高二物理选修3-4光的干涉课件

(共30张PPT)
光的干涉
???1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉．
光的干涉
一、光的干涉现象---杨氏干涉实验
1、装置特点：
（1）双缝很近 0.1mm，
（2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等，
单缝
双缝
红滤色片
S1
S
S2
屏幕
2、 ①要用单色光
②单孔的作用：是获得点光源
③双孔的作用：相当于两个振动情况完全相同的光源，双孔的作用是获得相干光源
用狭缝代替小孔，可以得到同样清晰，但明亮得多的干涉条纹。
得到相干光源：一分为二的思想
光的干涉
双缝干涉
激光束
双缝
屏
屏上看到明暗相间的条纹
S1
S2
P
P
δ=0
中央亮纹
由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。
双缝
S1
S2
屏幕
P1
第一亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
P1
取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出现第一条亮纹。
λ
λ
δ=λ
P2
第二亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝2λ的P2点出现第二条亮纹。
2λ
P3
第三亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。
3λ
双缝
S1
S2
屏幕
P1 第一亮纹 δ=λ
P 中央亮纹 δ=0
P2 第二亮纹 δ=2λ
P3 / 第三亮纹 δ=3λ
P3 第三亮纹 δ=3λ
P3 / 第二亮纹 δ=2λ
P3 / 第一亮纹 δ=λ
Q1
第一暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
P1
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。
λ/2
λ/2
P 中央亮纹
Q2
第二暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。
3λ/2
Q1
第一暗纹
P 中央亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
P1 第一亮纹 δ=λ
P 中央亮纹 δ=0
P2 第二亮纹 δ=2λ
P3 / 第三亮纹 δ=3λ
P3 第三亮纹 δ=3λ
P3 / 第二亮纹 δ=2λ
P3 / 第一亮纹 δ=λ
Q2 第二暗纹
Q 1 第一暗纹
Q3 第三暗纹
Q3 / 第三暗纹
Q2 / 第二暗纹
Q1 / 第一暗纹
δ=5λ/2
δ=λ/2
δ=3λ/2
δ=5λ/2
δ=3λ/2
δ=λ/2
（1）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为0、1 λ、2 λ、3 λ、等波长的整数倍（半波长的奇数倍）时，该点为振动加强点。
（2）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为λ /2、3 λ/2、5λ/2、等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点。
总结规律
光程差 δ =kλ（ k=0，1，2，等）
光程差 δ =（2k+1)λ/2 (k=0,1,2,3,等）
亮纹
暗纹
S1
S2
P1
P
l
??波长用λ表示，d表示两个狭缝之间的距离，l为挡板与屏间的距离．
其中 n = 0,1,2,…….
X
ΔS=n·λ
S1
S2
P1
P
l
??波长用λ表示，d表示两个狭缝之间的距离，l为挡板与屏间的距离．
其中 n =1,2,…….
S1
S2
P1
P
l
ΔX
ΔX
ΔX
ΔX
ΔX
ΔX
一、薄膜干涉
如图，点着酒精灯，在其火焰上洒一些食盐，使酒精灯便发出黄色的火焰。把带肥皂液薄膜的金属圈放在酒精灯旁适当的位置，使眼睛恰能看到由薄膜反射而生成的黄色火焰的虚像。当肥皂薄膜下垂到一定程度，就在虚像上出现了明暗相间的干涉条纹。
一、薄膜干涉
干涉条纹形成的原因：竖立的肥皂薄膜在重力作用下形成了上薄下厚的楔形。当酒精灯的火焰照射到薄膜上时，分别从膜的前表面和后表面反射的两列光波，它们频率相同，方向一致，能产生干涉。在薄膜的某些地方，两列光波反射回来时，恰是波峰和波峰叠加，波谷和波谷叠加，使光波的振动加强，形成亮条纹；而在另一些地方，两列光波的波峰和波谷叠加，使光波的振动互相抵消，形成暗条纹。
想一下，
在亮条纹处，对应的薄膜的厚度与波长关系怎样？
在暗条纹处，对应的薄膜的厚度与波长关系怎样？
一、薄膜干涉
不同单色光的薄膜干涉条纹
可见，波长λ越长，干涉条纹越宽
白光的薄膜干涉条纹
——彩色条纹
水面上的油膜呈彩色
二、应用（一）
——检查表面的平整程度
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹
标准样板
待检部件
空气薄层
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。
(a) (b) (c)
单色光
标准样板
薄片
被检测平面
二、应用（一）
——检查表面的平整程度
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
二、应用（二）
——增透膜
镀层薄膜
在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程度恰好等于半个波长，因而互相抵，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。
二、应用（二）
——增透膜
1、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？
2、是否对所有颜色的光都有增透的作用？
薄膜的厚度至少是入射光在薄膜中波长的1/4。
因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。
1、下列现象属于薄膜干涉的有: （ ）
A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹;
B.雨后天空中呈现的彩虹;
C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹
D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。
练习
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2、用单色光照射肥皂薄膜:（ ）
A.看到的干涉图样是明暗相间的条纹;
B.从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发
生干涉,形成干涉图样。
C.一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别
反射出来,形成两列波,这两列波频率相同,
所以可以产生干涉;
D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。
2002（上海卷）
3、如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（ ）
　　　
(93年高考题)
4、如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表面是否平的装置，所用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哪两个表面反射的光叠加而成的( ) 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　
2003（上海卷）
5、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将（ ）
A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失
6、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是： A．增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度； 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．因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。
7、将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为（ ）
A，λ/4n； B，λ/2n； C，λ/4； D，λ/2