设想
巧妙解决了相干光问题
①屏上形成明暗相间的条纹
2、观察到的现象
②条纹特征（单色光）
明暗相间、
间距相等、
中央亮条纹
3、明暗条纹形成的原因
S1
S2
P
S
S1
S2
P
①“中央明纹”
S1
P
PS1
S2
P
PS2
光程差 S=0，S1、S2步调一致，该点振动加强。（亮条纹）
②第一条暗纹
S1
S2
P1
P
S
S1
S2
P1
S =λ/2
S1
S2
P1
P1
P1S1
P1S2
S
光程差 S= λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。（暗条纹）
③第一条亮纹
S1
S2
P2
P
S
S1
S2
P2
S =λ
S1
S2
P2
P2
P1S1
P1S2
S
光程差 S= λ ，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。（亮条纹）
S1
S2
P 中央亮纹 S=0
P 1 第一亮纹 S=λ
P 2 第二亮纹 S=2λ
P 3 第三亮纹 S=3λ
Q 1 第一暗纹 S=λ/2
Q 2 第二暗纹 S=3λ/2
Q 3 第三暗纹 S=5λ/2
P1′ 第一亮纹 S=λ
P2′ 第二亮纹 S=2λ
P3′ 第三亮纹 S=3λ
Q3′ 第三暗纹 S=5λ/2
Q2′ 第二暗纹 S=3λ/2
Q1′ 第一暗纹 S=λ/2
4、屏上某处出现亮、暗条纹的条件
频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮暗条纹的条件如下：
（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：
S=|PS1－PS2|＝kλ＝2k· （k＝0，1，2，3，…）
说明：k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次。
（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，…）
说明：k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。
注意：当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加时，产生亮、暗条纹的条件与上面的情况恰好相反。
二、干涉图样
1、单色光的干涉图样：如图所示，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。
红光
紫光
蓝光
2、白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹，最外侧为红色。
【例1】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），已知红光与绿光的频率、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仍然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在
D.至少有一种颜色的双缝干涉条纹
C
【例2】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？（光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s）
用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹。
【例3】用波长为λ的平行单色光照射单缝，经双缝后，在光屏上偏离中心的P点处恰好出现亮条纹，则（ ）
A.改用波长为2λ的平行单色光照射，P点处一定出现亮条纹
B.改用波长为2λ的平行单色光照射，P点处一定出现暗条纹
C.改用波长为 的平行单色光照射，P点处一定出现亮条纹
D.改用波长为 的平行单色光照射，P点处一定出现暗条纹
C
【例4】如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，若所用光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m。则在这里出现的应是________（填“亮条纹”或“暗条纹”）。
S=3λ/2
暗条纹
三、影响干涉条纹的间距（条纹宽度）的因素
S1
S2
Δx
①干涉条纹的间距（条纹宽度）Δx：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。
Δx
我们所说的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。
②影响条纹间距大小的因素
l
d
保持l、d不变，用不同的单色光进行实验红光的条纹间距最大，紫光的最小， Δx 与光的波长有关。
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
当两列波的路程差为波长的整数倍， 时
相邻两个明（或暗）条纹之间的距离为:
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
因d l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
有：r2－r1＝dsin θ（令∠S2S1M＝θ） ①
另：x＝ltan θ≈lsin θ ②
才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
θ
θ
d=0.36mm
d=0.18mm
或： 如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
S1
S2
P1
P
l
r1
r2
x
d
由于l>>d，且l>>x，所以r1+r2≈2l
相邻两个明（或暗）条纹之间的距离为:
2、影响条纹间距大小的因素：
双缝间距d，双缝到屏的距离l、单色光波长λ。
1、条纹间距公式：
l
d
λ
3、两相邻亮条纹（或暗条纹）间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大。
（1）对于同一单色光，条纹之间的距离相等，由该单色光的亮条纹和暗条纹组成。
（2）白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的。
①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。
②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。
③两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。
【例1】1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，证实了光的波动性，在光的波动说中具有重要的地位和意义。图示为双缝干涉实验装置，单缝S在双缝S1、S2的中心对称轴上，实验中在屏上P点刚好得到的是中央亮条纹上方第3级亮条纹，现要使P处出现中央亮条纹上方第4级亮纹，可采取的措施有（ ）
