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1、高中物理高中物理选修选修3-4鲁科版鲁科版第第5章光的干涉章光的干涉 衍射衍射 偏振偏振第第1讲光的干涉讲光的干涉目标定位目标定位1.知道光的干涉知道光的干涉现象，知道光是一种波象，知道光是一种波.2.理解理解相干光源和相干光源和产生干涉生干涉现象的条件象的条件.3.理解明暗条理解明暗条纹的成因及出的成因及出现明暗条明暗条纹的条件的条件.4.了解双了解双缝干涉干涉测量光的波量光的波长的的实验原理，原理，能能够利用双利用双缝干涉干涉实验测量量单色光的波色光的波长.5.理解薄膜干涉的理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和象和应用用频率率 振振动方向方向 整数整数 奇数奇数 想
2、想一一想想实实验中中为什什么么不不直直接接测出出相相邻两两条条亮亮条条纹间的的距距离离y，而要，而要测出出n个亮条个亮条纹间的距离，再求平均的距离，再求平均值？答答案案由由于于光光的的波波长很很小小，实验中中条条纹宽度度很很小小，直直接接测出出一一条条条条纹的的宽度度不不准准确确或或较难实现，只只能能先先测出出n个个条条纹间距距，再再求求相相邻亮亮条条纹间的的距距离离，这样既既便便于于测量量，又又可可以以减减小小误差差三、薄膜干涉及其应用三、薄膜干涉及其应用1薄薄膜膜干干涉涉：由由 两两个个面面反反射射的的光光波波相相遇遇而而产生生的的干干涉涉现象象2成因成因竖竖直直放放置置的的肥肥皂皂薄薄膜
3、膜受受到到重重力力作作用用，下下面面厚厚，上上面面薄薄，因因此此在在膜膜上上不不同同的的位位置置，来来自自前前后后两两个个面面的的反反射射光光所所走走的的路路程程不不同同这两两列列波波在在一一些些地地方方叠叠加加后后相相互互 ，出出现亮亮条条纹；在在另另一一些些位位置置，叠叠加加后后相相互互 ，出出现暗暗条条纹薄膜薄膜加加强强削弱削弱3常见的薄膜干涉现象常见的薄膜干涉现象(1)白白光照射肥皂液膜出光照射肥皂液膜出现彩色条彩色条纹；(2)蚌壳内表面透明薄膜上呈蚌壳内表面透明薄膜上呈现各种色彩；各种色彩；(3)有些昆虫薄而透明的翅翼上出有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光彩色光带；(4)有透明薄膜保
4、有透明薄膜保护层的激光唱片呈的激光唱片呈现彩色彩色4应用：应用：检检查平面的平面的 程度程度平整平整想想一一想想热热菜菜汤表表面面的的油油花花、马路路上上积水水表表面面的的油油膜膜，都都会会看到彩色的条看到彩色的条纹，这些彩色条些彩色条纹是如何形成的呢？是如何形成的呢？答案答案由由薄膜干涉造成的白光照射在油膜表面，被薄膜前、薄膜干涉造成的白光照射在油膜表面，被薄膜前、后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条后表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条纹由于白光中由于白光中的各色光波的各色光波长不同，干涉后的条不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜上就会出距不同，薄膜上就会出现彩色花彩色花纹.一、杨氏双缝干涉
5、实验一、杨氏双缝干涉实验1双缝干涉的装置示意图双缝干涉的装置示意图图图511实验装置如图实验装置如图511所示，有光源、单缝、双缝和光屏所示，有光源、单缝、双缝和光屏(1)单单缝缝的的作作用用：获获得得一一个个线线光光源源，使使光光源源有有唯唯一一的的频频率率和和振振动情况也可用激光直接照射双缝动情况也可用激光直接照射双缝(2)双双缝缝的的作作用用：这这样样一一束束光光被被分分成成两两束束频频率率相相同同和和振振动动情情况况完全一致的相干光完全一致的相干光2产产生生干干涉涉的的条条件件：两两列列光光的的频率率相相同同、相相位位差差恒恒定定、振振动方方向向相相同同本本实验中中是是靠靠“一一分分为
