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1、光的干涉、光的干涉第五章 光的波动性.1、光的干涉第五章 光的波动性.1光光 是什么是什么 17世世纪纪的两种学的两种学说说牛牛顿顿的的微微粒粒说说惠更斯的惠更斯的波波动说动说对光本性的光本性的认识，人，人类经历了十分漫了十分漫长的的过程，牛程，牛顿认识光是一种粒子流，与牛光是一种粒子流，与牛顿同同时代的惠更斯代的惠更斯则认为光是光是波，他开波，他开创了光的波了光的波动论。.光 是什么 17世纪的两种学说牛顿的微粒说惠更斯的波动说对2 假如你假如你认为认为光是波，光是波，准准备备通通过过哪些物理哪些物理现现象来象来证证明呢？明呢？.假如你认为光是波，准备通过哪些物理现象来证明呢？.3假假设光真的是一种波光真的是一种波我我们必然能看到波特有的必然能看到波特有的现象象.假设光真的是一种波我们必然能看到波特有的现象.41801年，英国物理学家年，英国物理学家托托马马斯斯杨杨在在实验实验室里室里成功的成功的观观察到了光的干察到了光的干涉涉现现象象对光本性的光本性的认识，人，人类经历了十分漫了十分漫长的的过程，牛程，牛顿认识光是一种粒子流，光是一种粒子流，与牛与牛顿同同时代的惠更斯代的惠更斯则认为光是波，他开光是波，他开创了光了光的波的波动论。.1801年，英国物理学家托马斯杨在实验室里成功的观察到了光5用一束平行的用一束平行的红色激光色激光束照射有两条狭束照射有两条狭缝（也（也称双称双缝）S1和和S2的档的档板板（S1和和S2相距相距0.1m），），观察察挡板后板后面与档板平行的屏幕上面与档板平行的屏幕上所出所出现的条的条纹。观察思考？察思考？一、一、双双缝干涉干涉.用一束平行的红色激光束照射有两条狭缝（也称双缝）S1和S2的6单色光色光屏屏S1S2双双缝探究探究1：光是一种波：光是一种波 .单色光屏S1S2双缝探究1：光是一种波.7单色激光束色激光束屏屏等等间距距双双缝干涉干涉图样图样有何特征？有何特征？S1S2亮条亮条纹的中心的中心线亮条亮条纹的中心的中心线暗条暗条纹的中心的中心线暗条暗条纹的中心的中心线双双缝中央亮条中央亮条纹明暗相明暗相间.单色激光束屏等间距双缝干涉图样图样有何特征？S1S2亮条纹的8亮条亮条纹亮条亮条纹探究探究2：出出现明暗相明暗相间条条纹的条件的条件S1S2.亮条纹亮条纹探究2：出现明暗相间条纹的条件S1S2.9.10亮条亮条纹出出现亮条亮条纹的条件的条件（n=0，1，2，3）.亮条纹出现亮条纹的条件（n=0，1，2，3）.11暗条暗条纹探究探究2：出出现明暗相明暗相间条条纹的条件的条件S1S2/2.暗条纹探究2：出现明暗相间条纹的条件S1S2/2.12.13亮条亮条纹暗条暗条纹出出现亮条亮条纹和暗条和暗条纹的条件的条件（n=0，1，2，3）（n=0，1，2，3）.亮条纹暗条纹出现亮条纹和暗条纹的条件（n=0，1，2，314光的干涉光的干涉双缝干涉激光束双缝屏屏上看到明暗相屏上看到明暗相间的条的条纹结论:光是一种波光是一种波.光的干涉双缝干涉激光束双缝屏屏上看到明暗相间的条纹结论:光是15观察思考？察思考？1 1、改、改变光屏到双光屏到双缝的距离的距离L L，观察干涉条察干涉条纹的的间距有何距有何变化？化？2 2、改、改变双双缝的的间距距d d，观察干涉条察干涉条纹的的间距有何距有何变化？化？3 3、分、分别用用红光和紫光照射双光和紫光照射双缝，观察干涉条察干涉条纹的的间距有什么不同？距有什么不同？想一想，双想一想，双缝干部涉条干部涉条纹的的间距可能与哪些因素距可能与哪些因素有关？有关？.观察思考？1、改变光屏到双缝的距离L，观察干涉条纹的间距有何16.17白光干涉干涉图样分析分析红光蓝光亮暗相亮暗相间彩色条彩色条纹.白光干涉图样分析红光蓝光亮暗相间彩色条纹.18结论：1 1、改、改变光屏到双光屏到双缝的距离的距离L L，观察干涉条察干涉条纹的的间距有何距有何变化？化？2 2、改、改变双双缝的的间距距d d，观察干涉条察干涉条纹的的间距有何距有何变化？化？3 3、分、分别用用红光和紫光照射双光和紫光照射双缝，观察干涉条察干涉条纹的的间距有什么不同？距有什么不同？