《光的干涉》人教版课件1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/19,#,3,光的干涉,自主阅读,自我检测,一、光的双缝干涉,通过实验观察,认识光的干涉现象,理解光是一种电磁波。,1,.,双缝干涉实验的物理学史,1801,年,英国物理学家,最早成功地观察到了光的干涉现象,这就是历史上著名的杨氏双缝干涉实验。,2,.,双缝干涉实验的过程,让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两条狭缝相距很近。如果光是一种波,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。两波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,发生干涉现象,;,来自两个光源的光在一些位置相互加强,在另一些位置相互削弱,在屏上得到明暗相间的条纹。,托马斯,杨,自主阅读,自我检测,3,.,光发生干涉的条件,两列光的频率相同,振动方向相同,相位差恒定且双缝间的间距必须很小。,4,.,双缝干涉实验中出现明暗条纹的条件,(1),亮条纹,:,当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时,(,即恰好等于波长的整数倍时,),两列光在这点相互加强,这里出现亮条纹,;(2),暗条纹,:,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,两列光在这一点相互削弱,这里出现暗条纹。,5,.,双缝干涉实验的意义,:,证明了光是一种波。,自主阅读,自我检测,二、干涉条纹和光的波长之间的关系,1,.,条纹间距和光的波长的关系,在双缝实验中,单色光的波长为,双缝中心之间的距离为,d,两缝的连线到屏的距离为,l,如图所示,则相邻两个亮条纹或暗条纹的,中,心,间距,x=,.,2,.,各种颜色的光都会发生干涉,用红、黄、蓝光分别做双缝干涉实验,条纹间距最大的是,光,条纹间距最短的是,光。,红,蓝,自主阅读,自我检测,三、薄膜干涉,1,.,成因,竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚、上面薄,因此在膜上不同位置,来自前后两个面的反射光所走的路程差不同。在某些位置,光波叠加后相互加强,于是出现亮条纹,;,在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了暗条纹。,2,.,应用,(1),检查平面的平滑度。,(2),光学元件表面的增透膜或反射膜。,自主阅读,自我检测,1,.,正误判断,(1),两只完全相同的灯泡发出的光能产生干涉现象。,(,),(2),用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光。,(,),(3),水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果,。,(,),解析,:,不符合相干光源的条件,因此不能产生干涉现象,。,自主阅读,自我检测,2,.,关于薄膜干涉,下列说法正确的是,(,),A.,干涉条纹的产生是由于光在膜的前、后两表面反射形成的两列光波叠加的结果,B.,干涉条纹中的暗条纹是由于,A,项中所述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果,C.,干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等,D.,观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧观察,自主阅读,自我检测,答案,:,A,解析,:,薄膜前、后两个面反射的光波的光程不同,在一些地方,波峰,(,波谷,),与波峰,(,波谷,),相遇,相互加强,出现亮条纹,;,在另一些地方,波峰,(,波谷,),与波谷,(,波峰,),相遇,相互削弱,出现暗条纹,故选项,A,正确,选项,B,错误,;,干涉条纹是等间距的平行线时,说明薄膜是理想的劈尖干涉,即薄膜厚度是均匀变化的,故选项,C,错误,;,人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果,因此人应与入射光在同一侧观察,故选项,D,错误。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,双缝干涉实验原理透析,情境探究,波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的,是波的特性。产生稳定干涉现象的条件是有相干波源,频率相等、振动方向相同、相位差恒定的两列波,干涉图样中的,“,明,”“,暗,”,条纹就是相干波源叠加形成的振动,“,加强区,”,和,“,减弱区,”,。在,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,这对研究光的本性提供了什么样的帮助作用,?,要点提示,:,光的干涉现象的发现,从实验的角度证实光是一种波。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,知识归纳,1,.,双缝干涉实验的装置示意图,:,实验装置如图所示,有光源、单缝、双缝和光屏,。,(1),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。,(2),双缝屏的作用,:,平行光照射到单缝,S,上,又照射到双缝,S,1,、,S,2,上,这样一束光被分成两束频率相同和振动方向相同、相位差恒定的相干光。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,2,.,屏上某处出现亮、暗条纹的条件,:,频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致,即振动方向总是相同,;,暗条纹处振动步调总是相反。,具体产生亮、暗条纹的条件,:,(1),亮条纹产生的条件,:,屏上某点,P,到两条缝,S,1,和,S,2,的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即,|PS,1,-PS,2,|=k,=,2,k,(,k=,0,1,2,3,),k=,0,时,PS,1,=PS,2,此时,P,点位于屏上的,O,处,为亮条纹,此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。,k,为亮条纹的级次。,(2),暗条纹产生的条件,:,屏上某点,P,到两条缝,S,1,和,S,2,的路程差正好是半波长的奇数倍。即,|PS,1,-PS,2,|=,(2,k-,1,)(,k=,1,2,3,),k,为暗条纹的级次,从第,1,级暗条纹开始向两侧展开。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,双缝干涉的条件必须是相干光源,且双缝间的间距必须很小,。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,典例剖析,例题,1,双,缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为,6,10,-,7,m,的橙光做实验时,光屏,P,点及上方的,P,1,点形成相邻的亮条纹。