5.1 光的干涉 课件

课件38张PPT。高中物理·选修3-4·鲁科版第5章　光的干涉 衍射 偏振
第1讲　光的干涉[目标定位]　1.知道光的干涉现象，知道光是一种波.2.理解相干光源和产生干涉现象的条件.3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.4.了解双缝干涉测量光的波长的实验原理，能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长.5.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用．频率 振动方向 整数 奇数 想一想　实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离Δy，而要测出n个亮条纹间的距离，再求平均值？
答案　由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差．三、薄膜干涉及其应用
1．薄膜干涉：由 两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象．
2．成因
竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光所走的路程不同．这两列波在一些地方叠加后相互 ，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互 ，出现暗条纹．薄膜加强削弱3．常见的薄膜干涉现象
(1)白光照射肥皂液膜出现彩色条纹；
(2)蚌壳内表面透明薄膜上呈现各种色彩；
(3)有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带；
(4)有透明薄膜保护层的激光唱片呈现彩色．
4．应用：检查平面的 程度．平整想一想　热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹，这些彩色条纹是如何形成的呢？
答案　由薄膜干涉造成的．白光照射在油膜表面，被薄膜前、后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条纹．由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色花纹.一、杨氏双缝干涉实验
1．双缝干涉的装置示意图
图5－1－1实验装置如图5－1－1所示，有光源、单缝、双缝和光屏．
(1)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．也可用激光直接照射双缝．
(2)双缝的作用：这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．2．产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同．本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的．
3．干涉图样
(1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹．
(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的．
4．实验结论：证明光是一种波．　 【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，其他颜色的干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮解析　两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮，故C对．
答案　C借题发挥　明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题做出正确判断的关键，该知识点必须记住. 【例2】　如图5－1－2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的光程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则
(　　)图5－1－2A．P和P1仍为亮点 B．P为亮点，P1为暗点
C．P为暗点，P1为亮点 D．P、P1均为暗点
解析　从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此是亮条纹中心，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹中心．借题发挥　判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值，要记住光程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同．2．实验步骤
(1)按如图5－1－3所示安装仪器．
图5－1－3(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上．
(3)使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹；撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)．
(4)加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.【例3】　现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图5－1－4所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A.
图5－1－4(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离．
在操作步骤②时还应注意__________________.(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图5－1－5甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图5－1－5乙中手轮上的示数_______ mm，求得相邻亮纹的间距Δy为________ mm.
图5－1－5(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ nm.
解析　(1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏．所以排列顺序为：C、E、D、B、A.四、对薄膜干涉的理解
1．现象：光照到薄膜上，从膜的前表面和后表面反射回来的光再次相遇而产生的干涉现象．两反射光的光程差等于膜厚度的2倍．
2．图样：以光照射肥皂泡为例，如果是单色光照射肥皂泡，肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就会出现彩色条纹，且每一条纹呈水平分布．
3．应用：用干涉法检查平面的平整程度；光学镜头上的增透膜．【例4】　如图5－1－6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的
(　　)
图5－1－6解析　铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的．
答案　D借题发挥　在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，由于光波波长极短，因此做薄膜干涉所用的介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹.再见