A.适当增大屏到双缝的距离
B.适当增大单缝到双缝的距离
C.换用频率更低的单色光
D.换用波长更短的单色光
D
【例2】（多选）某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如甲图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是（ ）
A.增大双缝之间的距离
B.减小双缝之间的距离
C.减小双缝到光屏之间的距离
D.增大双缝到光屏之间的距离
AC
四、薄膜干涉
马路上的油膜
肥皂泡
这些彩色花纹是如何形成的？
由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。
前表面
后表面
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。
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。
在重力的作用下,薄膜随着时间越来越薄,条纹间距变稀疏。
1、薄膜干涉的原理
（1）光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差，是相干光。
（2）光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍（ S= 2d ），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。
2、形成亮、暗条纹的条件：
薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差ΔS＝kλ（k＝0，1，2，3…），出现暗条纹的位置，两束光的路程差ΔS＝ λ（k＝0，1，2，3…）。公式中的λ为光在薄膜介质中的波长。
劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：
（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
3、薄膜干涉的应用
（1）干涉法检查平面平整度
如图甲所示，两平面之间形成一楔形空气薄层，用单色光从上向下照射，空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，空气层厚度相同的地方，两列波路程差相同，两列波叠加时相互加强或相互削弱的情况也相同。如果被测表面是平整的，得到的干涉图样必是一组平行的直线。如果被测表面某处凹陷，则对应亮条纹（或暗条纹）向左弯曲，如图乙中P处所示；如果某处凸起，则对应条纹向右弯曲，如图乙中Q处所示。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。
规律：左凹右凸
（2）增透膜
膜的折射率小于光学元件折射率，增透膜的厚度为光在介质中波长的 ，
使经膜的前后表面反射的光干涉减弱，即减少反射光、增加透射光。
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MgF2）。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。
由于人眼对绿光最敏感，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。
（3）增反膜
膜的折射率大于光学元件折射率，在前表面反射光存在半波损失，故增
反膜的厚度也为光在介质中波长的 ，使经膜的前后表面反射的光干涉加
强，即增加反射光、减小透射光。
光由光疏介质进入光密介质有半波损失；
光由光密介质进入光疏介质不存在半波损失。
【例1】如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（ ）
A.干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板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两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.将上玻璃板平行上移，条纹间距变窄
D.观察干涉条纹时，应在入射光一侧
D
【例2】（多选）如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（ ）
A.干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B.干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不
是均匀变化的
D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是
均匀变化的
AC
课时精练
1、教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为（ ）
A.两盏灯亮度不同
B.灯光的波长太短
C.两灯光的振动频率不同
D.电灯发出的光不稳定
C
2、（多选）已知白光中含有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，其波长依次减小。在杨氏双缝干涉实验中，如果（ ）
A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹
D.用白光作为光源，屏上将呈现彩色的条纹
BD
3、如图所示，用频率为f的单色光（激光）垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的路程差|r1－r2|应为（ ）
D
4、双缝干涉实验装置如图所示，双缝间距离为d，双缝到光屏的距离为L，调整实验装置使光屏上出现清晰的干涉条纹。关于该干涉条纹及改变条件后其变化情况，下列叙述中正确的是（ ）
A.屏上所有暗条纹都是从双缝中出来的两列光波的波谷与波谷叠加形成的
B.若将光屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
C.若只减小双缝间距d，屏上两相邻亮条纹间距离变小
D.若只改用频率较高的单色光，屏上两相邻亮条纹间 距离变大
B
5、（多选）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（ ）
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°
AB
6、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分别对应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.若减小薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小
