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3 光的干涉,填一填,练一练,1.杨氏双缝干涉实验(见课本第54页) (1)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。 (2)实验过程: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。 (3)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹。 (4)实验结论:证明光是一种波。,填一填,练一练,2.光发生干涉的条件(见课本第54页) (1)干涉条件:两列光的频率相同,振动方向相同,相位差恒定。 (2)相干光源:发出的光能够发生干涉的两个光源。 3.出现明暗条纹的条件(见课本第55页) 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;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。,填一填,练一练,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:本题考查相干光源的条件,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;题中的是两个独立光源,二者产生的不是相干光,选项D正确。 答案:D,探究一,探究二,探究一杨氏双缝干涉实验原理透析 问题导引 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且振动情况相同的两列波,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?,探究一,探究二,探究一,探究二,名师精讲 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。,探究一,探究二,2.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 |PS1-PS2|=k=2k (k=0,1,2,3,) k=0时,PS1=PS2,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S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1-PS2|=(2k-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。,探究一,探究二,探究一,探究二,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610-7 m的橙光做实验时,光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为410-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是( ) A.P和P1都是亮条纹 B.P是亮条纹,P1是暗条纹 C.P是暗条纹,P1是亮条纹 D.P和P1都是暗条纹,探究一,探究二,解析:从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P到S1、S2距离相等,即由S1、S2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P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=橙,则两列光波到达P1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,|P1S1-P1S2|=600 nm= 紫,则两列光波到达P1时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项B正确。 答案:B,探究一,探究二,变式训练1 导学号38190086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s1=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s2=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s2=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s2=1.44 m的Q处将出现亮纹,探究一,探究二,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。 答案:AC,探究一,探究二,探究一,探究二,探究二双缝干涉图样的特点 问题导引 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?,探究一,探究二,名师精讲 1.单色光的干涉图样 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,两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大。,探究一,探究二,2.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: (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。,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,探究一,探究二,探究一,探究二,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。 答案:A,探究一,探究二,变式训练2 导学号38190087关于光的干涉,下列说法中正确的是( ) 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,把入射光由波长较长的红光换成波长较短的紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽 C.在双缝干涉现象中,将绿光换为红光,相邻两个亮条纹间距将变宽 D.在双缝干涉现象中,入射光为白光时得到的彩色条纹为内红外紫 解析: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相等的,故选项A错误;入射光的波长越长,相邻两个亮条纹的间距越大,故选项B错误,C正确;由于各色条纹间距不同,且红光条纹最宽,紫光条纹最窄,故彩色条纹应为内紫外红,选项D错误。 答案:C,探究一,探究二,1 2 3 4 5,1.下列说法中正确的是( ) A.机械波和光波本质上不相同,但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象 B.托马斯杨利用双缝干涉实验有力地说明了光是一种波 C.光波和机械波一样,依赖于介质传播 D.频率相同的不同种波,也能发生干涉,1 2 3 4 5,解析:机械波和光波的产生机制不同,即本质上有所区别,但都有波的共性,即能发生反射、折射、衍射及干涉现象,选项A正确;干涉是波特有的现象,只要是波就都能发生干涉现象,托马斯杨利用光通过双缝装置成功地观察到了干涉图样,这就有力地说明了光是一种波,所以选项B正确;机械波是机械振动在介质中的传播,而光在真空中就可以传播,所以选项C错误;频率相同的不同种波,也能发生干涉是正确的,形成干涉的两个必要条件是频率相同和相位差恒定,而没有限制波的种类,因此,选项D正确。 答案:ABD,1 2 3 4 5,2.两盏普通白炽灯发出的光相遇时,我们观察不到干涉条纹,这是因为( ) A.两盏灯亮度不同 B.灯光的波长太短 C.两灯光的振动情况不同 D.电灯发出的光不稳定 解析:一般情况下,两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的,由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的。 答案:C,1 2 3 4 5,3.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,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在 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,1 2 3 4 5,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,但因有红光和绿光通过双缝照到屏上,所以屏上有光亮,故只有选项C正确。 答案:C,1 2 3 4 5,4.a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示,若只将a光换成b光照射同一干涉仪,形成的光的干涉图样如图乙所示。则下述正确的是( ) A.a光的频率较大 B.b光的频率较大 C.a光的波长较大 D.b光的波长较大 解析:由干涉图样可知a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距,所以有ab,选项C正确,D错误;根据 得fafb,选项A错误,B正确。 答案:BC,1 2 3 4 5,5.导学号38190088(选做题)频率为61014 Hz的激光从S1和S2投射到屏上,若屏上的点P到S1与到S2的路程差为310-6 m,那么点P处是亮条纹还是暗条纹?设O为到S1和S2的路程相等的点,则PO间有几条暗条纹、几条亮条纹?(不含O、P两点处) 答案:亮条纹 6条暗条纹、5条亮条纹,
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