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3 光的干涉,【自主预习】 1.杨氏干涉实验: (1)史实:1801年,英国物理学家_成功地观 察到了光的干涉现象。,托马斯杨,(2)实验示意图:,(3)实验过程:如图,让一束平行的_投射到一个 有两条狭缝S1和S2的挡板上,狭缝S1和S2相距_,两 条狭缝就产生两个光源,它们的振动情况总是_, 两光源发出的光在挡板后面的空间互相_。 (4)实验现象:在屏上得到_的条纹。 (5)实验结论:证明光是一种_。,单色光,很近,相同的,叠加,明暗相间,波,2.决定明暗条纹的条件: (1)出现亮条纹条件:当两个光源与屏上某点的距离之 差等于半波长的_时(即恰好是波长的_ 时),两列光在这点相互加强,这里出现_。 (2)出现暗条纹条件:当两个光源与屏上某点的距离之 差等于半波长的_时,两列光在这点相互削弱,这 里出现_。,偶数倍,整数倍,亮条纹,奇数倍,暗条纹,【预习小测】 1.由两只手电筒射出的光,当它们照射到同一点时看不到干涉条纹,是因为 ( ) A.手电筒射出的光不是单色光 B.周围环境的漫反射光太强 C.干涉图样太细小看不清楚 D.两个光源是非相干光源,【解析】选D。两个手电筒发出的光是由两个独立光源发出的光,它们不具备相干条件,所以在两个光源照到同一位置,也看不到干涉条纹,选项D正确。,【补偿训练】 由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上,不会产生干涉现象。这是因为 ( ) A.两个光源发出光的频率不同 B.两个光源发出光的强度不同 C.两个光源的光速不同 D.这两个光源是彼此独立的,不是相干光源,【解析】选D。题中两光源发出的光都是白光,频率不确定没法比较,选项A错误。光的强度对光是否产生干涉没有影响,所以B错误。光速在真空中是确定的,但它对光的干涉也没影响,选项C错误。题设中的是两个独立光源,根据物体的发光机理(原子跃迁),二者产生的不是相干光,选项D正确。,2.某同学自己动手利用如图所示器材,观察光的干涉现象。其中,A为单缝屏,B为双缝屏,C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时,屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因,最大的可能是 ( ),A.单缝S太窄 B.单缝S太宽 C.S到S1和S2距离不等 D.太阳光不能作光源,【解析】选B。因为移走B屏后,在C上出现一窄亮斑,说明单缝S太宽。本实验中,单缝S应非常窄,才可看作“理想线光源”,也才能成功地观察到干涉现象,故B正确,A错误;S到S1和S2距离不等时也能出现干涉条纹,但中央不一定是亮纹,C错误;太阳光是复色光,可出现彩色干涉条纹,D错误。,3.如图所示的杨氏干涉的实验中,如果光屏上的P点是亮条纹,那么光波从缝S1、S2到P的光程差s应是( ) A.波长的整数倍 B.半波长的整数倍 C.只是波长的奇数倍 D.只是半波长的奇数倍,【解析】选A。在杨氏双缝干涉的实验中,S1、S2两缝发出的光具备干涉条件,P点是亮条纹,则两列光在P点叠加过程中相互加强,光程差s应为半波长的偶数倍,即波长的整数倍,A正确。,4.在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差为0.6m,若分别用频率为f1=5.01014Hz和f2=7.5 1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是 ( ) A.单色光f1和f2分别照射时,均出现明条纹 B.单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹,C.单色光f1照射时出现明条纹,单色光f2照射时出现暗条纹 D.单色光f1照射时出现暗条纹,单色光f2照射时出现明条纹,【解析】选C。判定某处是明条纹还是暗条纹,关键是看该处到两光源的路程差是该光波长的倍数情况,若是整数倍,该处为明条纹;若为整数倍加半个波长,则为暗条纹。,单色光f1的波长1= m=0.6m。 单色光f2的波长2= m=0.4m。 可见r=1,r= 2,故用f1照射时,P点出现明条 纹,f2照射时,P点出现暗条纹。则C正确,A、B、D错 误。,主题一 杨氏干涉实验 【互动探究】 1.1801年,英国物理学家托马斯杨把点光源发出的光通过一狭缝,形成一束光,该束光再通过两个狭缝,他成功地观察到了光的干涉现象。那么,单缝屏和双缝屏的作用是什么?,提示:(1)单缝屏的作用:获得一个线光源,有唯一的频率和振动情况。 (2)双缝屏的作用:平行光照射到单缝S上后,又照到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率、相位和振动方向都相同的相干光。,2.干涉现象产生的原理是什么? 提示:若两列相干光在空间传播时相遇,将在相遇区域发生波的叠加,如果在某些区域加强,而在另一些区域减弱,且加强区域和减弱区域是相互间隔的,这种现象称为光的干涉现象。产生的图样叫作干涉图样。,3.