人教版 选修3-4 第十三章 第2节 光的干涉 学案
文档属性
| 名称 | 人教版 选修3-4 第十三章 第2节 光的干涉 学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 39.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-04-27 06:39:22 | ||
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文档简介
第十三章 光
2.光的干涉
【学习目标】
（1）认识光的干涉现象及产生光干涉的条件；
（2）理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征；
（3）用波动说来说明明暗相间的干涉条纹
【重点难点】
双缝干涉产生的条件，认识干涉图样的特征。
双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件。
【课前预习】
一、 杨氏双缝干涉实验
1.1801年，英国物理学家（1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉．
2.双缝干涉实验
（1）实验过程：让一束平行的单色光投射到 ( http: / / www.21cnjy.com )一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，他们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间相互叠加发生干涉.
(2)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹
（3）实验结论：证明光是一种波.
(4)现象解释：S1、S2相当于两个频率、 ( http: / / www.21cnjy.com )相位和振动方向相同的波源，当两个光源与屏上某点的距离只差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光波在这点相互加强，出现亮条纹;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互减弱,出现暗条纹。
二、光产生干涉的条件
1.干涉条件：两列波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定
2.相干光源：发出的光能够产生干涉的两个光源。
三、双缝干涉条纹特征
一系列平行的明暗相间的等间距条纹；各级明暗纹在中央明纹两侧对称分布。
相邻亮条纹或相邻暗条纹间的距离为；
各种色光的波长由长到短的顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
频率由低到高的顺序依次为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
【预习检测】
1．平行光照射在双缝上，在屏上得到干涉条纹，当 （ ）
A．双缝到屏的距离增大时，干涉条纹间距也增大．
B．双缝间距减小时，干涉条纹间距也减小．
C．波长变短，保持光强不变时，则条纹间距也不变．
D．波长不变，光强减弱时，则条纹间距也不变．
2．如果把杨氏双缝干涉装置从空气中移到透明液体中做实验，同样条件下则条纹宽度 （ ）
A．增大． B．减小． C．不变． D．缺少条件，无法判断．
3．双逢干涉实验装置如图3所示，双缝间的距 ( http: / / www.21cnjy.com )离为d，双缝到像屏的距离为L，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是 ( )
A．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化
B．若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
C．若将像屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
D．若将像屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹将将不会发生变化
【参考答案】
【预习检测】
1.A,D 2.B 3.B,C
堂中互动▲
【典题探究】
例1．能产生干涉现象的两束光是（ ）
A．频率相同、振幅相同的两束光
B．频率相同、相位差恒定的两束光
C．两只完全相同的灯光发出的光
D．同一光源的两个发光部分发出的光
分析：比例考察的是对“相干条件”的了解
解答：只有频率相同、相差恒 ( http: / / www.21cnjy.com )定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样，但是，光波并不是一列连续波，它是由一段段不连续的具有有限长度的所谓“波列”组合而成的，并且波动间的间歇也是不规则的。两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光（实际上严格的单色光并不存在），也不能保持有恒定的相差。因此，为了得到相干光波，通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中，所以在光源和双缝间设置一个狭缝，就是让点光源发出的一束光，先经第一个缝产生衍射，使得由双缝得到的两束光成为相干光波。
光源发光是以原子为发光单位的，由前面分 ( http: / / www.21cnjy.com )析可知，我们无法使两只完全相同的灯泡、同一光源的两个发光部分发出频率相同、相差恒定的光。这样的光源不会产生稳定的干涉现象，无法观察到干涉图样。所以应选B。
例2．如图所示是双缝干涉实验装置， ( http: / / www.21cnjy.com )屏上O点到双缝S1、S2的距离相等。当用波长为0.75μm的单色光照射时，P是位于O上方的第二条亮纹位置，若换用波长为0.6μm的单色光做实验，P处是亮纹还是暗纹？在OP之间共有几
条暗纹？
分析：P点是暗纹还是暗纹，关键取决 ( http: / / www.21cnjy.com )于P到S1和S2的路程差△r=r2－r1；P是第几级明（暗）纹，关键取决于△r是光波长（半波长）的多少倍。
解答：当用波长为λ1=0.75μm单色光时P为O上方第二条亮纹，所以P到双缝S1、S2的距离差△r=2λ1=2×0.75μm=1.5μm.
改用λ2=0.6μm.的单色光时，路程差△r=λ2，所以P和为暗纹，从O到P路程差由零逐渐增大，必有路程差为和λ2的两点，即OP之间还有两条暗纹。
例3 试分析白光通过双缝在屏上的干涉图样。
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com"
解：由图可知各种色光到屏中间O的光程差均为零，所以各种色光在O点全部是加强点，这些加强的各种色光合成后为白色明亮光带。由O向P移动，光程差由零逐渐增大，因可见光中紫光波长最短，单看暗纹情况，最先出现的是紫光暗纹。再依次出现靛、蓝、绿、黄、橙、红暗纹，同时单看亮纹时最先出现的亮纹也是紫色亮纹，再依次出现靛、蓝、绿、黄、橙、红亮纹。综合上述分析：白光通过双缝在屏上的干涉图样是中央为白亮纹，两边是对称的明暗相间的彩色条纹，并且同种色光的亮纹间距相等。
例4用单色光做双缝干涉实验时，已知屏上一点P到双缝的路程差，当单色光波长时，P点将形成亮纹还是暗纹，若单色光波长呢？此时在中央亮纹和P点之间有几条暗纹？
答案：亮纹；暗纹，两条
例5如下图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表 ( http: / / www.21cnjy.com )面是否平整的装置，所用的单色光是用普通光源加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（ ）
A. a的上表面和b的下表面
B. a的上表面和b的上表面
C. a的下表面和b的上表面
D. a的下表面和b的下表面
答案：C
图3
2.光的干涉
【学习目标】
（1）认识光的干涉现象及产生光干涉的条件；
（2）理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征；
（3）用波动说来说明明暗相间的干涉条纹
【重点难点】
双缝干涉产生的条件，认识干涉图样的特征。
双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件。
【课前预习】
一、 杨氏双缝干涉实验
1.1801年，英国物理学家（1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉．
2.双缝干涉实验
（1）实验过程：让一束平行的单色光投射到 ( http: / / www.21cnjy.com )一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，他们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间相互叠加发生干涉.
