《高中物理人教选修3-4课件：第13章 光 13.3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理人教选修3-4课件：第13章 光 13.3（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3 光的干涉 自主预习 1 杨氏干涉实验 1 史实 1801年 英国物理学家 成功地观 察到了光的干涉现象 托马斯 杨 2 实验示意图 3 实验过程 如图 让一束平行的 投射到一个 有两条狭缝S1和S2的挡板上 狭缝S1和S2相距 两 条狭缝就产生两个光源 它们的振动情况总是 两光源发出的光在挡板后面的空间互相 4 实验现象 在屏上得到 的条纹 5 实验结论 证明光是一种 单色光 很近 相同的 叠加 明暗相间 波 2 决定明暗条纹的条件 1 出现亮条纹条件 当两个光源与屏上某点的距离之 差等于半波长的 时 即恰好是波长的 时 两列光在这点相互加强 这里出现 2 出现暗条纹条件 当两个光源与屏上
2、某点的距离之 差等于半波长的 时 两列光在这点相互削弱 这 里出现 偶数倍整数倍 亮条纹 奇数倍 暗条纹 预习小测 1 由两只手电筒射出的光 当它们照射到同一点时看不 到干涉条纹 是因为 A 手电筒射出的光不是单色光 B 周围环境的漫反射光太强 C 干涉图样太细小看不清楚 D 两个光源是非相干光源 解析 选D 两个手电筒发出的光是由两个独立光源 发出的光 它们不具备相干条件 所以在两个光源照到 同一位置 也看不到干涉条纹 选项D正确 补偿训练 由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上 不会 产生干涉现象 这是因为 A 两个光源发出光的频率不同 B 两个光源发出光的强度不同 C 两个光源的光速
3、不同 D 这两个光源是彼此独立的 不是相干光源 解析 选D 题中两光源发出的光都是白光 频率不 确定没法比较 选项A错误 光的强度对光是否产生干 涉没有影响 所以B错误 光速在真空中是确定的 但它 对光的干涉也没影响 选项C错误 题设中的是两个独 立光源 根据物体的发光机理 原子跃迁 二者产生的 不是相干光 选项D正确 2 某同学自己动手利用如图所示器材 观察光的干涉现 象 其中 A为单缝屏 B为双缝屏 C为像屏 当他用一 束阳光照射到A上时 屏C上并没有出现干涉条纹 他移 走B后 C上出现一窄亮斑 分析实验失败的原因 最大 的可能是 A 单缝S太窄 B 单缝S太宽 C S到S1和S2距离不等
4、 D 太阳光不能作光源 解析 选B 因为移走B屏后 在C上出现一窄亮斑 说 明单缝S太宽 本实验中 单缝S应非常窄 才可看作 理想线光源 也才能成功地观察到干涉现象 故B正确 A错误 S到S1和S2距离不等时也能出现干涉条纹 但中 央不一定是亮纹 C错误 太阳光是复色光 可出现彩色 干涉条纹 D错误 3 如图所示的杨氏干涉的实验中 如果光屏上的P点是 亮条纹 那么光波从缝S1 S2到P的光程差 s应是 A 波长的整数倍 B 半波长的整数倍 C 只是波长的奇数倍 D 只是半波长的奇数倍 解析 选A 在杨氏双缝干涉的实验中 S1 S2两缝发 出的光具备干涉条件 P点是亮条纹 则两列光在P点叠 加过
5、程中相互加强 光程差 s应为半波长的偶数倍 即 波长的整数倍 A正确 4 在双缝干涉实验中 双缝到光屏上P点的距离之差为 0 6 m 若分别用频率为f1 5 0 1014Hz和f2 7 5 1014Hz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 解析 选C 判定某处是明条纹还是暗条纹 关键是 看该处到两光源的路程差是该光波长的倍数情况 若是 整数倍 该处为明条纹 若为整数
6、倍加半个波长 则为暗 条纹 单色光f1的波长 1 m 0 6 m 单色光f2的波长 2 m 0 4 m 可见 r 1 r 2 故用f1照射时 P点出现明条 纹 f2照射时 P点出现暗条纹 则C正确 A B D错 误 主题一 杨氏干涉实验 互动探究 1 1801年 英国物理学家托马斯 杨把点光源发出的光 通过一狭缝 形成一束光 该束光再通过两个狭缝 他成 功地观察到了光的干涉现象 那么 单缝屏和双缝屏的 作用是什么 提示 1 单缝屏的作用 获得一个线光源 有唯一的频 率和振动情况 2 双缝屏的作用 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 相位和振动 方向都相同
