2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第4章光第3节光的干涉课件

第4章光3.光的干涉 一、双缝干涉一、双缝干涉1.1.物理史实物理史实:1801:1801年年,英国物理学家英国物理学家_成功地成功地观察到了光的干涉现象观察到了光的干涉现象,用实验方法证实了光的用实验方法证实了光的_._.托马斯托马斯杨杨波动性波动性2.2.双缝干涉双缝干涉:让一束平行的让一束平行的_垂直照射到一个垂直照射到一个有两条狭缝有两条狭缝S S1 1和和S S2 2的挡板上的挡板上,两狭缝相距很近两狭缝相距很近,两狭缝两狭缝就相当于两个完全就相当于两个完全_的光源的光源,两个光源发出的光在两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生挡板后面的空间互相叠加发生_,_,在屏上得到在屏上得到_的条纹的条纹.光的干涉现象表明光是一种光的干涉现象表明光是一种_._.红色激光束红色激光束相同相同干涉干涉明暗明暗相间相间波波3.3.出现明暗条纹的条件出现明暗条纹的条件:S:S1 1和和S S2 2相当于两个相干波源相当于两个相干波源:(1)(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长的的_倍时倍时,两列光波在这点相互加强两列光波在这点相互加强,出现出现_._.(2)(2)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长 的的_倍时倍时,两列光波在这点相互减弱两列光波在这点相互减弱,出现出现_._.整数整数明条纹明条纹奇数奇数暗条纹暗条纹【想一想想一想】在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,如果入射光用白光如果入射光用白光,在在两条狭缝上两条狭缝上,一个用红色滤光片一个用红色滤光片(只允许通过红光只允许通过红光)遮挡遮挡,一个用绿色遮光片一个用绿色遮光片(只允许通过绿光只允许通过绿光)遮挡遮挡.试想试想:屏上屏上还有干涉条纹吗还有干涉条纹吗?提示提示:屏上不会出现干涉条纹屏上不会出现干涉条纹,因为双缝用红、绿遮光因为双缝用红、绿遮光片遮挡后片遮挡后,透过的两束光频率不相等透过的两束光频率不相等,就不是相干光源就不是相干光源了了,不会再发生干涉不会再发生干涉.二、薄膜干涉二、薄膜干涉1.1.薄膜干涉薄膜干涉:由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的_现象现象.2.2.应用应用:(1)(1)检查平面的检查平面的_._.(2)(2)光学镜头上的光学镜头上的_._.干涉干涉平整程度平整程度增透膜增透膜【判一判判一判】(1)(1)在薄膜的两侧都可以观察到干涉条纹在薄膜的两侧都可以观察到干涉条纹.()(2)(2)用白光照射薄膜时用白光照射薄膜时,会出现彩色条纹会出现彩色条纹.()(3)(3)薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的.()提示提示:(1)(1).薄膜干涉为反射光干涉的结果薄膜干涉为反射光干涉的结果,只能在反只能在反射光一侧才能观察到干涉条纹射光一侧才能观察到干涉条纹.(2).(2).用白光照射薄膜时用白光照射薄膜时,白光中不同颜色的光从薄膜白光中不同颜色的光从薄膜的前后表面反射后的前后表面反射后,在不同的位置相互加强在不同的位置相互加强,所以会出所以会出现彩色条纹现彩色条纹.(3)(3).薄膜干涉是从两表面反射的光线干涉得到的薄膜干涉是从两表面反射的光线干涉得到的,所所以应该从反射面一侧观察以应该从反射面一侧观察.知识点一知识点一杨氏双缝干杨氏双缝干涉实验原理涉实验原理思考探究思考探究:如图所示是杨氏双缝干涉如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图实验的示意图,请问在该实请问在该实验中单缝屏和双缝屏分别验中单缝屏和双缝屏分别所起的作用是什么所起的作用是什么?提示提示:单缝屏是为了获得具有唯一频率和振动情况的线单缝屏是为了获得具有唯一频率和振动情况的线光源光源;双缝屏是为了获得两束频率相同、振动情况完全双缝屏是为了获得两束频率相同、振动情况完全一致的相干光一致的相干光.