想一想，双想一想，双缝干部涉条干部涉条纹的的间距可能与哪些因素距可能与哪些因素有关？有关？随随双双缝的的间距距d增大而减小增大而减小随随光屏到双光屏到双缝的距离的距离L增大而增大增大而增大红光波光波长长干涉条干涉条纹的的间距大距大.结论：1、改变光屏到双缝的距离L，观察干涉条纹的间距有何变化19用一根吸管蘸一点肥皂用一根吸管蘸一点肥皂溶液，可以吹出一串肥溶液，可以吹出一串肥皂泡，每个肥皂泡都呈皂泡，每个肥皂泡都呈现出出五五颜六六色色，你能，你能解解释这个个现象象吗？二、薄膜干涉二、薄膜干涉.用一根吸管蘸一点肥皂溶液，可以吹出一串肥皂泡，每个肥皂泡都呈20.21产产生原因是当肥皂膜生原因是当肥皂膜竖竖直放置，直放置，由于重力作用，膜上薄下厚。由于重力作用，膜上薄下厚。光照射到肥皂膜上，光照射到肥皂膜上，经经前后膜前后膜两次反射，又叠加在一起，后两次反射，又叠加在一起，后膜反射光的路程比前膜反射多膜反射光的路程比前膜反射多2倍膜厚。若膜厚度倍膜厚。若膜厚度2倍等于波倍等于波长长整数倍，两列光波加整数倍，两列光波加强强，呈，呈现现明明纹纹。若某种膜厚度。若某种膜厚度2倍等于半倍等于半个波个波长长奇数倍，此奇数倍，此处处两两处处两列两列波互相减弱，出波互相减弱，出现现暗暗纹纹。膜厚。膜厚度度变变化是化是连续连续的，就了的，就了现现明暗明暗相相间间条条纹纹。薄膜干涉：薄膜干涉：产产生原因生原因.产生原因是当肥皂膜竖直放置，由于重力作用，膜上薄下厚。光照射22光的干涉光的干涉现象在技象在技术中的中的应用用用干涉法用干涉法检查各种各种镜面的平整程度。面的平整程度。如果被如果被测平面是平平面是平的，干涉条的，干涉条纹就是就是一一组平行的。如果平行的。如果干涉条干涉条纹发生弯曲，生弯曲，就表明被就表明被测表面不表面不平的。平的。.光的干涉现象在技术中的应用用干涉法检查各种镜面的平整程度。如23.24增增透透膜膜.增透膜.25b.b.增透膜增透膜 原理：原理：当当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的的时，在薄膜的两个面上的反射光，光，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到，因而相互抵消，达到减小反射光，增大透射光的作用减小反射光，增大透射光的作用思考：思考：增透膜能否将所有反射光都抵消增透膜能否将所有反射光都抵消 思考：思考：那么，怎那么，怎样来确定增透膜的厚度？来确定增透膜的厚度？.b.增透膜 原理：当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时26因因为人的人的视觉最敏感的色光最敏感的色光为绿光，所以光，所以增透膜的厚增透膜的厚度度为绿光在光在增透膜中波增透膜中波长的的1/4。以增大。以增大绿光的透光的透射射强度。度。因因为红光与紫光反射光与紫光反射强度大，所以度大，所以照相机的照相机的镜头常常呈淡紫色或呈淡紫色或蓝色色照相机和望照相机和望远镜.因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的厚度为绿光在增透27【例【例1 1】关于光的干涉，下列】关于光的干涉，下列说说法正确的是法正确的是A.A.只有只有频频率相同的两列光波才能率相同的两列光波才能产产生干涉生干涉B.B.频频率不同的两列光波也能率不同的两列光波也能产产生干涉生干涉现现象，只是不象，只是不稳稳定定C.C.两个完全相同的相干光源做双两个完全相同的相干光源做双缝缝干涉干涉实验时实验时，从两个，从两个狭狭缝缝到达屏上的路程差是光波到达屏上的路程差是光波长长的整数倍的整数倍时时出出现现亮条亮条纹纹D.D.两个完全相同的相干光源做双两个完全相同的相干光源做双缝缝干涉干涉实验时实验时，从两个，从两个狭狭缝缝到达屏上的路程差是光波到达屏上的路程差是光波长长的奇数倍的奇数倍时时出出现现暗条暗条纹纹A、C.【例1】关于光的干涉，下列说法正确的是A、C.28【标标准解答】准解答】选选A A、C.C.两列波两列波产产生干涉生干涉时时，频频率必率必须须相同，相同，否否则则不可能不可能产产生干涉生干涉现现象，而不是干涉不象，而不是干涉不稳稳定，故定，故A A正确、正确、B B错错.