D.条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同
D
7、（多选）煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是（ ）
A.如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯
B.如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯
C.如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定
D.只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹
BC
8、在用双缝干涉实验测量光的波长时，选用波长为6.0×10－7 m的橙光，光屏上P点正好处于第二级亮条纹的中心，如图所示，现仅改用其他颜色的可见光做实验，P点是暗条纹。已知可见光的频率范围是3.9×1014～7.5×1014 Hz，则入射光的波长可能是（ ）
A.8.0×10－7 m B.4.8×10－7 m
C.4.0×10－7 m D.3.4×10－7 m
B
9、一实验小组用某一单色光做双缝干涉实验时，在距离双缝为1.0 m处的光屏上，测得1至5条亮条纹间的距离为7.6 mm。已知所用的双缝间距为0.25 mm。
（1）求这种单色光的波长；
（2）若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则这种光在增透膜中的波长是多少？增透膜的厚度至少应取多少？（结果均保留3位有效数字）
4.75×10－7 m
3.65×10－7 m
9.13×10－8 m
10、在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们中间形成一个厚度均匀的空气膜，现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为t1时最亮，然后逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则（ ）
A.最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强
B.最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消
C.温度从t1升至t2过程中，A的高度增加
D.温度从t1升至t2过程中，A的高度增加
D
3、光的干涉
微粒说
（笛卡儿→牛顿）
波动说
光的本性
（胡克→惠更斯）
由于牛顿的权威，微粒说占统治地位达一个世纪之久。
托马斯·杨的双缝干涉实验
菲涅耳的衍射理论和泊松亮斑
电磁说（麦克斯韦）
光的波动说战胜了微粒说，波动理论在比较坚实的基础上建立起来。在托马斯·杨的双缝干涉和泊松亮斑的事实的确证下，光的粒子说开始崩溃了。
黑体辐射和康普顿效应
光电效应
光子说（爱因斯坦）
波粒二象性
杨氏双缝干涉实验被评为十大最美丽实验之一。
第10名：
傅科钟摆证明地球自转
第9名：
卢瑟福α粒子散射实验，
原子核式结构
第8名：
伽利略的加速度实验
第7名：
埃拉托色尼测量地球圆周长
第6名：
卡文迪什扭秤实验
第5名：
托马斯·杨的光干涉实验
第4名：
牛顿的棱镜色散实验
第3名：
密立根的油滴实验
第2名：
伽利略的自由落体实验
第1名：
托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验
托马斯·杨
托马斯·杨（Thomas Young，1773年-1829年 ）英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人之一。
托马斯·杨在物理光学领域的研究是具有开拓意义的，他第一个测量了7种光的波长，最先建立了三原色原理：指出一切色彩都可以从红、绿、蓝这三种原色中得到。
1801年他进行了著名的杨氏双缝实验，发现了光的干涉性质，证明光以波动形式存在，而不是牛顿所想象的光颗粒，该实验被评为“物理最美实验”之一。二十世纪初物理学家将杨的双缝实验结果和爱因斯坦的光量子假说结合起来，提出了光的波粒二象性，后来又被德布罗意利用量子力学引申到所有粒子上。
一、杨氏双缝干涉实验
１、实验装置
①双缝S1、S2到单缝S的距离相等。
②双缝很近 0.1mm。
单缝
双缝
S1
S
S2
屏
获得单色光
获得线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。
一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。
天才的设想
巧妙解决了相干光问题
①屏上形成明暗相间的条纹
2、观察到的现象
②条纹特征（单色光）
明暗相间、
间距相等、
中央亮条纹
3、明暗条纹形成的原因
S1
S2
P
S
S1
S2
P
①“中央明纹”
S1
P
PS1
S2
P
PS2
光程差 S=0，S1、S2步调一致，该点振动加强。（亮条纹）
②第一条暗纹
S1
S2
P1
P
S
S1
S2
P1
S =λ/2
S1
S2
P1
P1
P1S1
P1S2
S
光程差 S= λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。（暗条纹）
③第一条亮纹
S1
S2
P2
P
S
S1
S2
P2
S =λ
S1
S2
P2
P2
P1S1
P1S2
S
光程差 S= λ ，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。（亮条纹）
S1
S2
P 中央亮纹 S=0
P 1 第一亮纹 S=λ
P 2 第二亮纹 S=2λ
P 3 第三亮纹 S=3λ
Q 1 第一暗纹 S=λ/2
Q 2 第二暗纹 S=3λ/2
Q 3 第三暗纹 S=5λ/2
P1′ 第一亮纹 S=λ
P2′ 第二亮纹 S=2λ
P3′ 第三亮纹 S=3λ
Q3′ 第三暗纹 S=5λ/2
Q2′ 第二暗纹 S=3λ/2
Q1′ 第一暗纹 S=λ/2
4、屏上某处出现亮、暗条纹的条件
频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮暗条纹的条件如下：
（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：
S=|PS1－PS2|＝kλ＝2k· （k＝0，1，2，3，…）
说明：k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次。
（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，…）
说明：k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。
注意：当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加时，产生亮、暗条纹的条件与上面的情况恰好相反。
二、干涉图样