【归纳总结归纳总结】1.1.主主要实验器材要实验器材:光源、单缝屏、双缝屏和光屏光源、单缝屏、双缝屏和光屏.2.2.单缝屏的作用单缝屏的作用:获得一个线光源获得一个线光源,使光源有唯一的频使光源有唯一的频率和振动情况率和振动情况.如果用激光直接照射双缝如果用激光直接照射双缝,可省去单缝可省去单缝屏屏.杨氏那时没有激光杨氏那时没有激光,因此他用强光照射一条狭缝因此他用强光照射一条狭缝,通通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光.3.3.双缝屏的作用双缝屏的作用:平行光照射到单缝平行光照射到单缝S S上上,又照射到双缝又照射到双缝S S1 1、S S2 2上上,这样一束光被分成两束频率相同和振动情况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完全一致的相干光.4.4.屏上某处出现亮、暗条纹的条件屏上某处出现亮、暗条纹的条件:频率相同的两列波频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加在同一点引起的振动的叠加,如亮条纹处某点同时参与如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致的两个振动步调总是一致,即振动方向总是相同即振动方向总是相同;暗条暗条纹处振动步调总是相反纹处振动步调总是相反.具体产生亮、暗条纹的条件为具体产生亮、暗条纹的条件为(1)(1)亮条纹产生的条件亮条纹产生的条件:屏上某点屏上某点P P到两条缝到两条缝S S1 1和和S S2 2的路的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即即:|PS|PS1 1-PS-PS2 2|=k=2k|=k=2k (k=0,1,2,3 (k=0,1,2,3)k=0k=0时时,PS,PS1 1=PS=PS2 2,此时此时P P点位于屏上的点位于屏上的O O处处,为亮条纹为亮条纹,此处此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.k.k为亮条纹的级次为亮条纹的级次.(2)(2)暗条纹产生的条件暗条纹产生的条件:屏上某点屏上某点P P到两条缝到两条缝S S1 1和和S S2 2的路的路程差正好是半波长的奇数倍程差正好是半波长的奇数倍.即即:|PS|PS1 1-PS-PS2 2|=(2k-1)|=(2k-1)(k=1,2,3 (k=1,2,3)k k为暗条纹的级次为暗条纹的级次,从第从第1 1级暗条纹开始向两侧展开级暗条纹开始向两侧展开.【特别提醒特别提醒】(1)(1)单、双缝的作用单、双缝的作用:获得频率相同、振动情况完全一获得频率相同、振动情况完全一致的相干光源致的相干光源.(2)(2)出现明、暗条纹的条件出现明、暗条纹的条件:屏上某点到双缝的距离之屏上某点到双缝的距离之差等于半波长偶数倍时出现明条纹差等于半波长偶数倍时出现明条纹,等于半波长奇数倍等于半波长奇数倍时出现暗条纹时出现暗条纹.【典例示范典例示范】在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,双缝到光屏上双缝到光屏上P P点的点的距离之差为距离之差为0.6m,0.6m,若分别用频率为若分别用频率为f f1 1=5.010=5.0101414HzHz和和f f2 2=7.510=7.5101414HzHz的单色光垂直照射双缝的单色光垂直照射双缝,则则P P点出现明、点出现明、暗条纹的情况是暗条纹的情况是()A.A.用单色光用单色光f f1 1和和f f2 2分别照射时分别照射时,均出现明条纹均出现明条纹B.B.用单色光用单色光f f1 1和和f f2 2分别照射时分别照射时,均出现暗条纹均出现暗条纹C.C.用单色光用单色光f f1 1照射时出现明条纹照射时出现明条纹,单色光单色光f f2 2照射时出现照射时出现暗条纹暗条纹D.D.用单色光用单色光f f1 1照射时出现暗条纹照射时出现暗条纹,单色光单色光f f2 2照射时出现照射时出现明条纹明条纹【解题探究解题探究】(1)(1)光的波长和频率满足什么关系光的波长和频率满足什么关系?提示提示:c=fc=f.