光的干涉现象对认识光的本质有什么意义? 提示:干涉是波的特征,光的干涉现象说明光是一种波。,【探究总结】 1.杨氏双缝干涉实验: (1)双缝干涉的装置示意图: 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。也可用激光直接照射双缝。 (3)双缝屏的作用:将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。,2.光产生干涉的条件:两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。杨氏双缝干涉实验是靠“分光”的方法获得两个相干光源的。 3.干涉图样: (1)若用单色光作光源,干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹,条纹间距与光的波长有关,且中央为亮条纹。,(2)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。 4.实验结论:证明了光是一种波。,【典例示范】 白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的,其原因是不同色光的 ( ) A.传播速度不同 B.强度不同 C.振动方向不同 D.频率不同,【解题指南】解答本题要注意以下两点: (1)白光是由各种色光组成的,每种颜色的光都可以在屏上产生干涉条纹。 (2)各种色光的频率不同,波长不同,干涉条纹间距不同,干涉条纹重叠在一起,就形成了彩色条纹。,【解析】选D。白光是由各种色光组成的,各种色光的频率不同,波长不同,各种色光形成干涉条纹的间距不同,从而形成了彩色条纹,D项正确。,【探究训练】 1.能发生干涉的两束光应是 ( ) A.亮度一样 B.颜色一样 C.频率相等,振动方向一致 D.传播方向相同 【解析】选C。产生干涉的条件是两光源的频率相同,振动方向一致。,2.在双缝干涉实验中,用红光照射双缝得到的干涉图样是 ( ) A.一系列明暗相间的同心圆 B.一些杂乱无章的点 C.平行、等间距的明暗相间的条纹 D.条纹中间宽、两边窄,【解析】选C。单色光的双缝干涉条纹为平行、等间距、明暗相间的条纹,故C对,A、B、D错。,3.关于光的干涉,下列说法中正确的是 ( ) A.在单色光的双缝干涉现象里,相邻两明条纹和相邻的两条暗条纹的间距是不相等的 B.在单色光的双缝干涉现象里,把入射光波长变短,相邻两个明条纹间距离将变宽 C.只有频率相同的两列光波才能发生干涉 D.频率不同的两列光波也能发生干涉现象,只是不稳定,【解析】选C。在双缝干涉现象里,相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,A选项不正确;对于同一干涉装置,入射光的波长越长,相邻两个明条纹的间距越大,因此,把入射光波长变短,条纹间距变窄,故B选项错误;两列光波发生干涉,频率必须相同,故选项C正确,选项D错误。,【补偿训练】 下列说法正确的是 ( ) A.从一个单色光源所发射的同一波面上任意取的两点光源均为相干光源 B.从同一单色光源所发射的任意两束光,可视为两相干光源,C.只要是频率相同的两独立光源都可视为相干光源 D.两相干光源发出的光波在空间任意位置都会产生干涉现象 【解析】选A。A满足条件,是相干光源;B的相位差不一定相同;C任意两个独立光源都不是相干光;D不是在任意位置都会产生干涉现象。所以选A。,【通法悟道】光的干涉条件的分析 (1)生活中任何两个独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉,这是由物体的发光机理决定的,即任何两个独立的光源都不是相干光源,所以杨氏双缝干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源,以便能有相同频率和振动规律。,(2)双缝是由同一个狭缝射出的光线照亮的,所以光通过双缝也就成了一对相干光源。光的相干条件中频率相同是光发生干涉的必要条件,要发生干涉,两光源还必须具有相同的振动方向和恒定相位差。 (3)通常的问题中对相干光源的条件说法比较含蓄,要注意挖掘。,主题二 决定条纹间距的条件 【互动探究】 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:相邻两亮条纹和相邻两暗条纹间距是相等的。 2.不同颜色的光产生的干涉条纹间距相同吗? 提示:不相同。,3.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。 4.当两个光源与屏上某点的距离之差为零时,该点出现亮条纹还是暗条纹? 提示:两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍,包括了距离之差为零这种情况,这时出现亮条纹。,5.如何从能量的角度理解光的干涉现象中明暗条纹的 分布? (1)亮条纹:如图所示,S1和S2相当于两个相干光源,如果 它们到达屏上某点的路程差等于半波长的_,两 列波的波峰和波峰或波谷和波谷同时到达这一点,在这 点,两列波的_与_叠加,_与_叠加,相 互加强,到达该处的光能量比较集中,_。