1、单色光的干涉图样：如图所示，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。
红光
紫光
蓝光
2、白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹，最外侧为红色。
【例1】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），已知红光与绿光的频率、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仍然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在
D.至少有一种颜色的双缝干涉条纹
C
【例2】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？（光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s）
用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹。
【例3】用波长为λ的平行单色光照射单缝，经双缝后，在光屏上偏离中心的P点处恰好出现亮条纹，则（ ）
A.改用波长为2λ的平行单色光照射，P点处一定出现亮条纹
B.改用波长为2λ的平行单色光照射，P点处一定出现暗条纹
C.改用波长为 的平行单色光照射，P点处一定出现亮条纹
D.改用波长为 的平行单色光照射，P点处一定出现暗条纹
C
【例4】如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，若所用光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m。则在这里出现的应是________（填“亮条纹”或“暗条纹”）。
S=3λ/2
暗条纹
三、影响干涉条纹的间距（条纹宽度）的因素
S1
S2
Δx
①干涉条纹的间距（条纹宽度）Δx：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。
Δx
我们所说的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。
②影响条纹间距大小的因素
l
d
保持l、d不变，用不同的单色光进行实验红光的条纹间距最大，紫光的最小， Δx 与光的波长有关。
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
当两列波的路程差为波长的整数倍， 时
相邻两个明（或暗）条纹之间的距离为:
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
因d l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
有：r2－r1＝dsin θ（令∠S2S1M＝θ） ①
另：x＝ltan θ≈lsin θ ②
才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
θ
θ
d=0.36mm
d=0.18mm
或： 如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
S1
S2
P1
P
l
r1
r2
x
d
由于l>>d，且l>>x，所以r1+r2≈2l
相邻两个明（或暗）条纹之间的距离为:
2、影响条纹间距大小的因素：
双缝间距d，双缝到屏的距离l、单色光波长λ。
1、条纹间距公式：
l
d
λ
3、两相邻亮条纹（或暗条纹）间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大。
（1）对于同一单色光，条纹之间的距离相等，由该单色光的亮条纹和暗条纹组成。
（2）白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的。
①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。
②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。
③两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。
【例1】1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，证实了光的波动性，在光的波动说中具有重要的地位和意义。图示为双缝干涉实验装置，单缝S在双缝S1、S2的中心对称轴上，实验中在屏上P点刚好得到的是中央亮条纹上方第3级亮条纹，现要使P处出现中央亮条纹上方第4级亮纹，可采取的措施有（ ）
A.适当增大屏到双缝的距离
B.适当增大单缝到双缝的距离
C.换用频率更低的单色光
D.换用波长更短的单色光
D
【例2】（多选）某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如甲图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是（ ）
A.增大双缝之间的距离
B.减小双缝之间的距离
C.减小双缝到光屏之间的距离
D.增大双缝到光屏之间的距离
AC
四、薄膜干涉
马路上的油膜
肥皂泡
这些彩色花纹是如何形成的？
由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。
前表面
后表面
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。
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。
在重力的作用下,薄膜随着时间越来越薄,条纹间距变稀疏。
1、薄膜干涉的原理
（1）光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差，是相干光。
（2）光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍（ S= 2d ），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。
2、形成亮、暗条纹的条件：
薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差ΔS＝kλ（k＝0，1，2，3…），出现暗条纹的位置，两束光的路程差ΔS＝ λ（k＝0，1，2，3…）。公式中的λ为光在薄膜介质中的波长。
劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：
（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
3、薄膜干涉的应用
（1）干涉法检查平面平整度
