课件46张PPT。知识点一
知识点二
知识点三
学业分层测评光 的 干 涉 及 其 产 生 条 件明暗相间 波 波 频率 振动方向 恒定 √ √ × 实 验 : 用 双 缝 干 涉 测 定 光 的 波 长薄 膜 干 涉 及 其 应 用两个面 平面平整程度 增透膜 透射光 × √ √
第1节 光的干涉
光 的 干 涉 及 其 产 生 条 件
[先填空]
1．干涉现象
两束光相遇时，如果满足一定的条件，就会产生干涉现象，在屏上出现明暗相间的干涉条纹．
2．由干涉现象得出的结论
光具有波的特性，光是一种波．
3．相干条件
要使两列光波相遇时产生干涉现象，两光源必须具有相同的频率和振动方向，还要满足相位差恒定．
4．相邻条纹间距公式：Δy＝λ.
[再判断]
1．如果两列光波到达某点时，路程差为波长的整数倍，这两列波互相加强，在那里就出现亮条纹．(√)
2．在干涉条纹中，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是相等的．(√)
3．光波的波长λ越大，相邻两条纹间的距离越小．(×)
[后思考]
两只手电筒射出的光束在空间相遇，能否观察到光的干涉现象？
【提示】 两只手电筒射出的光束在空间相遇，不满足光发生干涉的条件，不能观察到光的干涉现象．
[核心点击]
1．双缝干涉的示意图
图5-1-1
2．单缝的作用
用同一极小部分光源产生的光形成点光源，最大限度地保证光的相干性．
3．双缝的作用
平行光照射到单缝S上后，又照到双缝S1、S2上，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．
4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件：频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总是相反．具体产生亮、暗条纹的条件为
(1)亮条纹产生的条件：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：
|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)
k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的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)暗条纹产生的条件：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＝0,1,2,3，…)
k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．
5．干涉图样的特点
图5-1-2
(1)单色光的干涉图样特点：中央为亮条纹，两边是明、暗相间的条纹，且相邻亮条纹与亮条纹中心间、相邻暗条纹与暗条纹中心间的距离相等．
(2)白光的干涉图样：若用白光做实验，则中央亮条纹为白色，两则出现彩色条纹，彩色条纹显示不同颜色光的干涉条纹间距是不同的．
1．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是( )
A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的奇数倍处出现暗条纹
D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生
E．用同一装置做实验，不同颜色的光产生的干涉条纹间距不同
【解析】 在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误、B正确．在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹，选项C正确．两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误．不同颜色的光波长不同，根据Δy＝λ，E正确．
【答案】 BCE
2.在双缝干涉实验中，屏上一点P到双缝的距离之差为1.5×10－6 m若用频率为5.0×1014 Hz的单色光照射双缝，该点出现亮条纹还是暗条纹？从屏中心算起这是第几条什么条纹？
【解析】 该单色光的波长λ＝＝ m＝6×10－7 m，P点到双缝的距离差与波长的大小关系为1.5×10－6 m＝2.5λ，即距离差为半波长的奇数倍，P点处是暗条纹．令2.5λ＝(2k－1)(k＝1,2,3，…)，得k＝3，这是第3条暗条纹．
【答案】 暗条纹 第3条暗条纹
分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤
1．由题设情况依λ真＝nλ介，求得光在真空(或空气)中的波长．
2．由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹．
3．根据明条纹的判断式Δr＝kλ(k＝0,1,2，…)或暗条纹的判断式Δr＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)，判断出k的取值，从而判断条纹数．
实 验 : 用 双 缝 干 涉 测 定 光 的 波 长
1．实验目的
(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样．
(2)掌握用公式Δy＝λ测定单色光的波长的方法．
2．实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺．
3．实验步骤
(1)器材的安装与调整：
①先将光源(线状光源)、遮光筒依次放于光具座上，如图5-1-3所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮；
图5-1-3
②将单缝和双缝安装在光具座上，使线状光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，如图5-1-4所示，并注意使双缝与单缝相互平行，调节分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央．
图5-1-4
(2)观察双缝干涉图样：
①调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10 cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮．在屏上就会看到白光的双缝干涉图样；
②将红色(或绿色)滤光片套在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹；
③在光源及单缝之间加上一凸透镜，调节光源及单缝的位置，使光源灯丝成像于单缝上，可提高双缝干涉条纹的亮度，使条纹更加清晰，如图5-1-5所示．
图5-1-5
(3)测定单色光的波长：
①转动手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中央，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻度线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δy＝；
②用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(双缝间距d是已知的)；
③将测得的l、Δy代入Δy＝λ求出光的波长λ；
④多次重复上述步骤，求出波长的平均值；
⑤换用不同的滤光片，重复上述实验．
3．如图5-1-6所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取____________________或____________________的方法．
图5-1-6
【解析】 做该实验时用单色光，应特别注意，②是滤光片，其他依次是单缝屏、双缝屏、遮光筒和毛玻璃屏．由条纹间距公式Δx＝λ可知，要增大相邻条纹间距，应该增大双缝屏到光屏的距离或者减小两缝间距离．
【答案】 滤光片 单缝屏 双缝屏 增大双缝屏到光屏的距离 减小双缝屏两缝间距离
4．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，要把它们放在如图5-1-7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.
