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1、 13 2 波的干涉 二中高二物理组 冰川 波的干涉波的干涉相关知识复习相关知识复习 频率相同的两列波频率相同的两列波 相干波相干波 叠加叠加 使某些区域振动使某些区域振动 加强加强 波峰与波峰 波谷与波谷叠加波峰与波峰 波谷与波谷叠加 而在某些区域振而在某些区域振 动减弱动减弱 波峰与波谷叠加波峰与波谷叠加 且振动加强的区域与振动减且振动加强的区域与振动减 弱的区域相互间隔弱的区域相互间隔 这种现象叫这种现象叫波的干涉波的干涉 水水 波波 的的 干干 涉涉 干涉现象干涉现象 衍射现象是波独有的特征衍射现象是波独有的特征 如果要证明光是波的话如果要证明光是波的话 就应观察到光的干涉现象就应观察
2、到光的干涉现象 18011801年英国物理学家托马斯年英国物理学家托马斯 扬扬 在实验室里成功地观察到了光的在实验室里成功地观察到了光的 干涉现象干涉现象 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验 实验装置及现象实验装置及现象 单单 缝缝 双双 缝缝 屏屏 杨氏杨氏双缝双缝干涉实验干涉实验 1 1 装置特点装置特点 2 2 要用单色光要用单色光 单缝单缝双缝 双缝 S1S1 S S S2S2 屏屏 屏上看到明暗相间的条纹屏上看到明暗相间的条纹 屏上形成的明暗相间条纹叫做屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样干涉图样 2 2 双缝很近双缝很近 0 1mm0 1mm 1 1 双缝 双缝S1S1 S2S2到单缝
3、到单缝S S的距离相等的距离相等 双缝的作用是获得两个振动情况完全双缝的作用是获得两个振动情况完全 相同的光源 叫相同的光源 叫相干光源相干光源 频率相同频率相同 双缝的作用双缝的作用 单缝的作用 单缝的作用 获得光源获得光源 干涉模拟 3 3 干涉图样的特点干涉图样的特点 屏上到屏上到S S 1 1S S2 2 距离相距离相 等的点出现的是明等的点出现的是明 条纹条纹 叫做叫做中央亮纹中央亮纹 明明 暗暗 条纹的宽度相同条纹的宽度相同 S1S1 S2S2 双缝双缝 屏幕屏幕 P P 1 1 第一亮纹 第一亮纹 P P 中央亮纹 中央亮纹 P P 2 2 第二亮纹 第二亮纹 P P 3 3 第
4、三亮纹第三亮纹 P P 3 3 第三亮纹 第三亮纹 P P 3 3 第二亮纹第二亮纹 P P 3 3 第一亮纹第一亮纹 光屏上为什么会出现明暗相间的条纹呢 光屏上为什么会出现明暗相间的条纹呢 明暗条纹成因分析明暗条纹成因分析 明条纹形成的原因明条纹形成的原因 S1 S2 P P 中 央 亮 纹 由于S1S2到中央亮纹的距离是相等的 又由于从S1S2发出的光是振动情况完全 相同 那么 当其中一条光传来的是波 峰时 另一条传来的也一定是波峰 其中一条光传来的是波谷时 另一条 传来的也一定是波谷 在P点总是波峰 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 故出现亮
5、纹 双缝 S1 S2 屏幕 中央明纹中央明纹 的形成原因的形成原因 光程差光程差 0 0 光程差光程差 S1P S2P 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 正好等 于一个波长 S1 S2 当其中一条光传来的是波峰时 另 一条传来的也一定是波峰 其中一条光传来的是波谷时 另一 条传来的也一定是波谷 在P1点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 P1点总是振动加强的地方 故出现亮纹 第一条亮纹的形成原因分析第一条亮纹的形成原因分析 光程差光程差 取P点上方的点P2 从S1S2发出的光到P2