如图甲所示，两平面之间形成一楔形空气薄层，用单色光从上向下照射，空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，空气层厚度相同的地方，两列波路程差相同，两列波叠加时相互加强或相互削弱的情况也相同。如果被测表面是平整的，得到的干涉图样必是一组平行的直线。如果被测表面某处凹陷，则对应亮条纹（或暗条纹）向左弯曲，如图乙中P处所示；如果某处凸起，则对应条纹向右弯曲，如图乙中Q处所示。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。
规律：左凹右凸
（2）增透膜
膜的折射率小于光学元件折射率，增透膜的厚度为光在介质中波长的 ，
使经膜的前后表面反射的光干涉减弱，即减少反射光、增加透射光。
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MgF2）。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。
由于人眼对绿光最敏感，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。
（3）增反膜
膜的折射率大于光学元件折射率，在前表面反射光存在半波损失，故增
反膜的厚度也为光在介质中波长的 ，使经膜的前后表面反射的光干涉加
强，即增加反射光、减小透射光。
光由光疏介质进入光密介质有半波损失；
光由光密介质进入光疏介质不存在半波损失。
【例1】如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（ ）
A.干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板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两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.将上玻璃板平行上移，条纹间距变窄
D.观察干涉条纹时，应在入射光一侧
D
【例2】（多选）如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（ ）
A.干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B.干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不
是均匀变化的
D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是
均匀变化的
AC
课时精练
1、教室内两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为（ ）
A.两盏灯亮度不同
B.灯光的波长太短
C.两灯光的振动频率不同
D.电灯发出的光不稳定
C
2、（多选）已知白光中含有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，其波长依次减小。在杨氏双缝干涉实验中，如果（ ）
A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹
D.用白光作为光源，屏上将呈现彩色的条纹
BD
3、如图所示，用频率为f的单色光（激光）垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的路程差|r1－r2|应为（ ）
D
4、双缝干涉实验装置如图所示，双缝间距离为d，双缝到光屏的距离为L，调整实验装置使光屏上出现清晰的干涉条纹。关于该干涉条纹及改变条件后其变化情况，下列叙述中正确的是（ ）
A.屏上所有暗条纹都是从双缝中出来的两列光波的波谷与波谷叠加形成的
B.若将光屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
C.若只减小双缝间距d，屏上两相邻亮条纹间距离变小
D.若只改用频率较高的单色光，屏上两相邻亮条纹间 距离变大
B
5、（多选）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（ ）
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°
AB
6、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分别对应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.若减小薄片的厚度，则干涉条纹间距会减小
D.条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同
D
7、（多选）煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是（ ）
A.如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯
B.如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯
C.如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定
D.只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹
BC
8、在用双缝干涉实验测量光的波长时，选用波长为6.0×10－7 m的橙光，光屏上P点正好处于第二级亮条纹的中心，如图所示，现仅改用其他颜色的可见光做实验，P点是暗条纹。已知可见光的频率范围是3.9×1014～7.5×1014 Hz，则入射光的波长可能是（ ）
A.8.0×10－7 m B.4.8×10－7 m
C.4.0×10－7 m D.3.4×10－7 m
B
9、一实验小组用某一单色光做双缝干涉实验时，在距离双缝为1.0 m处的光屏上，测得1至5条亮条纹间的距离为7.6 mm。已知所用的双缝间距为0.25 mm。
（1）求这种单色光的波长；
（2）若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则这种光在增透膜中的波长是多少？增透膜的厚度至少应取多少？（结果均保留3位有效数字）
4.75×10－7 m
3.65×10－7 m
9.13×10－8 m
10、在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们中间形成一个厚度均匀的空气膜，现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为t1时最亮，然后逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则（ ）
A.最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强
B.最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消
C.温度从t1升至t2过程中，A的高度增加
D.温度从t1升至t2过程中，A的高度增加
D