图5-1-7
(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.
(2)本实验的实验步骤有：
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______________和______________．
(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5-1-8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5-1-8乙中手轮上的示数________ mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________ mm.
图5-1-8
(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，由计算公式λ＝________，求得所测红光波长为________ mm.
【解析】 (1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：E、D、B.
(2)单缝与双缝的间距为5～10 cm，使单缝与双缝相互平行．
(3)甲图的读数为2.320 mm
乙图的读数为13.870 mm
Δx＝ mm＝2.310 mm
(4)由Δx＝λ可得：λ＝Δx
可求出λ＝×2.310 mm＝6.6×10－4 mm
【答案】 (1)E、D、B (2)单缝与双缝的间距为5～10 cm 使单缝与双缝相互平行 (3)13.870 2.310 (4)Δx 6.6×10－4
测量Δy的方法
测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图5-1-9所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离Δy＝.
测量头 分划板中心刻线与条纹的中心对齐
图5-1-9
薄 膜 干 涉 及 其 应 用
[先填空]
1．薄膜干涉
由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象．
2．薄膜干涉实例
(1)色彩斑斓的肥皂泡；
(2)五颜六色的油膜．
3．薄膜干涉现象的实用价值
(1)劈尖干涉是一种劈形空气薄膜干涉，可用于平面平整程度检查；
(2)在照相机、望远镜等高质量的光学仪器中，在其镜头的表面镀上透明的增透膜，用来增加透射光的能量．
[再判断]
1．薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的．(×)
2．增透膜的厚度应等于光在空气中的波长的四分之一．(√)
3．水面上漂浮的油膜出现彩色条纹是薄膜干涉现象．(√)
[后思考]
如图5-1-10所示是几种常见的薄膜干涉图样，这些干涉图样是怎样形成的呢？
图5-1-10
【提示】 是由薄膜上、下表面反射光束相遇而产生的干涉．
[核心点击]
1．薄膜干涉现象
(1)现象：
①每一条纹呈水平状态排列．
②由于各种色光干涉后相邻两亮纹中心的距离不同，所以若用白光做这个实验，会观察到彩色干涉条纹．
(2)成因：
①如图5-1-11所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄．
图5-1-11
②在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，在某些位置这两列波叠加后互相加强，则出现亮条纹；在另一些位置，叠加后互相削弱，则出现暗条纹．故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹．
③若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹．
2．用干涉法检查平面平整度：如图5-1-12甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图5-1-12乙中 P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图5-1-12乙中Q所示．(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)
甲 乙
图5-1-12
5.如图5-1-13所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是( )
A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹
B．人从左侧向右看，可以看到彩色条纹
C．彩色条纹水平排列
D．彩色条纹竖直排列
E．肥皂膜的彩色条纹是前后两表面反射的光干涉形成的
图5-1-13
【解析】 一束白光射到薄膜上，经前后两个界面反射回来的光相遇，产生干涉现象，我们由左向右看可以看到彩色条纹，故选项A错误，选项B正确；由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的，故选项C正确，选项D错误．肥皂膜的彩色条纹是前后两表面反射的光干涉形成的，E正确．
【答案】 BCE
6．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图5-1-14甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，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．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图5-1-14乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹会发生怎样变化？
甲 乙
图5-1-14
【解析】 光线在空气膜的上、下表面发生反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻亮条纹，如图所示，则此两处的光程分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2.
因为光程差δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ.