若使用波长为,4,10,-,7,m,的紫光重复上述实验,在,P,和,P,1,点形成的亮、暗条纹的情况是,(,),A.,P,和,P,1,都是亮条纹,B.,P,是亮条纹,P,1,是暗条纹,C.,P,是暗条纹,P,1,是亮条纹,D.,P,和,P,1,都是暗条纹,问题一,问题二,问题三,当堂检测,答案,:,B,解析,:,从单缝,S,射出的光波被,S,1,、,S,2,两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央,P,到,S,1,、,S,2,距离相等,即由,S,1,、,S,2,分别射出的光到,P,的路程差为零,因此,P,处是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P,处都是中央亮纹中心。,而,P,1,到,S,1,、,S,2,的路程差刚好是橙光的一个波长,即,|P,1,S,1,-P,1,S,2,|=,600,nm,=,橙,则两列光波到达,P,1,时的振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。,当换用波长为,400,nm,的紫光时,|P,1,S,1,-P,1,S,2,|=,600,nm,=,紫,则两列光波到达,P,1,时振动情况完全相反,即由,S,1,、,S,2,射出的光波到达,P,1,时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项,B,正确。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,规律方法,分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤,(1),明确光在真空,(,或空气,),中的波长。,(2),由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹。,(3),根据明条纹的判断式,r=k,(,k=,0,1,2,),或暗条纹的判断式,r=,(2,k+,1,)(,k=,0,1,2,),判断出,k,的取值,从而判断条纹数。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,变式训练,1,(,多选,),线光源,a,发出的光波长为,480 nm,线光源,b,发出的光波长为,672 nm,则,(,),A.,用,a,做双缝实验,屏上与双缝距离差为,s,1,=,1,.,68,m,的,P,处将出现暗纹,B.,用,b,做双缝实验,屏上与双缝距离差为,s,2,=,1,.,68,m,的,P,处将出现亮纹,C.,用,a,做双缝实验,屏上与双缝距离差为,s,2,=,1,.,44,m,的,Q,处将出现亮纹,D.,用,b,做双缝实验,屏上与双缝距离差为,s,2,=,1,.,44,m,的,Q,处将出现亮纹,答案,:,A C,问题一,问题二,问题三,当堂检测,可见,用,a,、,b,两光源做双缝实验时,屏上,P,处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍,均为暗纹,故选项,A,正确,B,错误,;,用,a,做双缝实验时,屏上,Q,处到双缝的距离差恰等于半波长的偶数倍,Q,处应为亮纹,选项,C,正确,;,用,b,做双缝实验时,屏上,Q,处到双缝的距离差不等于半波长的偶数倍,选项,D,错误。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,双缝干涉图样的特点,情境探究,如图所示,几种单色光的双缝干涉图样,请问,:,(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,?,(2),用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗,?,要点提示,:,(1),相等。,(2),不一样,。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,知识归纳,1,.,相邻明条纹,(,或暗条纹,),间的距离,x,与入射光波长,之间的定量关系推导,如下图所示,双缝间距,d,双缝到屏的距离,l,。双缝,S,1,、,S,2,的连线的中垂线与屏的交点为,P,0,。对屏上与,P,0,距离为,x,的一点,P,两缝与,P,的距离,PS,1,=r,1,PS,2,=r,2,。在线段,PS,2,上作,PM=PS,1,则,S,2,M=r,2,-r,1,因,d,l,三角形,S,1,S,2,M,可看作直角三角形。则,:,r,2,-r,1,=d,sin,(,令,S,2,S,1,M=,),。,另,x=l,tan,l,sin,问题一,问题二,问题三,当堂检测,2,.,单色光的,干涉图样,(1),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。,(2),用不同的单色光做双缝干涉实验,得到的条纹之间的距离不一样,但都是明暗相间的单色条纹。由,x=,知,红光波长最长,x,最大,紫光波长最短,x,最小。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,3,.,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,:,(1),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。,(2),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,。,双缝干涉的相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,典例剖析,例题,2,如图甲为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时,在屏上观察到的条纹情况,a,为中央亮条纹,丙图为换用另一颜色的单色光做实验,时,观察到的条纹情况,a,为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长,紫光的波长最短。则以下说法正确的是,(,),A.,丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长,B.,丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长,C.,丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短,D.,丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短,问题一,问题二,问题三,当堂检测,答案,:,A,解析,:,根据双缝干涉图样的特点,入射光的波长越长,同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大。由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长,因此,A,正确,B,、,C,、,D,错误。,规律方法,对干涉条纹间距的理解,干涉条纹间距是两个相邻的同类条纹中线间的距离,既可以是两相邻亮条纹中线间的距离,也可以是两相邻暗条纹中线间的距离。,问题一,问题二,问题三,当堂检测,变式训练,2,关于光的干涉,下列说法正确的是,(,),A.,在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的,B.,在双缝干涉现象中,把