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1、3光的干涉,一、杨氏干涉实验 1.物理史实:1801年,英国物理学家_成功地观察到了光的干涉现象,开始让人们认识到光的波动性。,托马斯杨,2.双缝干涉实验: (1)实验过程:让一束平行的_的单色光投射到一个有 两条狭缝S1和S2的挡板上,两狭缝相距很近,两狭缝就成了两个 波源,它们的频率、相位和振动方向总是_的,两个光源发 出的光在挡板后面的空间互相叠加发生_。 (2)实验现象:在屏上得到_的条纹。 (3)实验结论:光是一种_。,完全相同,相同,干涉,明暗相间,波,(4)现象解释:S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向相同的 波源,当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的_倍 时(即恰好等
2、于波长的_倍时),两列光波在这点相互加强, 出现明条纹;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的 _倍时,两列光波在这点相互_,出现暗条纹。,偶数,整数,奇数,削弱,【自我思悟】 在双缝干涉实验中,如果入射光用白光,在两条狭缝上,一个用 红色滤光片(只允许通过红光)遮挡,一个用绿色遮光片(只允许通过绿光)遮挡。试想:屏上还有干涉条纹吗? 提示:屏上不会出现干涉条纹,因为双缝用红、绿遮光片遮挡后,透过的两束光频率不相等,就不是相干光源了,不会再发生干涉。,二、光发生干涉的条件 1.干涉条件:两列光的_相同、_方向相同、相位差 _。 2.相干光源:发出的光能够发生_的两个光源。,频率,振动,恒定
3、,干涉,【自我思悟】 两只手电筒射出的光束在空间相遇,能否观察到光的干涉现象? 提示:两只手电筒射出的光束在空间相遇,不满足光发生干涉的条件,不能观察到光的干涉现象。,【盲区扫描】 1.光能发生干涉现象,说明光是一种波。 2.光发生干涉现象时,如果入射光是单色光,则形成明暗相间的等间距的条纹;如果是白光,则形成彩色条纹。,3.出现明、暗条纹的条件:(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时),两列光在这点相互加强,这里出现亮条纹; (2)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时,两列光在这点相互削弱,这里出现暗条纹。,一、杨氏双缝干涉实验原理透
4、析 拓展延伸 1.双缝干涉实验的装置示意图: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。如果用激光直接照射双缝,可省去单缝屏。杨氏那时没有激光,因此他用强光照射一条狭缝,通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。 3.双缝屏的作用:平行光照射到单缝S上,又照射到双缝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。,4.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的叠加,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;暗条纹处振动步调总是相反。具体产生亮、暗条纹的条件为 (1
5、)亮条纹产生的条件: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: |PS1-PS2| =k=2k (k=0,1,2,3) k=0时,PS1=PS2,此时P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)暗条纹产生的条件: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: |PS1-PS2|=(2k-1) (k=1,2,3) k为暗条纹的级次,从第1级暗条纹开始向两侧展开。,【微思考】 (1)做双缝干涉实验时必须具备什么条件才能观察到干涉条纹? 提示:必须是相干光源,且双缝间的间距必须很小。 (2)一般情况下光
6、源发出的光很难观察到干涉现象,这是什么原因? 提示:光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差。,【题组通关】 【示范题】如图所示为双缝干涉实验装置,当使用波长为610-7m的橙色光做实验时,光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为410-7m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是() A.P和P1都是亮条纹 B.P是亮条纹,P1是暗条纹 C.P是暗条纹,P1是亮条纹 D.P和P1都是暗条纹,【解题探究】(1)光屏上P点及P1点形成相邻亮条纹的条件是什么? 提示:P点形成亮条纹的条件是x=0,P1点形成亮条纹的条件是x=。 (2)用不同波长的光做实验时
7、,P、P1点一定形成亮条纹吗? 提示:S1、S2到P点路程差一定等于零,形成亮条纹,而P1形成亮条纹或暗条纹要根据S1、S2到P1点的路程差是波长的整数倍或半波长的奇数倍来判断。,【规范解答】选B。 P1点对橙光：r=n橙， 对紫光：r=n橙=n 紫=3n 因为P1与P相邻,所以n=1,P1点是暗条纹。 对P点，因为r=0，所以仍是亮条纹，B正确。,【通关1+1】 1.如图所示是研究光的双缝干涉的示意 图,挡板上有两条狭缝S1、S2,由S1和S2发 出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。 已知入射激光的波长为,屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等,如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹,由P向上数,
8、与0号亮条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹,与1号亮条纹相邻的亮条纹为2号亮条纹,则P1处的亮条纹恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1,S2P1的长度为r2,则r2-r1等于(),A.9.5 B.10 C.10.5 D.20 【解析】选B。由题设可知,从中央亮条纹P算起,P1点处是第10号亮条纹的位置,表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1为波长的整数倍,且刚好是10个波长,所以选项B正确。,2.(2013芜湖高二检测)下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是() A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C.光屏上距两缝的路程差等于半波长
