《高中物理第5章光的干涉衍射偏振第1节光的干涉教学案鲁科选修3-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第5章光的干涉衍射偏振第1节光的干涉教学案鲁科选修3-4（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1节 光的干涉 1杨氏双缝干涉实验证明光是一种波。2要使两列光波相遇时产生干涉现象，两光源必须具有相同的频率和振动方向。3在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹间的距离y，可利用y测定光的波长。4由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象叫薄膜干涉。光的干涉及其产生条件自读教材抓基础1实验现象在屏上出现明暗相间的条纹。相邻两条亮纹或暗纹间的距离y，式中的d表示两缝间距，l表示两缝到光屏的距离，为光波的波长。2实验结论证明光是一种波。3光的相干条件相同的频率和振动方向。跟随名师解疑难1杨氏双缝干涉实验原理透析(1)双缝干涉的装置示意图：实验装置如图511所示，有光源、单缝、双缝和光屏。图511(
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，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝，杨氏那时没有激光，因此他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝发生干涉。(3)双缝的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。2光屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动发生叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同，总是同时过最高点、最低点、平衡位置；暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为：(1)亮条纹的条件：光屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数
3、倍或半波长的偶数倍。即|12|k2k(k0,1,2,3，)(2)暗条纹的条件：光屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|12|(2k1)(k0,1,2,3，)3双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样：若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。如图512所示中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。图512(2)白光的干涉图样：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，这是因为：从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。两相邻亮(或暗
4、)条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。特别提醒(1)双缝干涉实验的双缝必须很窄，且双缝间的距离必须很小。(2)双缝干涉中，双缝的作用主要就是用双缝获得相干光源。学后自检(小试射手)如图513所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()图513A增大S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光解析：选C由双缝干涉条纹间距公式y可知，要增大条纹间距，可以增大双缝到屏的距离，减小双缝间距，选用波长
5、更长的单色光，因此C项正确。科学探究测定光的波长自读教材抓基础1实验目的(1)观察白光及单色光的干涉图样；(2)掌握用公式y测定单色光的波长的方法。2实验原理双缝间的距离d已知，双缝到屏的距离l可以测定，相邻两条亮纹或暗纹间的距离y根据手轮上的读数测出，根据公式y可计算波长。3实验步骤(1)在光具座上只装上光源和遮光筒(不带单、双缝)，调节光源高度，使它发出的一束光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)放好单缝和双缝，其间距为510 cm，且使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。(3)光源与单缝间放上滤光片，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹。撤去滤光片，观察白光的干涉条纹。(4)加上滤光片，
6、通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮的读数。然后继续转动手轮使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐第n条亮纹的中心，记下此时手轮的读数。(5)将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，则相邻亮纹间距y，利用公式y，求出此单色光的波长。(d、l在仪器中均可读出)(6)换用不同的滤光片，观察干涉条纹间距离的变化，并求出相应的波长。 跟随名师解疑难1注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等。(
7、3)为了减小测量误差，测条纹间距y时，先测出n条亮(暗)纹间的距离a，再求出相邻的两条亮(暗)纹间的距离y。(4)某种颜色的滤光片只能让这种颜色的光通过，其他颜色的光不能通过。因此，加装滤光片的目的是获得单色光。2误差分析本实验为测量性实验，因此应尽一切办法减小有关测量的误差，即l和y的测量误差。(1)l的测量误差：因本实验中，双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用mm刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小误差。(2)测条纹间距y带来的误差：干涉条纹没有调到最清晰的程度。分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。测量多条亮条纹间距时读数不准确。学后自检(小试身
8、手)在双缝干涉实验中，以下说法正确的是()A狭缝的作用是使入射光线到达双缝时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源B若入射光是白光，光屏上产生的条纹是黑白相间的干涉条纹C光屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，该点处一定是亮条纹D双缝干涉图样中，亮条纹之间距离相等，暗条纹之间距离不相等解析：选A双缝干涉实验中，狭缝的作用就是产生一个线光源，使得光到达双缝时，使双缝振动情况完全相同，形成一对相干光源，选项A正确；由实验现象知，入射光是白光时，屏上产生的是彩色条纹，选项B错误；屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，即半波长的奇数倍，应为暗条纹，选项C错误；由y知，干涉条纹不管是明条
9、纹之间，还是暗条纹之间都是等间距的，选项D错误。薄膜干涉及其应用自读教材抓基础1定义由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。2应用(1)检查平面的平整程度。(2)光学镜头上的增透膜。跟随名师解疑难1薄膜干涉的成因如图514所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后相互削弱，则出现暗条纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。图514说明：(1)眼睛应与光源在同一侧才能看到干涉条纹，因为条纹
10、是由从薄膜前、后两表面反射的光发生干涉形成的，不是由通过薄膜的光形成的；(2)每一条纹呈水平状态排列；(3)由于各种色光干涉后相邻两亮纹中心的距离不同，所以若用白光做这个实验，会观察到彩色干涉条纹；(4)两列光的路程差是薄膜厚度的两倍。2薄膜干涉的应用(1)增透膜：照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的薄膜，薄膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉，由于只有一定波长(一定颜色)的光干涉时才会相互加强，所以镀膜镜头看起来是有颜色的。镀膜厚度不同，镜头的颜色也不一样。一般增透膜的厚度是光在薄膜介质中传播的波长的，即d，若厚度为绿光在薄膜中波长的，则镜头看起来呈淡紫色。(2)用干涉法检查平面：如图51
11、5甲所示，被检查平面 B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。图515特别提醒增透膜的“增透”应理解为：两束反射光相互抵消，反射光的能量减少，由于总能量守恒，透射光的能量必然得到增强。增透膜是通过“消反”来确保“增透”的。学后自检(小试身手)如图516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
12、涉图样应是()图516图517解析：选D薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平的，故选项D正确。双缝干涉的规律典题例析1在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5107 m，如果用频率为6.01014 Hz的黄光照射双缝，试问：(1)该黄光的波长是多少？(2)试通过计算分析P点是出现亮条纹还是暗条纹？思路点拨(1)由cf变换得，可求得波长；(2)比较路程差s与波长的数量关系，确定P点出现亮条纹还是暗条纹。解析： m5107 ms7.5107 m，所以是暗条纹。答案：(1)5107 m(2)暗条纹探规寻律判断干涉条纹亮、暗的方法(1
13、)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。(2)要记住：路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹。(3)上述结论成立的条件：两个光源情况完全相同。跟踪演练如图518所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则()图518A不再产生干涉条纹B仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变C仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向上移D仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移解析：选D本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变
14、传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏上P点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移。对测定光的波长的考查典题例析2现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图519所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。图519(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、A。(2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。在操作步骤时还应注意_和_。(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图5110甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数_ mm，求得相邻亮纹的间距y为_ mm。图5110(4)