7、的相干光 2 干涉现象产生的原理是什么 提示 若两列相干光在空间传播时相遇 将在相遇区域 发生波的叠加 如果在某些区域加强 而在另一些区域 减弱 且加强区域和减弱区域是相互间隔的 这种现象 称为光的干涉现象 产生的图样叫作干涉图样 3 光的干涉现象对认识光的本质有什么意义 提示 干涉是波的特征 光的干涉现象说明光是一种波 探究总结 1 杨氏双缝干涉实验 1 双缝干涉的装置示意图 实验装置如图所示 有光源 单缝 双缝和光屏 2 单缝屏的作用 获得一个线光源 使光源有唯一的频 率和振动情况 也可用激光直接照射双缝 3 双缝屏的作用 将一束光分成两束频率相同且振动 情况完全一致的相干光 2 光产生干
8、涉的条件 两列光的频率相同 相位差恒定 振动方向相同 杨氏双缝干涉实验是靠 分光 的 方法获得两个相干光源的 3 干涉图样 1 若用单色光作光源 干涉条纹是等间距的明暗相间 的条纹 条纹间距与光的波长有关 且中央为亮条纹 2 若用白光作光源 则干涉条纹是彩色条纹 且中央条 纹是白色的 4 实验结论 证明了光是一种波 典例示范 白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的 其原因是不 同色光的 A 传播速度不同 B 强度不同 C 振动方向不同 D 频率不同 解题指南 解答本题要注意以下两点 1 白光是由各种色光组成的 每种颜色的光都可以在 屏上产生干涉条纹 2 各种色光的频率不同 波长不同 干涉条纹间距
9、不同 干涉条纹重叠在一起 就形成了彩色条纹 解析 选D 白光是由各种色光组成的 各种色光的 频率不同 波长不同 各种色光形成干涉条纹的间距不 同 从而形成了彩色条纹 D项正确 探究训练 1 能发生干涉的两束光应是 A 亮度一样 B 颜色一样 C 频率相等 振动方向一致 D 传播方向相同 解析 选C 产生干涉的条件是两光源的频率相同 振动方向一致 2 在双缝干涉实验中 用红光照射双缝得到的干涉图样 是 A 一系列明暗相间的同心圆 B 一些杂乱无章的点 C 平行 等间距的明暗相间的条纹 D 条纹中间宽 两边窄 解析 选C 单色光的双缝干涉条纹为平行 等间距 明暗相间的条纹 故C对 A B D错 3
10、 关于光的干涉 下列说法中正确的是 A 在单色光的双缝干涉现象里 相邻两明条纹和相邻的 两条暗条纹的间距是不相等的 B 在单色光的双缝干涉现象里 把入射光波长变短 相 邻两个明条纹间距离将变宽 C 只有频率相同的两列光波才能发生干涉 D 频率不同的两列光波也能发生干涉现象 只是不稳定 解析 选C 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选项不正确 对于同一干 涉装置 入射光的波长越长 相邻两个明条纹的间距越 大 因此 把入射光波长变短 条纹间距变窄 故B选项错 误 两列光波发生干涉 频率必须相同 故选项C正确 选 项D错误 补偿训练 下列说法正确的是 A 从一个单色光源
11、所发射的同一波面上任意取的两点 光源均为相干光源 B 从同一单色光源所发射的任意两束光 可视为两相干 光源 C 只要是频率相同的两独立光源都可视为相干光源 D 两相干光源发出的光波在空间任意位置都会产生干 涉现象 解析 选A A满足条件 是相干光源 B的相位差不一 定相同 C任意两个独立光源都不是相干光 D不是在任 意位置都会产生干涉现象 所以选A 通法悟道 光的干涉条件的分析 1 生活中任何两个独立发光的光源产生的光在空间相 叠加都不会产生干涉 这是由物体的发光机理决定的 即任何两个独立的光源都不是相干光源 所以杨氏双缝 干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源 以便能 有相同频率和振动规律
