教科版高中物理选择性必修第一册第四章光及其应用第4节光的干涉课件（43页PPT）

(共43张PPT)
[学习目标]
1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道产生干涉现象的条件。
2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件。
3.掌握干涉条纹间距和光的波长之间的关系。
4.知道薄膜干涉的现象和应用。
1.双缝干涉实验
(1)实验：如图所示，用一束_____的红色激光束照射有________狭缝(也称双缝)S1和S2的挡板(S1和S2相距约0.1 mm)，观察挡板后面与挡板平行的屏幕上所出现的条纹。
平行
(2)现象：在两个狭缝后的屏幕上看到了________的条纹，且条纹间距____，这表明两束光在叠加区域内发生了干涉。
两条平行
明暗相间
相等
(3)分析：S1和S2就相当于____________的光源，由S1和S2发出的两列特定光波在狭缝后面的空间中叠加，当两列波在某一点____出现波峰或波谷，则在此点两列光波必定同相，叠加结果是光波得到_____，在这里就会出现一个__条纹。如果一列波的波峰到达某点，而另一列波的____正好在这一点出现，则在此点两列光波必定反相，叠加的结果是相互____，于是在这里出现__条纹。
两个完全相同
(4)结论：光的干涉现象充分表明光是一种__。
同时
加强
亮
波谷
削弱
暗
波
偶数倍
奇数倍
频率
3.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。
(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。
[易错辨析]
(1)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定。( )
(2)用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。( )
(3)用白光做双缝干涉实验时，屏幕各处不会再出现白色条纹。( )
(4)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，当两个狭缝到屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹。( )
×
√
×
×
[例1]　真空中，由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生稳定的干涉现象。这是因为(　　)
A.两个光源发出光的频率相同
B.两个光源发出光的强度不同
C.两个光源的光速不同
D.这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
D
解析　由两个不同光源所发出的两束白光，频率不同，这样的光源不是相干光源，不会产生干涉现象，A错误，D正确；光的强度对光的干涉没有影响，B错误；光速在真空中是确定的，它对光的干涉也没有影响，C错误。
[例2]　(2025·山东日照期末)如图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(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)。现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则(　　)
A.P和P1仍为亮条纹
B.P为亮条纹，P1为暗条纹
C.P为暗条纹，P1为亮条纹
D.P、P1均为暗条纹
B
[总结提升]
双缝干涉问题的注意点
(1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小。
(2)光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象。
1.概念：光线入射到薄膜上，由液膜____两个表面____回来的两束光是相干光，它们相互叠加产生的干涉现象。
2.原理
(1)液膜的厚度不均匀，有些地方相互叠加的两束光是同相的，呈现亮条纹；有些地方相互叠加的两束光是反相的，呈现暗条纹。
(2)用不同波长的单色光照射肥皂泡，条纹的间距不同，如果用白光照射肥皂泡，由于各色光干涉后的条纹间距不同，液膜上就会出现彩色条纹。
前后
反射
3.干涉法检查平面的平整程度
(1)如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面和被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，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，两列波的路程差相同，两列波叠加时相互加强或削弱的情况也相同。
(2)如果被测表面与标准样板表面一样平整，干涉条纹就是一组平行的直线，如图乙；如果干涉条纹发生弯曲，就表明被测表面不够平整，如图丙。
4.增透膜与增反膜
(1)增透膜：在玻璃片表面镀上一定厚度的透明薄膜，使从它的两个面上反射的光恰好反相，它们就互相抵消，大大减小了反射光的强度，增强了透射光的强度，这样的薄膜叫增透膜。
(2)增反膜：在玻璃片表面镀上一定厚度的透明薄膜，使从它的两个面上反射的光恰好同相，这就会增强反射光的强度，这样的膜叫增反膜。
[思考探究]
肥皂泡上呈现彩色条纹，是薄膜表面反射光与入射光叠加的结果吗？
提示　不是，是薄膜的前后两个面的反射光叠加的结果。
[例3]　用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为(　　)
解析　由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度。因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一水平线上，故同一干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选项B正确。
B
[例4]　(多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，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
解析　凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，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，故A正确，B错误；干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不均匀变化，导致间距不均匀增大，从而观察到题图乙所示的内疏外密的同心圆环状条纹，故C正确，D错误。
1.(光的干涉条件和干涉条纹)(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
解析　用白光作为杨氏双缝干涉实验的光源，屏上将呈现彩色条纹，A错误，D正确；用红光作为光源，屏上将呈现相间的红色条纹与暗条纹(即黑条纹)，B正确；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错误。
2.(薄膜干涉)如图所示，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是示意图(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波)(　　)
C
解析　看到的明暗条纹是从膜前后表面分别反射形成的两列相干波发生干涉形成的，肥皂膜中的液体在重力作用下导致从上至下的薄膜厚度不同，反射回来的两列波的同步性不同，明条纹是相干加强形成的，暗条纹是相干减弱形成的，C正确。