6、二二”的的方方法法获得得两两个个相干光源的相干光源的3干涉图样干涉图样(1)若若用用单色色光光作作光光源源，则干干涉涉条条纹是是等等间距距的的明明暗暗相相间的条的条纹(2)若若用用白白光光作作光光源源，则干干涉涉条条纹是是彩彩色色条条纹，且且中中间条条纹是白色的是白色的4实验结论：实验结论：证证明光是一种波明光是一种波 【例例1】在在双双缝干干涉涉实验中中，以以白白光光为光光源源，在在屏屏幕幕上上观察察到到了了彩彩色色干干涉涉条条纹，若若在在双双缝中中的的一一缝前前放放一一红色色滤光光片片(只只能能透透过红光光)，另另一一缝前前放放一一绿色色滤光光片片(只只能能透透过绿光光)，已知，已知红光与
7、光与绿光光频率、波率、波长均不相等，均不相等，这时()A只只有有红色色和和绿色色的的双双缝干干涉涉条条纹，其其他他颜色色的的双双缝干干涉涉条条纹消失消失B红色色和和绿色色的的双双缝干干涉涉条条纹消消失失，其其他他颜色色的的干干涉涉条条纹依然存在依然存在C任何任何颜色的双色的双缝干涉条干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮屏上无任何光亮解解析析两两列列光光波波发发生生干干涉涉的的条条件件之之一一是是频频率率相相等等，利利用用双双缝缝将将一一束束光光分分成成能能够够发发生生叠叠加加的的两两束束光光，在在光光屏屏上上形形成成干干涉涉条条纹纹，但但分分别别用用绿绿色色
8、滤滤光光片片和和红红色色滤滤光光片片挡挡住住两两条条缝缝后后，红红光光和和绿绿光光频频率率不不等等，不不能能发发生生干干涉涉，因因此此屏屏上上不不会会出出现现干干涉涉条条纹，但仍有光亮，故纹，但仍有光亮，故C对对答案答案C借题发挥借题发挥明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题做出正确判断的关键，该知识点必频率不同，是对此类问题做出正确判断的关键，该知识点必须记住须记住. 【例例2】如如图512所所示示是是双双缝干干涉涉实验装装置置，使使用用波波长为600 nm的的橙橙色色光光源源照照射射单缝S，在在光光屏屏中中央央P处观察察到
9、到亮亮条条纹，在在位位于于P点点上上方方的的P1点点出出现第第一一条条亮亮条条纹中中心心(即即P1到到S1、S2的的光光程程差差为一一个个波波长)，现换用用波波长为400 nm的紫光源照射的紫光源照射单缝，则()图图512AP和和P1仍仍为亮点亮点 BP为亮点，亮点，P1为暗点暗点CP为暗点，暗点，P1为亮点亮点 DP、P1均均为暗点暗点解解析析从从单单缝缝S射射出出的的光光波波被被S1、S2两两缝缝分分成成两两束束相相干干光光，由由题题意意知知屏屏中中央央P点点到到S1、S2距距离离相相等等，即即分分别别由由S1、S2射射出出的的光光到到P点点的的路路程程差差为为零零，因因此此是是亮亮条条纹
10、纹中中心心，因因而而，无无论论入入射射光光是是什什么么颜颜色色的的光光，波波长长多多大大，P点点都都是是中中央央亮亮条条纹纹中中心心借题发挥借题发挥判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源两个光源(双缝双缝)的路程差的路程差(光程差光程差)与波长的比值，要记住光程与波长的比值，要记住光程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹，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相同2实验步骤实验步骤(1)按按如如图513所示
11、安装所示安装仪器器图图513(2)将将光光源源中中心心、单缝中中心心、双双缝中中心心调节在在遮遮光光筒筒的的中中心心轴线上上(3)使使光光源源发光光，在在光光源源和和单缝之之间加加红(绿)色色滤光光片片，让通通过后后的的条条形形光光斑斑恰恰好好落落在在双双缝上上，通通过遮遮光光筒筒上上的的测量量头，仔仔细调节目目镜，观察察单色色光光的的干干涉涉条条纹；撤撤去去滤光光片片，观察察白白光光的的干涉条干涉条纹(彩色条彩色条纹)(4)加加装装滤光光片片，通通过目目镜观察察单色色光光的的干干涉涉条条纹，同同时调节手手轮，分分划划板板的的中中心心刻刻线对齐某某一一条条纹的的中中心心，记下下手手轮的的读数数