两个完全相同的相干光源做双两个完全相同的相干光源做双缝缝干涉干涉实验时实验时，从两，从两个狭个狭缝缝到达屏上的路程差是光波到达屏上的路程差是光波长长的整数倍的整数倍时时出出现现亮条亮条纹纹；若；若该该路程差是光半波路程差是光半波长长的奇数倍的奇数倍时时出出现现暗条暗条纹纹（注（注意是半波意是半波长长而不是波而不是波长长），故），故C C正确、正确、D D错错.【标准解答】选A、C.两列波产生干涉时，频率必须相同，否则不29【例【例2 2】（】（20102010福州高二福州高二检测检测）关于）关于杨杨氏双氏双缝缝干涉干涉实验实验，下列下列说说法正确的是法正确的是（）A.A.用白光作用白光作为为光源，屏上将呈光源，屏上将呈现现黑白相黑白相间间的条的条纹纹B.B.用用红红光作光作为为光源，屏上将呈光源，屏上将呈现红现红黑相黑相间间的条的条纹纹C.C.用用红红光照射一条狭光照射一条狭缝缝，用紫光照射另一条狭，用紫光照射另一条狭缝缝，屏上，屏上将呈将呈现现彩色条彩色条纹纹D.D.照射照射单缝单缝的的单单色光的波色光的波长长越短，光屏上出越短，光屏上出现现的条的条纹宽纹宽度越度越宽宽B.【例2】（2010福州高二检测）关于杨氏双缝干涉实验，下列32【自主解答】【自主解答】选选B.B.用白光做用白光做杨杨氏双氏双缝缝干涉干涉实验实验，屏上将，屏上将呈呈现现彩色条彩色条纹纹，故，故A A错错.用用红红光作光源，屏上将呈光作光源，屏上将呈现红现红色色亮条亮条纹纹与暗条与暗条纹纹（即黑条（即黑条纹纹）相）相间间，故，故B B正确正确.红红光和紫光和紫光光频频率不同，不能率不同，不能产产生干涉条生干涉条纹纹，故，故C C错错.单单色光的波色光的波长长越短，光屏上出越短，光屏上出现现的条的条纹纹越窄，故越窄，故D D错错.【自主解答】选B.用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条33【典例【典例2 2】在双】在双缝缝干涉干涉实验实验中，双中，双缝缝到光屏上到光屏上P P点的距点的距离之差离之差为为0.6 m,0.6 m,若分若分别别用用频频率率为为f f1 1=5.010=5.0101414HzHz和和f f2 2=7.510=7.5101414Hz Hz 的的单单色光垂直照射双色光垂直照射双缝缝，则则P P点出点出现现明、明、暗条暗条纹纹的情况是的情况是A.A.单单色光色光f f1 1和和f f2 2分分别别照射照射时时，均出，均出现现明条明条纹纹B.B.单单色光色光f f1 1和和f f2 2分分别别照射照射时时，均出，均出现现暗条暗条纹纹C.C.单单色光色光f f1 1照射照射时时出出现现明条明条纹纹，单单色光色光f f2 2照射照射时时出出现现暗暗条条纹纹D.D.单单色光色光f f1 1照射照射时时出出现现暗条暗条纹纹，单单色光色光f f2 2照射照射时时出出现现明明条条纹纹.【典例2】在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.34【自主解答】【自主解答】选选C.C.单单色光色光f f1 1的波的波长长1 1=m=0.610 =m=0.610-6-6 m=0.6 m m=0.6 m，单单色光色光f f2 2的波的波长长2 2=m=0.410=m=0.410-6-6 m=0.4 m m=0.4 m，因因P P点到双点到双缝缝的距离之差的距离之差x=0.6 m=x=0.6 m=1 1,所以用所以用f f1 1照照射射时时P P点出点出现现亮条亮条纹纹.x=0.6 m=.x=0.6 m=2 2,所以用所以用f f2 2照照射射时时P P点出点出现现暗条暗条纹纹，故，故选项选项C C正确正确.【思路点【思路点拨拨】判断屏上某点是亮条判断屏上某点是亮条纹还纹还是暗条是暗条纹纹，要，要看看该该点到两个光源点到两个光源(双双缝缝)的路程差与波的路程差与波长长的比的比值值.【自主解答】选C.单色光f1的波长【思路点拨】判断屏上某点是35【例【例3 3】关于光在】关于光在竖竖直肥皂液薄膜上直肥皂液薄膜上产产生的干涉生的干涉现现象，下象，下列列说说法中正确的是法中正确的是（）A.A.