高中物理人教版选修3-4 学案 第十三章 第3节 光的干涉 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 学案 第十三章 第3节 光的干涉 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 140.2KB | ||
| 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 | 2019-12-27 10:44:56 | ||
图片预览
文档简介
第3节 光的干涉
1．知道杨氏干涉实验，知道光的干涉现象的产生条件，理解光是一种波。
2．理解明暗相间条纹的成因及出现明暗条纹的条件。
一、杨氏干涉实验
1．物理史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
2．实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
3．实验结论：光的确是一种波。
二、决定条纹间距的条件
当两个频率相同、相位差恒定和振动方向相同的光源与屏上某点的距离之差Δx等于半波长的偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时)，即Δx＝2k·(k＝0,1,2，…)，两列光波在这点叠加的结果相互加强，出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差Δx等于半波长的奇数倍时，即Δx＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)，两列光波在这点叠加的结果相互削弱，出现暗条纹。
判一判
(1)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。( )
(2)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。( )
(3)当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于零时，出现暗条纹。( )
(4)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时出现亮条纹。( )
提示：(1)× (2)√ (3)× (4)√
想一想
(1)托马斯·杨用光的干涉实验说明了什么？
提示：干涉是波的特性，光能够发生干涉现象，表明光是一种波。
(2)在双缝干涉实验中，用白光做光源，在两条狭缝上，一个用红色滤光片(只允许通过红光)遮挡，一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡，屏上还有干涉条纹吗？
提示：屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，透过的两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会再发生干涉。
课堂任务 对光的干涉的理解
1．光的干涉
(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即出现亮纹和暗纹相间的现象。
(2)干涉条件：两列光的频率相同、相位差保持不变或两列光振动情况总是相同。能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列而获得。
2．托马斯·杨的双缝干涉实验
(1)实验装置
杨氏那时没有激光，因此他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，其装置示意图如图所示。
(2)单缝屏的作用
获得一个线光源，使光源有唯一的频率和相同振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏。
(3)双缝屏的作用
平行光照射到单缝S上后，通过单缝的光又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同、振动情况完全一致的相干光。
(4)双缝干涉图样
①单色光：通过双缝后在屏上形成等间距明暗相间的条纹，如图所示。
②白光：中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹。
3．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的，即振动方向总是相同的，总是同时过最高点、最低点、平衡位置；暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为：
(1)亮条纹的条件
屏上某点P到两缝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纹。
(2)暗条纹的条件
屏上某点P到两缝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，…)。
例 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，则P点出现明、暗条纹的情况是( )
A．单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹
B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹
D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹
(1)在双缝干涉实验中，光屏上何处出现亮条纹？何处出现暗条纹？
提示：在双缝干涉实验中，当屏上某点到双缝的路程差恰为半波长的偶数倍时，在该处将出现亮条纹；当屏上某点到双缝的路程差恰为半波长的奇数倍时，在该处将出现暗条纹。
(2)如何确定波长？
提示：由波速v＝λf可得λ＝。
[规范解答] 单色光f1的波长
λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，
单色光f2的波长
λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm，
因P点到双缝的距离之差Δx＝0.6 μm＝λ1，所以用f1照射时P点出现亮条纹。Δx＝0.6 μm＝λ2，所以用f2照射时P点出现暗条纹，故C正确。
[完美答案] C
亮暗条纹的判断方法
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)的路程差与波长的比值。路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹。
关于光的干涉，下列说法中正确的是( )
A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B．频率相同的两列光一定能产生干涉
C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
答案 C
解析 在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；两列光波产生干涉时，频率必须相同，但频率相同的光不一定产生干涉，C正确，B、D错误。
如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上P点出现第三条暗条纹(从中央亮条纹往上数)，已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)，由题中条件可知，k＝2，r2－r1＝λ，又因为λ＝，则可得D正确。
1．知道杨氏干涉实验，知道光的干涉现象的产生条件，理解光是一种波。
2．理解明暗相间条纹的成因及出现明暗条纹的条件。
一、杨氏干涉实验
1．物理史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
2．实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
3．实验结论：光的确是一种波。
二、决定条纹间距的条件
当两个频率相同、相位差恒定和振动方向相同的光源与屏上某点的距离之差Δx等于半波长的偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时)，即Δx＝2k·(k＝0,1,2，…)，两列光波在这点叠加的结果相互加强，出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差Δx等于半波长的奇数倍时，即Δx＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)，两列光波在这点叠加的结果相互削弱，出现暗条纹。
判一判
(1)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。( )
(2)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。( )
(3)当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于零时，出现暗条纹。( )
(4)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时出现亮条纹。( )
提示：(1)× (2)√ (3)× (4)√
想一想
(1)托马斯·杨用光的干涉实验说明了什么？
提示：干涉是波的特性，光能够发生干涉现象，表明光是一种波。
(2)在双缝干涉实验中，用白光做光源，在两条狭缝上，一个用红色滤光片(只允许通过红光)遮挡，一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡，屏上还有干涉条纹吗？
提示：屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，透过的两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会再发生干涉。
课堂任务 对光的干涉的理解
1．光的干涉
(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即出现亮纹和暗纹相间的现象。
(2)干涉条件：两列光的频率相同、相位差保持不变或两列光振动情况总是相同。能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列而获得。
2．托马斯·杨的双缝干涉实验
(1)实验装置
杨氏那时没有激光，因此他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，其装置示意图如图所示。
(2)单缝屏的作用
获得一个线光源，使光源有唯一的频率和相同振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏。
(3)双缝屏的作用
平行光照射到单缝S上后，通过单缝的光又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同、振动情况完全一致的相干光。
(4)双缝干涉图样
①单色光：通过双缝后在屏上形成等间距明暗相间的条纹，如图所示。
②白光：中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹。
3．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的，即振动方向总是相同的，总是同时过最高点、最低点、平衡位置；暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为：
(1)亮条纹的条件
屏上某点P到两缝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纹。
(2)暗条纹的条件
屏上某点P到两缝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，…)。
例 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，则P点出现明、暗条纹的情况是( )
A．单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹
B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹
D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹
(1)在双缝干涉实验中，光屏上何处出现亮条纹？何处出现暗条纹？
提示：在双缝干涉实验中，当屏上某点到双缝的路程差恰为半波长的偶数倍时，在该处将出现亮条纹；当屏上某点到双缝的路程差恰为半波长的奇数倍时，在该处将出现暗条纹。
(2)如何确定波长？
提示：由波速v＝λf可得λ＝。
[规范解答] 单色光f1的波长
λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，
单色光f2的波长
λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm，
因P点到双缝的距离之差Δx＝0.6 μm＝λ1，所以用f1照射时P点出现亮条纹。Δx＝0.6 μm＝λ2，所以用f2照射时P点出现暗条纹，故C正确。
[完美答案] C
亮暗条纹的判断方法
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)的路程差与波长的比值。路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹。
关于光的干涉，下列说法中正确的是( )
A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B．频率相同的两列光一定能产生干涉
C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
答案 C
解析 在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；两列光波产生干涉时，频率必须相同，但频率相同的光不一定产生干涉，C正确，B、D错误。
如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上P点出现第三条暗条纹(从中央亮条纹往上数)，已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)，由题中条件可知，k＝2，r2－r1＝λ，又因为λ＝，则可得D正确。