9、的整数倍处出现暗条纹 D.在光屏上能看到光的干涉图样,但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生,【解析】选B。在双缝干涉实验中,单缝的作用是获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况,双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源,故选项A错误、B正确。在两个相干光源完全相同的情况下,光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹,选项C错误。两列光波只要相遇就会叠加,满足相干条件就能发生干涉,所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉,用光屏接收只是为了肉眼观察的方便,故选项D错误。,【变式训练】1.(2013徐州高二检测)如图 所示是双缝干涉的实验装置,在光屏上P处发 现明条纹,则双缝到光
10、屏上P点的距离之差为() A.光波的半波长的奇数倍 B.光波的波长的奇数倍 C.光波的半波长的偶数倍 D.光波的波长的偶数倍,【解析】选C。当双缝到光屏上P点的距离之差等于半波长的偶数倍时,出现明条纹,故C正确。,2.在双缝干涉实验中,用频率=51014Hz的单色光照射双缝,若屏上P点到双缝距离之差为0.9m,则P点将出现条纹。若将整个装置放入折射率n=2的介质中进行上述实验,则P点将出现条纹。,【解析】由c=得 即 故P点出现暗条纹 放入n=2的介质中，v= =1.5108 m/s 由v=得= =0.310-6 m 即x=3，故P点出现亮条纹。 答案：暗 亮,【素养升华】 双缝干涉中亮条纹或
11、暗条纹的判断方法 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)的路程差与波长的比值。路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍处出现暗条纹。,二、双缝干涉图样的特点 拓展延伸 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。中央为亮条纹,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: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: (1)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。 (2)两侧条纹
12、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。,【微思考】 (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:相邻两亮条纹间距和相邻两暗条纹间距是相等的。 (2)用白光做干涉实验时,除中央亮条纹外同一级条纹的颜色有什么特点? 提示:同一级条纹的颜色是内紫外红。,【题组通关】 【示范题】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
13、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,【解题探究】(1)不同颜色的光产生的干涉条纹间距相同吗? 提示:不相同。 (2)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。 【规范解答】选A。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。,【通关1+1】 1.(多选)a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示,若只将a光换成b光照射同一干涉仪,形成的光的干涉图样如图乙所示。则下述正确的是() A.a光的频率较大B.b光的频率较大 C.a光的波长较大D.b光的波长较大,【
14、解析】选B、C。由干涉图样可知a光的干涉条纹间距大于b光 的条纹间距,由x= 知a光的波长大于b光的波长,又由 c=知,b光的频率大于a光的频率,A、D错误,B、C正确。,2.(2014泰安高二检测)在光的双缝干涉现象里,下列描述正确的是() A.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光 B.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹较远的是波长较短的紫光 C.相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的 D.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽,【解析】选A。条纹间距与光的波长成正比,在可见光中,红光波长最长,紫光波长最短,故偏离中央亮条纹最远的是红
15、光,A正确、B错误。双缝干涉现象中,相邻两亮条纹或两暗条纹是等宽等间距的,故C错误。红光的波长比紫光的波长大,所以换成紫光后,相邻两亮条纹间距将变窄,故D错误。,【变式训练】1.(2013石家庄高二检测)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),已知红光与绿光的频率、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,其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在 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
16、,【解析】选C。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,红光和绿光的频率不相等,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹。,2.(2013兰州高二检测)在杨氏双缝干涉 实验中,如果不用激光光源而用一般的单色 光源,为了完成实验可在双缝前边加一单缝 获得线光源,如图所示,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() A.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发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差