干涉条干涉条纹纹的的产产生是由于光在薄膜前后两表面生是由于光在薄膜前后两表面发发生反射，生反射，形成的两列光波叠加的形成的两列光波叠加的结结果果B.B.若出若出现现明暗相明暗相间间的条的条纹纹相互平行，相互平行，说说明肥皂膜的厚度明肥皂膜的厚度是均匀的是均匀的C.C.用用绿绿色光照射薄膜色光照射薄膜产产生的干涉条生的干涉条纹间纹间距比黄光照射距比黄光照射间间距小距小D.D.薄膜上的干涉条薄膜上的干涉条纹纹基本上是基本上是竖竖直的直的A、C.【例3】关于光在竖直肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下列说法中正36【典例【典例2 2】如】如图图所示所示,劈尖干涉是一种薄膜干涉劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如其装置如图图(a)(a)所示所示.将一将一块块平板玻璃放置在另一平板玻璃放置在另一块块平板玻璃之上平板玻璃之上,在一在一端端夹夹入两入两张纸张纸片片,从而在两玻璃表面之从而在两玻璃表面之间间形成一个劈形空气形成一个劈形空气薄膜薄膜.当光垂直入射后当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条从上往下看到的干涉条纹纹如如图图(b)(b)所所示示.现现若在若在图图(a)(a)装置中抽去一装置中抽去一张纸张纸片片,则则当光垂直入射到新当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后的劈形空气薄膜后,从上往下从上往下观观察到的干涉条察到的干涉条纹纹（）A.A.变变疏疏 B.B.变变密密 C.C.不不变变 D.D.消失消失A.【典例2】如图所示,劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图(a)37【标标准解答】准解答】选选A A、C.C.要想要想产产生干涉生干涉现现象，必象，必须须有两列相有两列相干光源干光源.在肥皂膜干涉中，薄膜前后两表面反射的光正好在肥皂膜干涉中，薄膜前后两表面反射的光正好是两个相干光源，它是两个相干光源，它们们相互叠加形成干涉条相互叠加形成干涉条纹纹，所以，所以选选项项A A正确正确.肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均匀肥皂膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是不均匀的，并且厚度均匀的薄膜是不会出的，并且厚度均匀的薄膜是不会出现现干涉条干涉条纹纹的（若厚的（若厚度相同，路程差度相同，路程差处处处处相等，两列波叠加后，若是加相等，两列波叠加后，若是加强强，处处处处光光线线加加强强，若是减弱，若是减弱，处处处处光光线线减弱，不会出减弱，不会出现现明明暗相暗相间间条条纹纹），所以），所以选项选项B B错误错误.【标准解答】选A、C.要想产生干涉现象，必须有两列相干光源.38波波长长越短的光波，越短的光波，对对同一装置，干涉条同一装置，干涉条纹纹越窄越窄.绿绿光的波光的波长长小于黄光的波小于黄光的波长长，所以，所以绿绿色光照射薄膜色光照射薄膜产产生的干涉条生的干涉条纹间纹间距比黄光照射的距比黄光照射的间间距小距小.选项选项C C正确正确.出出现现亮、暗条亮、暗条纹纹的位置与薄膜厚度有关，的位置与薄膜厚度有关，对对于某位置，于某位置，若光若光线线叠加后加叠加后加强强，则则与此等厚度的位置反射光与此等厚度的位置反射光线线叠加叠加都加都加强强，从而形成亮条，从而形成亮条纹纹.对对暗条暗条纹纹也是一也是一样样道理道理.由于由于薄膜同一水平薄膜同一水平线线上的厚度相同，因此干涉条上的厚度相同，因此干涉条纹纹基本上是基本上是水平的，所以水平的，所以选项选项D D错误错误.故故选选A A、C.C.波长越短的光波，对同一装置，干涉条纹越窄.绿光的波长小于黄光39
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