物理粤教版选修3-4《光的干涉》学案

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光的干涉 学案
杨氏双缝干涉的定量分析
如图24—2—2所示，缝屏间距L远大于双缝间距d，O点与双缝S1和S2等间距，则当双缝中发出光同时射到O点附近的P点时，两束光波的路程差为
δ=r2－r1.
由几何关系得
r12=L2+(x－)2，
r22=L2+(x+)2.
考虑到 图24—2—2
L》d 和 L》x，
可得
δ=.
若光波长为λ，则当
δ=±kλ（k=0，1，2，…）
时，两束光叠加干涉加强；当
δ=±(2k－1) (k=1，2，3，…)
时，两束光叠加干涉减弱，据此不难推算出
（1）明纹坐标
x=±kλ （k=0，1，2，…）
（2）暗纹坐标
x=±(2k－1) · （k=1，2，…）
（3）条纹间距
△x=λ.
上述条纹间距表达式提供了一种测量光波长的方法。
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24—2所示是双缝干涉实验装置，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？
图24—2
分析：P点是暗纹还是暗纹，关键取决于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。
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
【模拟试题】
1. 用单色光做双缝干涉实验时（ ）
A. 屏上到双缝的路（光）程差等于波长整数倍处出现明条纹
B. 屏上到双缝的路（光）程差等于半波长整数倍处，可能是明条纹，也可能是暗条纹
C. 屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方
D. 屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方
2. 用双缝观察光的干涉时．已知双缝到光屏上一点P的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1＝7.5×1014Hz、f2＝5×l014Hz的单色光照射双缝，则P点出现明暗纹的情况是（ ）
A. 用f1照射出现明纹，用f2照射出现暗纹
B. 用f1照射出现明纹，用f2照射出现明纹
C. 用f1照射出现暗纹，用f2照射出现明纹
D. 用fl照射出现暗纹，用f2照射出现暗纹
3. 对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是（ ）
A. 不同的色光有可能产生干涉现象
B. 不同的色光不可能产生干涉现象
C. 光的强度不同有可能产生干涉现象
D. 光的强度不同不可能产生干涉现象
4. 在双缝干涉实验中，在保持双缝间的距离不变，缝到屏的距离也不变的条件下，分别用黄光和蓝光做实验．下列说法哪个符合实际（ ）
A. 黄光的干涉条纹间隔比蓝光大，因为黄光的波长比蓝光小
B. 黄光的干涉条纹间隔比蓝光大，因为黄光的波长比蓝光大
C. 黄光的干涉条纹间隔比蓝光小，因为黄光的波长比蓝光大
D. 黄光的干涉条纹间隔比蓝光小，因为黄光的波长比蓝光小
5. 一束单色平行光，通过双缝后在屏上得到干涉条纹．以下说法中正确的是（ ）
A. 相邻明条纹或暗条纹之间的距离不相等
B. 用红光做实验比用紫光得到的相邻明条纹（或暗条纹）之间的间隔大
C. 屏上某点到双缝的距离之差等于半个波长的整数倍时，这点将出现暗条纹
D. 如果改用白光做实验，相邻条纹之间的距离是相等的
6. 下列关于“用卡尺观察光的衍射现象”的实验描述中，正确的是（ ）
A. 除线状白炽灯外，其他任何光源都不能观察到光的衍射现象
B. 用普通白炽灯作光源时，无论如何也观察不到光的衍射现象
C. 用线状白炽灯作光源时，所观察到的衍射条纹是彩色的
D. 用红色线光源所观察到的衍射条纹是彩色的
7. 下列现象中能产生明显衍射现象的是（ ）
A. 光的波长比孔或障碍物的尺寸大 B. 光的波长与孔或障碍物的尺寸可相比
C. 光的波长等于孔或障碍物的尺寸 D. 光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多
8. 最早提出光的波动说的物理学家是 ，最先用实验证明光具有波动性的物理学家是 。
9. 如图所示的杨氏双缝干涉图中，小孔S1、S2发出的光在像屏某处叠加时，如果光程差为 时就加强，形成明条纹。如果光波波长是400nm，屏上P点与S1、S2距离差为1800nm，那么P处将是 条纹。
10. 以下哪些是属于薄膜干涉现象（ ）
A. 雨后美丽的彩虹
B. 阳光照在肥皂膜上的彩色条纹
C. 阳光下水面上的油膜的彩色条纹
D. 阳光通过三棱镜后得到的彩色条纹
11. 光学镜头涂一层薄膜叫做增透膜，以下说法中正确的是（ ）
A. 增透膜的作用是为了减少光的反射损失．增强透射光的强度
B. 增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的
C. 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的
D. 因为增透膜的厚度一般选为适合绿光反射时相互抵消，红光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色
12. 取两块平玻璃片，合在一起用手捏紧，会从玻璃板上看到彩色条纹，这是光的干涉现象，有关这一干涉的以下说法中正确的是（ ）
A. 这是上、下两块玻璃板的上表面反射的光干涉的结果
B. 这是上面那块玻璃板的上、下两个表面的反射光干涉的结果
C. 这是两玻璃板间的空气薄层上、下两表面反射的光相干涉的结果
D. 这是下面那块玻璃板的上，下两个表面的反射光相干涉的结果
13. 如下图所示是通过游标卡尺两测脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片，从照片（1）到（4），游标卡尺两测脚间的宽度是由 变 的；照片（4）中央条纹
的颜色应是 色。
【答案】
1. A、B 2. C 3. B、C 4. B 5. B 6. C
7. A、B、C 8. 惠更斯，托马斯 扬
9. 波长整数倍，暗
10. B、C 11. A、C、D 12. C 13. 大，小，白
【励志故事】
把今天当干草
一次，去新疆旅游，住在一户牧民家。牧民家里养了一头骆驼，骆驼面前放着一堆干草。我问牧民，为什么骆驼不吃鲜润的青草而吃苦涩的干草？牧民说：骆驼是忧患心理很强的动物，它害怕主人第二天就让它穿越沙漠，而胃中的干草要比青草耐饥，一头成年骆驼一晚可以慢慢咽下几十斤干草。
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