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第5章,光的干涉衍射偏振,第1讲光的干涉,目标定位1.知道光的干涉现象，知道光是一种波.2.理解相干光源和产生干涉现象的条件.3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.4.了解双缝干涉测量光的波长的实验原理，能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长.5.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用,栏目索引CONTENTSPAGE,一、光的干涉及其产生条件,1要使两列光波相遇时产生干涉现象，两光源必须具有相同的和2出现明、暗条纹的条件如果两列光波到达某点时，路程差为波长的倍，那么，这两束光波互相加强，在那里就出亮条纹；如果两列光波到达某点时，路程差为半波长的倍，就出现暗条纹,频率,振动方向,整数,奇数,3条纹间距：双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹间的距离：,二、科学探究测定光的波长,原理：在双缝干涉实验中，测出光屏上亮(暗)条纹的宽度，利用公式y求出光波的波长,想一想实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离y，而要测出n个亮条纹间的距离，再求平均值？答案由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差,三、薄膜干涉及其应用,1薄膜干涉：由两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象2成因竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光所走的路程不同这两列波在一些地方叠加后相互，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互，出现暗条纹,薄膜,加强,削弱,3常见的薄膜干涉现象(1)白光照射肥皂液膜出现彩色条纹；(2)蚌壳内表面透明薄膜上呈现各种色彩；(3)有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带；(4)有透明薄膜保护层的激光唱片呈现彩色,4应用：检查平面的平整程度想一想热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩色的条纹，这些彩色条纹是如何形成的呢？答案由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，形成干涉条纹由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色花纹,一、杨氏双缝干涉实验,图1,1双缝干涉的装置示意图实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏(1)单缝的作用：获得一束线光源，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(2)双缝的作用：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,2产生干涉的条件两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同本实验中是靠“一分为二”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，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的4实验结论光是一种波,例1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)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时(),A只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮,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，但仍有光亮，故C对答案C,借题发挥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，该知识点必须记住.,二、屏上某处出现亮、暗条纹的条件,1亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍即：|PS1PS2|k2k(k0,1,2,3，)k0时，PS1PS2，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暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍即：|PS1PS2|(2k1)(k1,2,3，)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开,例2如图2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的光程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则()AP和P1仍为亮点BP为亮点，P1为暗点CP为暗点，P1为亮点DP、P1均为暗点,图2,解析从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此是亮条纹中心，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹中心而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600nm橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1P1S2|600nm紫，则两列,图2,光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹综上所述，选项B正确答案B,借题发挥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，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,三、用双缝干涉测光的波长,1实验原理(1)光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹(2)若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离用y表示，则入射光的波长为.实验中d是已知的，测出l、y即可测出光的波长.,2实验步骤(1)按如图3所示安装仪器(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上(3)使光源发光，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察白光的干涉条纹(彩色条纹),图3,(4)加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(或暗条纹)的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条亮条纹(或暗条纹)中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.,(6)换用另一滤光片，重复步骤(3)、(4)，并求出相应的波长,3注意事项(1)单缝、双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等(2)测双缝到屏的距离l用毫米刻度尺测多次取平均值(3)测条纹间距y时，采用累积法，即用测量头测出n条亮条纹(或暗条纹)间的距离a，求出相邻的两条亮条纹(或暗条纹)间的距离y.,例3现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图4所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、A.,图4,解析滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上所以排列顺序为：C、E、D、B、A.答案E、D、B,(2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离在操作步骤时还应注意_.,解析在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上答案放置单缝、双缝时，必须使缝平行,(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图5甲所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数_mm，求得相邻亮纹的间距y为_mm.,图5,解析螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13.870mm，图甲读数为2.320mm，所以相邻条纹间距ymm2.310mm.答案13.8702.310,(4)已知双缝间距d为2.0104m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm.,6.6102,四、对薄膜干涉的理解,1现象：光照到薄膜上，从膜的前表面和后表面反射回来的光再次相遇而产生的干涉现象两反射光的光程差等于膜厚度的2倍2图样：以光照射肥皂泡为例，如果是单色光照射肥皂泡，肥皂泡上就会出现明暗相间的条纹；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就会出现彩色条纹，且每一条纹呈水平分布3应用：用干涉法检查平面的平整程度；光学镜头上的增透膜,例4如图6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的(),图6,解析铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的答案D,借题发挥在光的薄膜干涉中，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，才能观察到干涉条纹,1用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是()A明暗相间的条纹B彩色条纹C一片红光D晃动的条纹解析两灯泡不是相干光源故现象为C.,杨氏双缝干涉实验,C,明、暗条纹的判断,2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()A用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹,解析单色光f1的波长：,因P点到双缝的距离之差x0.6m1，,所以用单色光f1照射时P处出现亮纹,所以用单色光f2照射时P处出现暗纹，故选项C正确答案C,用双缝干涉测光的波长,3在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d.(1)若测定绿光的波长，应选用_色的滤光片实验时需要测定的物理量有_和_,解析由于要测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片由y可知要想测必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距y.,绿,双缝到屏的距离相邻条纹间距,(2)已知双缝到光屏之间的距离l500mm，双缝之间的距离d0.50mm，单缝到双缝之间的距离s100mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准第A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准第B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图7所示则入射光的波长_m(结果保留两位有效数字),图7,答案6.4107,(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有_A改用波长较长的光(如红光)作为入射光B增大双缝到屏的距离C增大双缝到单缝的距离D增大双缝间距,答案AB,对薄膜干涉的理解,4关于薄膜干涉，下列说法中正确的是()A只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象B只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象C厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹D观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧,解析当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象，如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的；如果是复色光照射，某些颜色的光因干涉而减弱，另一些颜色的光会因干涉而加强，减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光的颜色，但不形成干涉条纹，故D对答案D,
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