12、，然然后后继续转动使使分分划划板板移移动，直直到到分分划划板板的的中中心心刻刻线对齐另另一一条条纹中中心心，记下下此此时手手轮读数数和和移移过分分划划板板中中心心刻刻度度线的的条条纹数数n.【例例3】现现有有毛毛玻玻璃璃屏屏A、双双缝B、白白光光光光源源C、单缝D和和透透红光光的的滤光光片片E等等光光学学元元件件，要要把把它它们放放在在图514所所示示的的光光具具座座上上组装装成成双双缝干干涉涉装装置置，用用以以测量量红光光的的波波长(1)将将白白光光光光源源C放放在在光光具具座座最最左左端端，依依次次放放置置其其他他光光学学元元件件，由由左左至至右右，表表示示各各光光学学元元件件的的字字母母
13、排排列列顺序序应为C、_、A.图图514(2)本本实验的步的步骤有：有：取取下下遮遮光光筒筒左左侧的的元元件件，调节光光源源高高度度，使使光光束束能能直直接接沿沿遮光筒遮光筒轴线把屏照亮；把屏照亮；按按合合理理顺序序在在光光具具座座上上放放置置各各光光学学元元件件，并并使使各各元元件件的的中中心位于遮光筒的心位于遮光筒的轴线上；上；用米尺用米尺测量双量双缝到屏的距离；到屏的距离；用用测量量头(其其读数数方方法法同同螺螺旋旋测微微器器)测量量数数条条亮亮纹间的的距距离离在操作步在操作步骤时还应注意注意_.(3)将将测量量头的的分分划划板板中中心心刻刻线与与某某亮亮纹中中心心对齐，将将该亮亮纹定定
14、为第第1条条亮亮纹，此此时手手轮上上的的示示数数如如图515甲甲所所示示然然后后同同方方向向转动测量量头，使使分分划划板板中中心心刻刻线与与第第6条条亮亮纹中中心心对齐，记下下此此时图515乙乙中中手手轮上上的的示示数数_ mm，求得相求得相邻亮亮纹的的间距距y为_ mm.图图515(4)已已知知双双缝间距距d为2.0104 m，测得得双双缝到到屏屏的的距距离离l为0.700 m，由由计算算式式_，求求得得所所测红光光波波长为_ nm.解解析析(1)滤滤光光片片E是是从从白白光光中中选选出出单单色色红红光光，单单缝缝屏屏是是获获取取线线光光源源，双双缝缝屏屏是是获获得得相相干干光光源源，最最后
15、后成成像像在在毛毛玻玻璃璃屏屏所所以排列顺序为：以排列顺序为：C、E、D、B、A.四、对薄膜干涉的理解四、对薄膜干涉的理解1现现象象：光光照照到到薄薄膜膜上上，从从膜膜的的前前表表面面和和后后表表面面反反射射回回来来的的光光再再次次相相遇遇而而产生生的的干干涉涉现象象两两反反射射光光的的光光程程差差等等于膜厚度的于膜厚度的2倍倍2图图样样：以以光光照照射射肥肥皂皂泡泡为例例，如如果果是是单色色光光照照射射肥肥皂皂泡泡，肥肥皂皂泡泡上上就就会会出出现明明暗暗相相间的的条条纹；如如果果是是白白光光照照射射肥肥皂皂泡泡，液液膜膜上上就就会会出出现彩彩色色条条纹，且且每每一一条条纹呈呈水水平平分分布布
16、3应应用用：用用干干涉涉法法检查平平面面的的平平整整程程度度；光光学学镜头上上的的增增透膜透膜【例例4】如如图516所所示示为一一显示示薄薄膜膜干干涉涉现象象的的实验装装置置，P是是附附有有肥肥皂皂薄薄膜膜的的铁丝圈圈，S是是一一点点燃燃的的酒酒精精灯灯，往往火火焰焰上上撒撒些些盐后后，在在肥肥皂皂膜膜上上观察察到到的的干干涉涉图样应是是图中的中的()图图516解解析析铁铁丝丝圈圈上上的的肥肥皂皂泡泡薄薄膜膜在在重重力力作作用用下下上上薄薄下下厚厚，在在同同一一水水平平线线上上厚厚度度基基本本一一致致，如如果果某某一一厚厚度度处处前前后后表表面面反反射射的的同同一一列列光光波波叠叠加加得得到到加加强强，那那么么这这一一水水平平线线上上同同一一厚厚度度处处光光波会加强，所以干涉条纹应是水平的波会加强，所以干涉条纹应是水平的答案答案D借题发挥借题发挥在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，由于光波波应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，由于光波波长极短，因此做薄膜干涉所用的介质膜应足够薄，才能观察长极短，因此做薄膜干涉所用的介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹到干涉条纹.
