13.3光的干涉-人教版高中物理选修3-4教案

光的干涉
【学习目标】
1．知道光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中说明光是一种波．
2．理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因．
3．了解相干光源，掌握产生干涉的条件．
5．知道实验操作步骤．
6．会进行数据处理和误差分析．
知识回顾：
1.
如果两列相同的机械波的波峰传到同一地方这个地方的振幅会怎样？
答：振幅会加倍。
2.
什么情况下可以观察到的光的衍射最明显？
答：障碍物和孔的尺寸大小和波长差不多。
3.
我们学过声波可以发生叠加那么光波可以发生叠加吗？
答：可以发生叠加。
知识点一、光的干涉
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，即亮纹和暗纹相间的现象．
如图所示，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝和的挡板上，狭缝和相距很近．如果光是一种波，狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是相同的．这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象，光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹．
（2）干涉条件：两列光的频率相同，振动情况相同且相差恒定．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，称为分光法．
屏上某处出现明、暗条纹的条件：
同机械波的干涉一样，光波的干涉也有加强区和减弱区，加强区照射到光屏上出现亮条纹，减弱区照射到光屏上就出现暗条纹．对于相差为的两列光波如果光屏上某点到两个波源的路程差是波长的整数倍，该点是加强点；如果光屏上某点到两个波源的路程差是半波长的奇数倍，该点是减弱点．因此，出现亮条纹的条件是路程差：，
出现暗条纹的条件是路程差：，
如图所示，若是亮条纹，则（）．
由图知：，
，，
由于很小，，所以，
（），该处出现亮条纹．
当时，即图中的点，到达点的路程差为零，一定是振动加强点，出现亮纹，又叫中央亮纹．
当时，为第一亮纹，由对称性可知在点的下方也有和点上方相对称的亮纹．
同理，由（），
可得（），该处出现暗条纹．
双缝干涉条纹特征：
有关双缝干涉问题，一定要用双缝干涉的特点进行分析，一是两缝间距应很小；二是照射到两缝上的光波必须是相干光；三是两相邻亮纹或两相邻暗纹间的距离；四是出现亮纹的条件是路程差，；出现暗纹的条件是路程差（）；五是白光的干涉条纹为彩色，但中央亮纹仍为白色；六是单色光的干涉条纹宽度相同，明暗相间，均匀分布．不同色光条纹宽度不同，波长越长的干涉条纹的宽度越大；七是白光干涉时，各色光的条纹间距离不等．
一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因：
由于不同光源发出的光频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相差，在一般情况下，很难找到那么小的缝和那些特殊的装置．故一般情况下不易观察到光的干涉现象．
例题1.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上点的距离之差为，若分别用频率和的单色光垂直照射双缝，则点出现明、暗条纹的情况是（
）．
A．单色光和分别照射时，均出现明条纹
B．单色光和分别照射时，均出现暗条纹
c．单色光照射时出现明条纹，单色光照射时出现暗条纹
D．单色光照射时出现暗条纹，单色光照射时出现明条纹
【思路点拨】光程差是波长的整数倍处出现亮条纹；与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．
【答案】C
【解析】该题考查双缝干涉实验中屏上出现明、暗条纹的条件．根据已有波的叠加知识知，与两个狭缝的光程差是波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．据可得
，
，
即，，
可得出正确选项为C．
【总结升华】记住双缝干涉中后面光屏出现明暗务纹的条件：光程差是波长的整数倍处出现亮条纹；与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．
课堂练习一：
劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1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2所示．干涉条纹有如下特点：⑴任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；⑵任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图1装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（
）
A．变疏
B．变密
C．不变
D．消失
【思路点拨】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为空气层厚度的倍，当光程差时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为．
【答案】A
【解析】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为，即光程差为空气层厚度的倍，当光程差时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为，显然抽去一张纸后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大．故干涉条纹条纹变疏，故A正确．
故选A．
【总结升华】掌握了薄膜干涉的原理和相邻条纹空气层厚度差的关系即可顺利解决此类题目．
课堂练习二：
如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为的橙色光源照射单缝，在光屏中央处观察到亮条纹，在位于点上方的点出现第一条亮纹中心（即到的光程差为一个波长），现换用波长为的紫光源照射单缝，则（
）．
A．和仍为亮点
B．为亮点，为暗点
C．为暗点，为亮点
D．、均为暗点
【答案】B
【解析】从单缝射出的光波被两缝分成的两束光为相干光，由题意，屏中央点到距离相等，即由分别射出的光到点的路程差为零，因此是亮纹中心，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，点都是中央亮纹中心．
而点到的光程差刚好是橙光的一个波长，即，则两列光波到达点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹．
当换用波长为的紫光时，，则两列光波到达点时振动情况完全相反，即由射出的光波到达点时就相互消弱，因此，出现暗条纹．综上所述，B项正确．
【总结升华】判断屏上某点为亮纹还是暗纹，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的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．
课堂练习三：
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，屏上将呈现彩色条纹
D．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹
【答案】B、D
【解析】白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，A错；B为红光的双缝干涉，图样为红黑相间，故B正确；红光和紫光频率不同，不能产生干涉图样，C错；遮住一条狭缝时，紫光将发生单缝衍射，形成衍射图样，D正确．