3.(增透膜)市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处如图所示。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示红外线的波长，则所镀薄膜的最小厚度应为(　　)
C
C
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[基础巩固练]
D
1.光通过双缝后在屏上产生彩色条纹，若用红色和绿色玻璃板分别挡住双狭缝，则屏上将出现(　　)
A.黄色的干涉条纹
B.红绿相间的条纹
C.黑白相间的条纹
D.无干涉条纹
解析　有色玻璃只允许同色光通过，红光和绿光的频率不同，根据干涉的条件可知，不能产生干涉现象，所以选项D正确。
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2.下列说法正确的是(　　)
A.照相机、望远镜的镜头镀的一层增透膜是薄膜干涉的应用
B.为了减小光学元件的反射损失，在光学元件表面镀上一层增透膜，是光的衍射的应用
C.登山运动员登山时要注意防止紫外线过度照射，眼镜上涂一层增反膜，这是应用了光的反射
D.海市蜃楼是光的干涉造成的
A
解析　增透膜和增反膜都是薄膜干涉的应用，海市蜃楼是全反射造成的，故A正确。
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3.光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，下列说法正确的是(　　)
C
A.图甲中上板是待检查的光学元件，下板是标准样板
B.若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变密
C.若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处出现了不平整
D.用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，也可以得到间距相等的明暗相间的同心圆环
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解析　上板是标准样板，下板是待检测板，故A错误；如果单色光波长变长，干涉条纹出现亮纹的位置要右移，条纹变疏，故B错误；两列相干光来自上板下表面和下板上表面，同一条亮纹出现在空气等厚处，出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处出现了不平整，故C正确；牛顿环中的空气厚度不是均匀变化，同心圆环间距不相等，故D错误。
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4.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(　　)
B
A.过肥皂膜最高点和最低点的截面一定是梯形
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°
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解析　薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，故B正确；由于重力和表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，并且增加得越来越快，从而使干涉条纹的间距上疏下密，故A错误；当金属环转动时肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，故D错误；肥皂膜从形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，故C错误。
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ABC
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6.如图是双缝干涉实验装置示意图，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏中心P点出现亮条纹，位于P点上方的P1点到S1、S2的路程差恰为600 nm。现改用波长为400 nm的紫色光照射，则(　　)
B
A.P和P1处都出现亮条纹
B.P处为亮条纹，P1处为暗条纹
C.P处为暗条纹，P1处为亮条纹
D.P处和P1处都是暗条纹
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7.电焊时会产生较强的紫外线，为减少紫外线的照射，电焊工防护面罩的镜面上要镀上一层膜，如紫外线中某成分在真空中的波长为λ0，镜面所镀膜对该紫外线的折射率为n，为更有效地减少这种紫外线通过镜面，镜面上镀膜的最小厚度应为(　　)
B
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8.如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为(　　)
D
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[能力提升练]
BC
9.(多选)如图所示是光的双缝干涉的示意图。下列说法正确的是(　　)
A.单缝S的作用是为了增加光的强度
B.双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线光源
C.当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为光的波长λ的1.5倍时，产生第二条暗条纹
D.当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为波长λ时，产生中央亮条纹
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10.(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盛有干净的空气，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(　　)
BC
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
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解析　若B中气体含有瓦斯，光经过两容器时折射率不同，光速不同，到达屏正中央的路程差可能是波长的整数倍，所以屏的正中央可能是亮条纹，故屏的正中央为亮条纹时，B中气体可能含有瓦斯，也可能不含瓦斯，故A错误；如果屏的正中央是暗条纹，必有路程差，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，可能含有瓦斯，故B正确；如果屏上干涉条纹不停地移动，说明路程差不稳定，即B中的气体瓦斯含量不稳定，故C正确；无论用单色光还是白光照射单缝时，都可能在屏上出现干涉条纹，故D错误。
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[拓展培优练]
11.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)
答案　见解析
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