,偶数倍,波峰,波峰,波谷,波谷,出现亮条纹,(2)暗条纹:如果S1和S2到达屏上某点的路程差等于半波 长的_,则会出现_与_叠加,结果互相抵 消,基本没有能量,出现暗条纹,所以干涉现象只是能量 的_,并没有产生能量。,奇数倍,波峰,波谷,重新分配,【探究总结】 1.屏上某处出现亮、暗条纹的条件:,实验装置如图所示,双缝S1、S2之间的距离为d,双缝到屏的距离为l,屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2,路程差r=r2-r1。 (1)若满足路程差为波长的整数倍,即r=k(其中k=0,1,2,3,),则出现亮条纹。,(2)若满足路程差为半波长的奇数倍,即r= (其中k=0,1,2,3,),则出现暗条纹。 2.相邻亮条纹(暗条纹)间的距离x与波长的关系: x= ,其中l为双缝到屏的距离,d为双缝之间的距 离。,3.明亮条纹的能量分布: 亮条纹处峰峰或谷谷叠加,互相加强,光能量比较集中。暗条纹处峰谷叠加,互相抵消,基本没有能量。,【典例示范】 用单色光做双缝干涉实验时,已知屏上一点P到双缝的路程差r=|PS1-PS2|=0.610-6m,当单色光频率为f1=51014Hz时,P点将形成亮纹还是暗纹?若单色光频率为f2=7.51014Hz时,P点将形成亮纹还是暗纹?,【解析】频率为f1的单色光波长 1= m=0.610-6m=0.6m 频率为f2的单色光波长 2= m=0.410-6m=0.4m 可见r=1,r= 2,用频率为f1的单色光照射时,P处应出现亮纹,且为第一条亮纹;用频率为f2的单色光照射时,P处应出现暗纹,且为第二条暗纹。 答案:见解析,【探究训练】 1.在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差s1=0.75m,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差s2=1.5m。若用频率=6.01014Hz的黄光照射双缝,则 ( ),A.P点出现亮条纹,Q点出现暗条纹 B.P点出现暗条纹,Q点出现亮条纹 C.两点均出现亮条纹 D.两点均出现暗条纹,【解析】选B。由光的频率=6.01014Hz,知光的波长 = =510-7m。P点到双缝S1、S2的距离之差s1= 0.75m=7.510-7m=1.5。Q点到双缝S1、S2的距离 之差为s2=1.5m=1510-7m=3。因此,P点出现暗 条纹,Q点出现亮条纹,选B。,2.煤矿中的瓦斯危害极大,某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率,于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪,其原理如图所示:在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B,容器A与干净的空气相通,在容器B中通入矿井中的气体,观察屏上的干涉条纹,就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗纹,说明B中气体 ( ),A.一定含瓦斯 B.一定不含瓦斯 C.不一定含瓦斯 D.无法判断,【解析】选A。如果屏的正中央O变为暗纹,说明从两个子光源到屏中央O的光程差发生变化,所以B中气体一定含瓦斯。A正确。,3.杨氏干涉实验证 明光的确是一种波,一束单色光投射在 两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了 两个光源,它们发出的光波满足干涉的 必要条件,则两列光的 相同。如图所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷,如果放置光屏,在 (选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。,【解析】产生光的干涉的前提是频率相等。波峰与波峰或者波谷与波谷相叠加振动加强,所以A、B点出现明条纹,波峰与波谷叠加振动减弱,所以C点出现暗条纹。 答案:频率 C,【补偿训练】 在杨氏干涉实验中,从两个狭缝到达像屏上的某点的光走过的路程相等,该点即为中央亮条纹的位置(即k=0对应的那条亮条纹)。双缝屏上有上下两狭缝,设想在双缝屏后用一块极薄的玻璃片遮盖下方的缝,则屏上中央亮条纹的位置将 ( ) A.向上移动 B.向下移动 C.不动 D.可能向上移动,也可能向下移动,【解析】选B。双缝到屏上中央亮条纹O点的距离相等,当下方的狭缝用一块极薄的玻璃片遮盖住后,由于波在玻璃中传播的波长变小,因此下方的缝到O点的距离内的波长个数变多,所以屏上对应的到双缝波长个数相等的点下移,即屏上中央亮条纹的位置将向下移动,故本题选B。,【通法悟道】判断干涉条纹亮、暗的方法 (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。,【课堂小结】,
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