(2)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹
（3）实验结论：证明光是一种波.
(4)现象解释：S1、S2相当于两个频率、 ( http: / / www.21cnjy.com )相位和振动方向相同的波源，当两个光源与屏上某点的距离只差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光波在这点相互加强，出现亮条纹;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互减弱,出现暗条纹。
二、光产生干涉的条件
1.干涉条件：两列波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定
2.相干光源：发出的光能够产生干涉的两个光源。
三、双缝干涉条纹特征
一系列平行的明暗相间的等间距条纹；各级明暗纹在中央明纹两侧对称分布。
相邻亮条纹或相邻暗条纹间的距离为；
各种色光的波长由长到短的顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
频率由低到高的顺序依次为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
【预习检测】
1．平行光照射在双缝上，在屏上得到干涉条纹，当 （ ）
A．双缝到屏的距离增大时，干涉条纹间距也增大．
B．双缝间距减小时，干涉条纹间距也减小．
C．波长变短，保持光强不变时，则条纹间距也不变．
D．波长不变，光强减弱时，则条纹间距也不变．
2．如果把杨氏双缝干涉装置从空气中移到透明液体中做实验，同样条件下则条纹宽度 （ ）
A．增大． B．减小． C．不变． D．缺少条件，无法判断．
3．双逢干涉实验装置如图3所示，双缝间的距 ( http: / / www.21cnjy.com )离为d，双缝到像屏的距离为L，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是 ( )
A．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化
B．若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
C．若将像屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
D．若将像屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹将将不会发生变化
【参考答案】
【预习检测】
1.A,D 2.B 3.B,C
堂中互动▲
【典题探究】
例1．能产生干涉现象的两束光是（ ）
A．频率相同、振幅相同的两束光
B．频率相同、相位差恒定的两束光
C．两只完全相同的灯光发出的光
D．同一光源的两个发光部分发出的光
分析：比例考察的是对“相干条件”的了解
解答：只有频率相同、相差恒 ( http: / / www.21cnjy.com )定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样，但是，光波并不是一列连续波，它是由一段段不连续的具有有限长度的所谓“波列”组合而成的，并且波动间的间歇也是不规则的。两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光（实际上严格的单色光并不存在），也不能保持有恒定的相差。因此，为了得到相干光波，通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中，所以在光源和双缝间设置一个狭缝，就是让点光源发出的一束光，先经第一个缝产生衍射，使得由双缝得到的两束光成为相干光波。
光源发光是以原子为发光单位的，由前面分 ( http: / / www.21cnjy.com )析可知，我们无法使两只完全相同的灯泡、同一光源的两个发光部分发出频率相同、相差恒定的光。这样的光源不会产生稳定的干涉现象，无法观察到干涉图样。所以应选B。
例2．如图所示是双缝干涉实验装置， ( http: / / www.21cnjy.com )屏上O点到双缝S1、S2的距离相等。当用波长为0.75μm的单色光照射时，P是位于O上方的第二条亮纹位置，若换用波长为0.6μm的单色光做实验，P处是亮纹还是暗纹？在OP之间共有几
条暗纹？
分析：P点是暗纹还是暗纹，关键取决 ( http: / / www.21cnjy.com )于P到S1和S2的路程差△r=r2－r1；P是第几级明（暗）纹，关键取决于△r是光波长（半波长）的多少倍。
解答：当用波长为λ1=0.75μm单色光时P为O上方第二条亮纹，所以P到双缝S1、S2的距离差△r=2λ1=2×0.75μm=1.5μm.
改用λ2=0.6μm.的单色光时，路程差△r=λ2，所以P和为暗纹，从O到P路程差由零逐渐增大，必有路程差为和λ2的两点，即OP之间还有两条暗纹。
例3 试分析白光通过双缝在屏上的干涉图样。
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com"
解：由图可知各种色光到屏中间O的光程差均为零，所以各种色光在O点全部是加强点，这些加强的各种色光合成后为白色明亮光带。由O向P移动，光程差由零逐渐增大，因可见光中紫光波长最短，单看暗纹情况，最先出现的是紫光暗纹。再依次出现靛、蓝、绿、黄、橙、红暗纹，同时单看亮纹时最先出现的亮纹也是紫色亮纹，再依次出现靛、蓝、绿、黄、橙、红亮纹。综合上述分析：白光通过双缝在屏上的干涉图样是中央为白亮纹，两边是对称的明暗相间的彩色条纹，并且同种色光的亮纹间距相等。
例4用单色光做双缝干涉实验时，已知屏上一点P到双缝的路程差，当单色光波长时，P点将形成亮纹还是暗纹，若单色光波长呢？此时在中央亮纹和P点之间有几条暗纹？
答案：亮纹；暗纹，两条
例5如下图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表 ( http: / / www.21cnjy.com )面是否平整的装置，所用的单色光是用普通光源加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（ ）
A. a的上表面和b的下表面
B. a的上表面和b的上表面
C. a的下表面和b的上表面
D. a的下表面和b的下表面
答案：C
图3