12、 2 双缝是由同一个狭缝射出的光线照亮的 所以光通 过双缝也就成了一对相干光源 光的相干条件中频率 相同是光发生干涉的必要条件 要发生干涉 两光源还 必须具有相同的振动方向和恒定相位差 3 通常的问题中对相干光源的条件说法比较含蓄 要 注意挖掘 主题二 决定条纹间距的条件 互动探究 1 单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹 的间距相等吗 提示 相邻两亮条纹和相邻两暗条纹间距是相等的 2 不同颜色的光产生的干涉条纹间距相同吗 提示 不相同 3 经同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间距与其波长 有何关系 提示 波长越长 条纹间距越大 4 当两个光源与屏上某点的距离之差为零时 该点出现 亮条纹还
13、是暗条纹 提示 两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶 数倍 包括了距离之差为零这种情况 这时出现亮条纹 5 如何从能量的角度理解光的干涉现象中明暗条纹的 分布 1 亮条纹 如图所示 S1和S2相当于两个相干光源 如果 它们到达屏上某点的路程差等于半波长的 两 列波的波峰和波峰或波谷和波谷同时到达这一点 在这 点 两列波的 与 叠加 与 叠加 相 互加强 到达该处的光能量比较集中 偶数倍 波峰波峰波谷波谷 出现亮条纹 2 暗条纹 如果S1和S2到达屏上某点的路程差等于半波 长的 则会出现 与 叠加 结果互相抵 消 基本没有能量 出现暗条纹 所以干涉现象只是能量 的 并没有产生能量 奇数倍波
14、峰波谷 重新分配 探究总结 1 屏上某处出现亮 暗条纹的条件 实验装置如图所示 双缝S1 S2之间的距离为d 双缝到 屏的距离为l 屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2 路程差 r r2 r1 1 若满足路程差为波长的整数倍 即 r k 其中 k 0 1 2 3 则出现亮条纹 2 若满足路程差为半波长的奇数倍 即 r 其中k 0 1 2 3 则出现暗条纹 2 相邻亮条纹 暗条纹 间的距离 x与波长 的关系 x 其中l为双缝到屏的距离 d为双缝之间的距 离 3 明亮条纹的能量分布 亮条纹处峰峰或谷谷叠加 互相加强 光能量比较集中 暗条纹处峰谷叠加 互相抵消 基本没有能量 典例示范 用单色光做
15、双缝干涉实验时 已知屏上一点P到双缝的 路程差 r PS1 PS2 0 6 10 6m 当单色光频率为 f1 5 1014Hz时 P点将形成亮纹还是暗纹 若单色光频 率为f2 7 5 1014Hz时 P点将形成亮纹还是暗纹 解析 频率为f1的单色光波长 1 m 0 6 10 6m 0 6 m 频率为f2的单色光波长 2 m 0 4 10 6m 0 4 m 可见 r 1 r 2 用频率为f1的单色光照射时 P处应出现亮纹 且为第一 条亮纹 用频率为f2的单色光照射时 P处应出现暗纹 且 为第二条暗纹 答案 见解析 探究训练 1 在双缝干涉实验中 光屏上P点到双缝S1 S2的距离之 差 s1 0
16、75 m 光屏上Q点到双缝S1 S2的距离之差 s2 1 5 m 若用频率 6 0 1014Hz的黄光照射双 缝 则 A P点出现亮条纹 Q点出现暗条纹 B P点出现暗条纹 Q点出现亮条纹 C 两点均出现亮条纹 D 两点均出现暗条纹 解析 选B 由光的频率 6 0 1014Hz 知光的波长 5 10 7m P点到双缝S1 S2的距离之差 s1 0 75 m 7 5 10 7m 1 5 Q点到双缝S1 S2的距离 之差为 s2 1 5 m 15 10 7m 3 因此 P点出现暗 条纹 Q点出现亮条纹 选B 2 煤矿中的瓦斯危害极大 某同学查资料得知含有瓦斯 的气体的折射率大于干净空气的折射率 于是他根据双 缝干涉现象设计了一个监测仪 其原理如图所示 在双 缝前面放置两个完全相同的透明容器A B 容器A与干 净的空气相通 在容器B中通入矿井中的气体 观察屏上 的干涉条纹 就能够监测瓦斯浓度 如果屏的正中央O 点变为暗纹 说明B中气体 A 一定含瓦斯 B 一定不含瓦斯 C 不一定含瓦斯 D 无法判断 解析 选A 如果屏的正中央O变为暗纹 说明从两个 子光源到屏中央O的光程差发生变化 所以B中