(2)(2)出现明、暗条纹的条件是什么出现明、暗条纹的条件是什么?提示提示:屏上某点到双缝的路程差是单色光波长的整数倍屏上某点到双缝的路程差是单色光波长的整数倍时时,产生亮条纹产生亮条纹,是半波长的奇数倍时是半波长的奇数倍时,产生暗条纹产生暗条纹.【正确解答正确解答】选选C.C.单色光单色光f f1 1的波长的波长:1 1=0.610=0.610-6-6m=0.6m;m=0.6m;单色光单色光f f2 2的波长的波长:2 2=0.410=0.410-6-6m=0.4m;m=0.4m;因因P P点到双缝的距离之差点到双缝的距离之差s=0.6m=s=0.6m=1 1,所以用单色光所以用单色光f f1 1照射时照射时P P处出现亮处出现亮纹纹;s=0.6m=;s=0.6m=2 2,所以用单色光所以用单色光f f2 2照射时照射时P P处出处出现暗纹现暗纹,故故C C正确正确.【过关训练过关训练】1.1.如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图,挡板挡板上有两条狭缝上有两条狭缝S S1 1、S S2 2,由由S S1 1和和S S2 2发出的两列波到达屏上发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹时会产生干涉条纹.已知入射激光波长为已知入射激光波长为,屏上的屏上的P P点到两缝点到两缝S S1 1和和S S2 2的距离相等的距离相等,如果把如果把P P处的亮条纹记作处的亮条纹记作第第0 0号亮纹号亮纹,由由P P向上数与向上数与0 0号亮纹相邻的亮纹为号亮纹相邻的亮纹为1 1号亮纹号亮纹,与与1 1号亮纹相邻的亮纹为号亮纹相邻的亮纹为2 2号亮纹号亮纹,设设P P1 1处的亮纹恰好是处的亮纹恰好是1010号亮纹号亮纹,直线直线S S1 1P P1 1的长度为的长度为r r1 1,S,S2 2P P1 1的长度为的长度为r r2 2,则则r r2 2-r-r1 1等于等于()A.5A.5 B.10 B.10C.20C.20D.40D.40【解析解析】选选B.B.由题设可知由题设可知,从中央亮条纹从中央亮条纹P P算起算起,P,P1 1点处点处是第是第1010号亮条纹的位置号亮条纹的位置,表明缝表明缝S S1 1、S S2 2到到P P1 1处的光程差处的光程差r r2 2-r-r1 1为波长的整数倍为波长的整数倍,且刚好是且刚好是1010个波长个波长,B,B正确正确.2.2.在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同分别用红色和绿色的激光照射同一双缝一双缝,在双缝后的屏幕上在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距红光的干涉条纹间距xx1 1与绿光的干涉条纹间距与绿光的干涉条纹间距xx2 2相比相比,x,x1 1_(_(选填选填“”“”“0.3000.3003.3.在杨氏干涉实验中在杨氏干涉实验中,若单色光的波长若单色光的波长=5.8910=5.8910-7-7m,m,双缝间的距离双缝间的距离d=1mm,d=1mm,双缝到屏的距离双缝到屏的距离l=2m.=2m.求第求第1 1个亮个亮条纹到第条纹到第1111个亮条纹的中心间距个亮条纹的中心间距.【解析解析】相邻亮条纹的中心间距相邻亮条纹的中心间距x=,x=,由题意知由题意知,亮条纹的数目亮条纹的数目n=10,n=10,解得解得L=,L=,代入数据解得代入数据解得L=1.17810L=1.17810-2-2m.m.答案答案:1.178101.17810-2-2m m【补偿训练补偿训练】1.(1.(多选多选)线光源线光源a a发出的光波长为发出的光波长为480nm,480nm,线光源线光源b b发出发出的光波长为的光波长为672nm,672nm,则则()A.A.用用a a做双缝实验做双缝实验,屏上与双缝距离差为屏上与双缝距离差为s s1 1=1.68m=1.68m的的P P处将出现暗纹处将出现暗纹B.B.用用b b做双缝实验做双缝实验,屏上与双缝距离差为屏上与双缝距离差为s s1 1=1.68m=1.68m的的P P处将出现亮纹处将出现亮纹C.C.用用a a做双缝实验做双缝实验,屏上与双缝距离差为屏上与双缝距离差为s s