2020版新教材高中物理 主题3 光及其应用 3 光的干涉学案 新人教版必修第一册

3光的干涉学 习 目 标知 识 脉 络1观察光的干涉现象，能说出光的干涉条纹的特点(重点)2能说出干涉现象产生的原因以及出现明条纹或暗条纹应满足的条件(难点)3明确相干光源的概念，熟记产生稳定干涉现象的条件(重点)知识点一| 杨氏干涉实验1.物理史实1801年，英国物理学家托马斯杨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2.双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行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相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹(3)实验结论：光是一种波1直接用强光照射双缝，发生干涉()2两只手电筒射出的光束在空间相遇，能观察到光的干涉现象()3用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹()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差，不具备相干光源的条件1.光的干涉(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域是相互间隔的，即出现亮纹和暗纹相间的现象(2)干涉条件：两列光的频率相同、相差恒定或两列光振动情况总是相同能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列来获得2托马斯杨的双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图(如图所示)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3双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样(如图所示)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：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侧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1.以下光源不可作为相干光源的是()A两个相同亮度的烛焰B两个相同规格的灯泡C双丝灯泡D出自一个光源的两束光E一束平行单色光经双缝后分为两束解析：相干光的条件，必须是频率相同，相位差恒定答案：ABC2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)，已知红光与绿色频率，波长均不相等，这时在屏上可看到什么现象？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屏上仍有亮光答案：见解析3从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是为什么？解析：本题虽然强调两只相同的手电筒，但它们发出的光频率仍然不同不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样答案：见解析(1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小(2)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，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源(3)在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等知识点二| 决定条纹明暗的条件1当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现明条纹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，两列光波在这点相互减弱，出现暗条纹1若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹()2若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹()3当两个光源与屏上某点的距离之差为半波长的整数倍时出现暗条纹()1用白光做双缝干涉实验，彩纹的特点如何？【提示】屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红2不同色光在真空中的光速相同吗？在同种介质中的光速相同吗？【提示】各种色光在真空中的光速均为c3108 m/s，而在同种介质中，由于各种色光的折射率不同，由v知，v不同1明暗条纹的判断如图所示，S1、S2是两个狭缝，S1S2d，缝到屏的距离为l，ld，O是S1S2的中垂线与屏的相交点(1)出现明条纹的条件屏上某点P到双缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍，即|PS1PS2|k2k(k0，1，2，)(2)出现暗条纹的条件屏上某点P到双缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即|PS1PS2|(2k1)(k0，1，2，3，)2对双缝干涉图样的两点说明(1)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮纹为白色(2)若利用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等，中央仍为亮纹4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f15.01014Hz和f27.51014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是：单色光f1照射时出现_条纹，单色光f2照射时出现_条纹解析：本题考查双缝干涉实验中屏上出现明、暗条纹的条件根据波的叠加知识，可知与两个狭缝的光程差是波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹据可得1 m0.6106 m0.6 m，2 m0.4106 m0.4 m，即d1，d2.答案：明暗5如图所示，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_解析：出现暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为(2n1)，而，所以|r1r2|.答案：双缝干涉中亮条纹或暗条纹的判断方法(1)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)的光程差与波长的比值(2)出现明条纹的条件是光程差等于波长的整数倍(3)出现暗条纹的条件是光程等于半波长的奇数倍，而不是整数倍- 6 -