设此两相邻亮纹中心的距离为Δl，则由几何关系得＝tan θ，即Δl＝当抽去一张纸片θ减小，Δl增大，条纹变疏．
【答案】 干涉条纹会变疏
薄膜干涉中的规律
1．用单色光照射薄膜时，两个表面反射的光是相干的，形成明暗相间的条纹．
2．用不同的单色光照射，看到亮纹的位置不同．
3．用白光照射时，不同颜色的光在不同位置形成不同的条纹，看起来就是彩色的．
第一节 光的干涉
三维教学目标
1、知识与技能
（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）如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，怎么会出现时间上是稳定的，空间上存在着。
2、过程与方法
（1）通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力；
（2）通过观察实验培养学生观察、表述物理现象，概括其规律特征的能力，学生亲自做实验培养学生动手的实践能力。
3、情感、态度与价值观
教学重点：波的干涉条件，相干光源；如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，怎么会出现时间上是稳定的，空间上存在着。
教学难点：如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，怎么会出现时间上是稳定的，空间上存在着；加强区和减弱区并且互相间隔，如何理解“加强”和“减弱”。
1、从红光到紫光频率是如何变化的？频率由谁决定？
（1）从红光到紫光的频率关系为： υ紫 > ………> υ红
（2）频率由光源决定与传播介质无关。（由光源的发光方式决定）
2、在真空中，从红光到紫光波长是如何变化的？
3、任一单色光从真空进入某一介质时，波长、光速、频率各如何变化？（1）当光从真空进入介质或从一种介质进入另一种介质时，频率不发生变化。即光的的颜色不发生改变。
（2）当光从真空进入介质后，传播速度将变小。当光从一种介质进入另一种介质后，又如何判断传播速度的变化？
当光从一种介质进入另一种介质后，又如何判断波长的变化？
例1：已知介质对某单色光的临界角为θ，则( )
该介质对此单色光的折射率等于1/sinθ B.此单色光在该介质中的传播速度等于csinθ倍(c是真空中的光速) C.此单色光在该介质中的波长是在真空中的波长的sinθ倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的1/sinθ倍
4、在同一介质中，从红光到紫光波长、速度大小间的关系如何？
（1）在同一种介质中，频率小的传播速度大。
（2）在同一种介质中，频率小的波长大（这一点与真空中的规律一样）。
5、产生稳定干涉现象的条件是什么？（
频率相同、振动方向相同、相差保持恒定）
6、日常生活中为何不易看到光的干涉现象？（
对机械波来说容易满足相干条件，对光来讲就困难的多，这与光源的发光机理有关，利用普通光源获得相干光的方法是把一列光波设法分成两部分进行叠加发生干涉）
杨氏双缝干涉图样的特点有那些？
（1）单色光为：等间距、明暗相间的条纹。（明暗条纹的宽度相同）
（2）相同双缝时，频率越大纹越窄。
（3）白光干涉图样为彩色，中央亮纹为白色。
注意：与单缝衍射图样进行对比区别。
8、如何解释白光杨氏双缝干涉图样是彩色的这一现象？如何解释紫光的杨氏双缝干涉条纹比红光窄这一现象？
例1：用红光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，在其他条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变_____，如果改用白光做实验，在屏上将出现_____色条纹。
例2：用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是( ) A.相邻干涉条纹之间的距离相等 B.中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍 C.屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间距增大 D.在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
9、薄膜干涉是指哪两列光波的叠加？（
薄膜上下表面的反射光，干涉条纹出现在被照面上）
11、如何理解等厚干涉的“厚”字？
（1）由于膜很薄所以上下表面叠加反射光的光程差为所在处膜厚的2倍。
（2）厚度相同各点光程差相同，干涉纹的亮度相同。（同一条纹下方膜的厚度相同）
（3）在膜的一个表面为平面的前提下，如果纹是等间隔直纹，说明膜的另一表面是平面；如果局部出现弯曲，说明弯曲处面不平。
例1：如图4-4所示，竖直的肥皂液膜的横截面，右侧受到一束平行光的照射，关于肥皂液膜产生干涉条纹的说法正确的是( )
A.在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液薄膜左右两个表面反射的两列波迭加生成的 B.在左侧也能观察到类似的条纹 C.观察到的条纹可能是黑白相间的也可能是色彩相间的
D.观察到的条纹可能是水平的也可能是竖直的
11、为什么照相机的镜头常呈淡紫色或蓝色？
为了增加通光量，在镜头上镀上了增透膜的缘故。因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的厚度为绿光的1/4。以增大绿光的透射强度。因为红光与紫光反射强度大，所以镜头的颜色常呈淡紫色或蓝色。
例1：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.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了一层薄膜(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表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( ) A. λ/8 B. λ/4 C. λ/4 D.λ