6、点的光程差 正好等 于一个波长 S1 S2 2 当其中一条光传来的是波峰时 另一条传来的也一定是波峰 其中一条光传来的是波谷时 另 一条传来的也一定是波谷 在P2点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 P2点总是振动加强的地方 故出现亮纹 光程差光程差 2 2 S1 S2 P2 2 双缝 S1 S2 屏幕 P1 第一亮纹 P 中央亮纹 0 P2 第二亮纹 2 P3 第三亮纹 3 P3 第三亮纹 3 P3 第二亮纹 2 P3 第一亮纹 当光程差当光程差 n n 时出现亮纹时出现亮纹 以此类推以此类推 当光程差 n 那 么 当其中一条光传 来的是波峰时 另一 条传来的也一
7、定是波 峰 其中一条光传来 的是波谷时 另一条 传来的也一定是波谷 在Pn点总是波峰与 波峰相遇或波谷与波 谷相遇 振幅A A1 A2为最大 Pn点总 是振动加强的地方 故出现亮纹 Q1 第一暗纹 Q1 当其中一条光传来的是波峰 另当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 另一条传来的光传来的是波谷 另一条传来的 一定是波峰 一定是波峰 Q Q 1 1 点总是波峰与波点总是波峰与波 谷相遇 振幅最小 谷相遇 振幅最小 Q Q 1 1 点总是振点总是振 动减弱的地方 故出现暗纹 动减弱的地方 故出现暗纹 2 S1 S2 2 双缝 S1
8、 S2 屏幕 P 中央亮纹 暗条纹形成的原因暗条纹形成的原因 取取P P点上方的点点上方的点Q1Q1 与两个狭缝 与两个狭缝S1S1 S2S2路程差路程差 S1 S1 S2S2 2 2 2 2 Q2 第二暗纹 双缝 S1 S2 屏幕 3 2 Q1 第一暗纹 P 中央亮纹 取取P P点上方的点点上方的点QQ 2 2 与 与 两个狭缝两个狭缝S1S1 S2S2路程路程 差差 S1 S1 S2S2 3 23 2 当其中一条光传来的是波当其中一条光传来的是波 峰 另一条传来的就是波峰 另一条传来的就是波 谷 其中一条光传来的是谷 其中一条光传来的是 波谷 另一条传来的一定波谷 另一条传来的一定 是波峰
9、 是波峰 Q Q 2 2 点总是波峰与点总是波峰与 波谷相遇 振幅最小 波谷相遇 振幅最小 Q Q 2 2 点总是振动减弱的地方 点总是振动减弱的地方 故出现暗纹 故出现暗纹 3 2 3 2 双缝 S1 S2 屏幕 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 5 2 2 3 2 5 2 3 2 2 当光程差当光程差 半波长的奇数时出现暗纹半波长的奇数时出现暗纹 以此类推以此类推 1 空间的某点距离光源S1 和S2的路程差为0 1 2 3 等波长的整数倍 半波长的偶数倍 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 2
10、 3 2 5 2 等 半波长的奇数倍时 该点 为振动减弱点 总结规律总结规律 光程差光程差 k k k 0k 0 1 1 2 2 等 等 光程差光程差 2k 1 2 2k 1 2 k 1 2 3 k 1 2 3 等 等 亮纹亮纹 暗纹 亮纹 光程差亮纹 光程差 k k k 0k 0 1 1 2 2 等 等 结论 产生明暗条纹的条件产生明暗条纹的条件 暗纹 光程差暗纹 光程差 2k2k 1 2 k1 2 k 0 1 2 3 0 1 2 3 等 等 双缝双缝 S1S1 S2S2 屏幕屏幕 干涉条纹的间距 条纹宽度 与哪些因素有关 1 1 什么是 什么是干涉条纹的间距干涉条纹的间距 条纹宽度条纹宽度
11、 x x 条纹间距的含义 亮纹和亮纹条纹间距的含义 亮纹和亮纹 之间的距离或暗纹和暗纹之间之间的距离或暗纹和暗纹之间 的距离叫做条纹间距 的距离叫做条纹间距 我们所说的亮纹是指最亮的我们所说的亮纹是指最亮的 地方 暗纹是最暗的地方 从地方 暗纹是最暗的地方 从 最亮到最暗有一个过渡 条纹最亮到最暗有一个过渡 条纹 间距实际上是最亮和最亮或最间距实际上是最亮和最亮或最 暗和最暗之间的距离 暗和最暗之间的距离 双缝双缝 S1S1 S2S2 屏幕屏幕 L L d d d d 不变 只改变不变 只改变 屏与缝之间的距离屏与缝之间的距离L L L L越大 条纹间距越大 越大 条纹间距越大 L L 不变
