《同步备课套餐之物理教科版选修3-4讲义：第5章 光的波动性1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同步备课套餐之物理教科版选修3-4讲义：第5章 光的波动性1（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1光的干涉学习目标1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波.2.理解相干光源和产生干涉现象的条件.3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用一、双缝干涉导学探究如图1为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况在屏幕上观察到什么现象？两条狭缝起什么作用？图1答案屏幕上出现明暗相间的条纹光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源知识梳理11801年，英国物理学家托马斯杨在实验室里成功地观察到了光的干涉2杨氏双缝干涉实验(1)双缝
2、干涉的装置示意图实验装置如图2所示，有光源、单缝、双缝和光屏图2(2)单缝的作用：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3光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的4出现明、暗条纹的条件光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的偶数倍(即波长的整数倍)时，这些点出现明条纹；当路程差为半波长的奇数倍时，这些点出现暗条纹5干涉图样(1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中
3、间条纹是白色的6实验结论：证明光是一种波即学即用判断下列说法的正误(1)两只相同的手电筒射出的光在同一区域叠加后，看不到干涉图样的原因是干涉图样太细小看不清楚()(2)双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光. ()(3)只要两列光波的频率相同，在同一区域叠加时就会产生干涉现象()(4)屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍，此处为暗条纹()二、薄膜干涉导学探究在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像如图3所示这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验情况又会如何？图3答案灯焰的像由明暗相
4、间的水平条纹组成如果用白光做实验，肥皂膜上会出现彩色水平条纹知识梳理薄膜干涉1原理：以肥皂膜为例，单色光平行入射到肥皂泡液薄膜上，由液膜前后两个表面反射回来的两列光是相干光，它们相互叠加产生干涉，肥皂泡上就出现了明暗相间的条纹或区域2图样：以光照射肥皂泡为例，如果是单色光照射肥皂泡，肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹或区域；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就会出现彩色条纹，且每一条纹呈水平(填“水平”或“竖直”)分布3应用：检查平面的平整程度原理：空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉即学即用判断下列说法的正误(1)肥皂泡上呈现彩色条纹是光的色散现象()(2)水面上的油膜呈现彩色条纹，是油膜表面反
5、射光与入射光叠加的结果. ()(3)观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧()(4)当光照射肥皂膜时，形成的干涉条纹可以竖直分布，也可以水平分布()一、双缝干涉实验双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大(2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹例1一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有
6、彩色条纹，其原因是()A各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C各色光的强度不同，造成条纹的间距不同D各色光通过双缝到达一确定点的距离不同答案A解析各色光的频率不同、波长不同、在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹例2在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时()A只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹
7、依然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮答案C解析两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题作出正确判断的关键，该知识点必须记住二、双缝干涉图样中的亮、暗条纹出现的条件1亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝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：|PS1PS2|k2k(k0,1,2,3，)k0时，PS1PS2，此时P
8、点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹k为亮条纹的级次2暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍即：|PS1PS2|(2k1)(k1,2,3，)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开例3如图4所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则()图4AP和P1处仍为亮条纹BP处为亮条纹，P1处为暗条纹CP处为暗条纹，P1处为亮条纹DP、P1处均为暗条纹答案B解析
9、从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此中心是亮条纹，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600 nm橙，则两列光波到达P1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400 nm的紫光时，|P1S1P1S2|600 nm紫，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹综上所述，选项B正确判断屏上某点为
10、亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与半波长的比值，要记住路程差等于半波长偶数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同针对训练在图5杨氏双缝干涉实验中，已知SS1SS2，且S1、S2到光屏上P点的路程差d1.5106 m当S为0.6 m的单色光源时，在P点处将形成_条纹；若将整个装置放入某种介质中，光源不变，介质的折射率为1.2，则在P点处将形成_条纹图5答案暗亮解析若两相干光源的振动同相，则在离两相干光源路程之差为光的波长的整数倍处会出现亮条纹，路程之差为光的半波长的奇数倍处会出现暗条纹，若两相干光源的振动反相
11、，则出现亮、暗条纹的情况刚好相反由于SS1SS2，所以S1、S2处的光振动同相当0.6 m时，2.5，则P点处两光振动反相，形成暗条纹；根据折射定律，当光进入介质时波长0.5 m，根据3，则P点处两光振动同相，形成亮条纹三、薄膜干涉1薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，前后两个表面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹2薄膜干涉观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧)例4用如图6所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖
12、立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()图6A当金属线圈旋转30时，干涉条纹同方向旋转30B当金属线圈旋转45时，干涉条纹同方向旋转90C当金属线圈旋转60时，干涉条纹同方向旋转30D干涉条纹保持不变答案D解析在本实验中肥皂液薄膜之所以产生干涉条纹，是因为在重力作用下肥皂液薄膜的竖截面是梯形，前后两面的反射光叠加而形成的，金属线圈在其所在平面内缓慢旋转并不能影响肥皂液薄膜的竖截面，故金属线圈在其所在平面内旋转时干涉条纹保持不变例5(多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方竖直射入，如图7所示，这时
13、可以看到明暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是()图7A干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果B干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧答案AC解析根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确，B项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，
14、故条纹向着劈尖移动，故C项正确. 1用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是()A明暗相间的条纹 B彩色条纹C一片红光 D晃动的条纹答案C解析两灯泡不是相干光源，故现象为C.2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f15.01014 Hz和f27.51014 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用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹答案C解析单色光f1的波长：1 m0.6106 m0.6 m.单色光f2的波长：2 m0.4106 m0.4 m.因P点到双缝的距离之差x10.6 m1，所以用单色光f1照射时P处出现亮条纹x20.6 m2，所以用单色光f2照射时P处出现暗条纹，故选项C正确3如图8所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1r2|应为()图8A. B. C. D.答案D解析在