12、只改不变 只改 变双缝距离变双缝距离d dd d越越 小 条纹间距越大 小 条纹间距越大 2 2 干涉条纹的间距与哪些因素有关干涉条纹的间距与哪些因素有关 保持保持L L d d不变 用不同的单色光进行不变 用不同的单色光进行 实验红光的条纹间距最大 紫光的最小 实验红光的条纹间距最大 紫光的最小 与光的波与光的波 长长 有关有关 亮 暗 纹间距的公式 x 推导 我们可以用这个间距公式测量单 色光波的波长 波长和频率的乘积等于波速V V f f 不同色的光 在真空中的传播速度相同 所以 波长和频率 V V f f 波长越长频率越小 波长越短频率越大 光光 色色 波长波长 nm nm 频率频率
13、f f 10 1014 14Hz Hz 光的光的 颜色颜色 波长波长 nm nm 频率频率 f f 10 1014 14Hz Hz 红红700 700 6206204 34 3 4 84 8绿绿 580580 4904905 25 2 6 16 1 橙橙620 620 6006004 84 8 5 05 0蓝 靛蓝 靛 490490 4504506 16 1 6 76 7 黄黄600 600 5805805 05 0 5 25 2紫紫 450450 4004006 76 7 7 57 5 各色光在真空中的波长和频率的范围见下表 各色光在真空中的波长和频率的范围见下表 一束红光从空气进入玻璃 一
14、束红光从空气进入玻璃 f f V V 如何变化 如何变化 白光的干涉图样是什么样的 白光的干涉图样是什么样的 明暗相间的彩色条纹 明暗相间的彩色条纹 中央为白色亮条纹 中央为白色亮条纹 干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的 干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的 在每条彩色亮纹中红光总是在外侧 紫光在内侧 在每条彩色亮纹中红光总是在外侧 紫光在内侧 为什么会这样为什么会这样 生活中我们经常见到光的干涉现象生活中我们经常见到光的干涉现象 肥皂泡呈彩色肥皂泡呈彩色 水上的油膜呈彩色水上的油膜呈彩色 昆虫的翅膀呈彩色昆虫的翅膀呈彩色 某些金属的表面呈彩色某些金属的表面呈彩色 压紧两块小玻璃片可看到彩色环压
15、紧两块小玻璃片可看到彩色环 薄膜干涉 肥皂泡呈彩色肥皂泡呈彩色 昆虫的翅膀呈彩色昆虫的翅膀呈彩色 薄膜干涉 4 4 像上出现明暗相间的黄色条纹像上出现明暗相间的黄色条纹 5 5 随着时间的推移 条纹间距越来大 随着时间的推移 条纹间距越来大 1 1 点燃酒精灯 并在酒精灯火焰里洒一些食盐 点燃酒精灯 并在酒精灯火焰里洒一些食盐 3 3 在火焰的同侧观察火焰的反射像 在火焰的同侧观察火焰的反射像 2 2 用金属环在肥皂液中浸一下 制成肥皂薄膜 用金属环在肥皂液中浸一下 制成肥皂薄膜 由于重力的作用 肥由于重力的作用 肥 皂薄膜将形成上薄下皂薄膜将形成上薄下 厚的楔形 厚的楔形 光从薄膜的前后两光
16、从薄膜的前后两 个表面反射出来两个表面反射出来两 个光波 这两列光个光波 这两列光 波的频率相同 产波的频率相同 产 生干涉 生干涉 现象解释现象解释 前表面前表面 后表面后表面 光程差为波长的整数倍 光程差为波长的整数倍 形成黄色的亮条纹 形成黄色的亮条纹 光程差为半波长的奇光程差为半波长的奇 数倍 形成暗条纹 数倍 形成暗条纹 现象解释现象解释 在重力的作用下 薄膜随着时间越来越薄 在重力的作用下 薄膜随着时间越来越薄 条条 纹纹 间间 距距 变变 稀稀 疏疏 现象解释现象解释 白白 光光 照照 射射 时时 是是 彩彩 色色 条条 纹纹 光的干涉在技术上的应用光的干涉在技术上的应用 1 1 检查物体表面的平整程度检查物体表面的平整程度 2 2 增透膜增透膜 楔性空气薄层 标准样板标准样板 被检测平面被检测平面 光在空气层的上下光在空气层的上下 表面发生反射表面发生反射 这两这两 束反射光发生干涉束反射光发生干涉 如果被检测表面的平整的如果被检测表面的平整的 将看到与将看到与 底线平行的干涉条纹底线平行的干涉条纹 原因是厚度相等的地方 光程差一原因是厚度相等的地方 光程差一 样 干涉
