第四章光3.光的干涉教學(xué)目標(biāo)CONTENT010203理解薄膜干涉的原理及應(yīng)用理解干涉條紋形成的原因及特點(diǎn)認(rèn)識光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波肥皂膜看起來常常是彩色的，雨后公路積水上面漂浮的油膜，也經(jīng)常顯現(xiàn)出彩色條紋。這些彩色條紋或圖樣是怎樣形成的？新課引入光是不是一種波呢？干涉現(xiàn)象是波動獨(dú)有的特征，如果光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象。1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊（1773~1829）成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。光的雙縫干涉一知能提升托馬斯·楊（1773~1829）在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光照射金屬擋板上的兩條平行的狹縫，在后面的屏上觀察光的干涉情況。實(shí)驗(yàn)裝置屏的照片光的雙縫干涉演示實(shí)驗(yàn)雙縫干涉的示意圖1.裝置特點(diǎn)：雙縫S1、S2的距離很近，縫很窄.

2.①用單色激光②雙縫的作用：相當(dāng)于兩個振動情況完全相同的光源，雙孔的作用是獲得相干光源.思考：為什么有的地方亮一些有些地方暗一些？疊加（振動）加強(qiáng)的地方出現(xiàn)亮條紋，振動減弱的地方出現(xiàn)暗條紋。P1P0

光程差P2S1S2P1P0

P2討論：什么地方出現(xiàn)亮紋,什么地方出現(xiàn)暗紋呢？S1S2P

S1PPS1S1S2PS2PPS2

S1S2P2PdS1S2P2P2P1S1P1S2

S1S2P2

S1S2P1P

S1S2P1P1P1S1P1S2

S1S2P1

形成明、暗條紋的條件光程差：S1S2P1Pln=0、1、2、3……暗紋n=0、1、2、3……亮紋

單色激光束屏S1Si亮條紋的中心線亮條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線雙縫屏上看到明暗相間的條紋中央亮條紋明暗相間等間距圖樣有何特征？雙縫S1S2屏幕1.什么是干涉條紋的間距(條紋寬度)?

條紋間距的含義：相鄰亮紋和亮紋之間的距離或暗紋和暗紋之間的距離叫做條紋間距。我們所說的亮紋是指最亮的地方，暗紋是最暗的地方，從最亮到最暗有一個過渡，條紋間距實(shí)際上是最亮和最亮或最暗和最暗之間的距離。干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系二知能提升保持L、d不變，用不同的單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，紅光的條紋間距最大，紫光的最小。2.影響條紋間距大小的因素?雙縫之間的距離d越小，相鄰的亮紋間距越大.如圖所示，雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為P。對屏上與P距離為x的一點(diǎn)

P1，兩縫與P1的距離P1S1＝r1，P1S2＝r2。S1S2P1Pldxr2r1M當(dāng)兩列波的路程差為波長的整數(shù)倍，即相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為：在線段P1S2上作P1M＝P1S1，則S2M＝r2－r1，因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)

①另：x＝ltanθ≈lsinθ

②時才會出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)1.單色光的干涉圖樣若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等。中央為亮條紋，兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長有關(guān)，波長越大，條紋間距越大。紅光干涉條紋藍(lán)光干涉條紋2.白光的干涉圖樣若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的。這是因?yàn)橛冒坠庾龈缮鎸?shí)驗(yàn)時，從紅光到紫光其波長由大到小，它們的干涉條紋間距也是從大到小，屏中央各色光都得到加強(qiáng)，混合成白色，但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色，而且同一級條紋內(nèi)紫外紅。白光干涉條紋在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜。把這層液膜當(dāng)作一個平面鏡，用它觀察燈焰的像。這個像與直接看到的燈焰有什么不同？燈焰在肥皂膜上所成的像薄膜干涉三知能提升1.薄膜干涉：來自兩個面的反射光相互疊加，發(fā)生干涉，也稱薄膜干涉。2.現(xiàn)象解釋如圖所示，不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，來自前后兩個面的反射光（即圖中的實(shí)線和虛線波形代表的兩列光）的路程差不同。在某些位置，這兩列波疊加后相互加強(qiáng)，出現(xiàn)了亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現(xiàn)了暗條紋。3.彩色條紋的解釋如果用另一種顏色的光做這個實(shí)驗(yàn)，由于光的波長不同，導(dǎo)致從肥皂膜的前后兩面反射的光將在別的位置相互加強(qiáng)，所以，從肥皂膜上看到的亮條紋的位置也會不同。薄膜上不同顏色的光的條紋的明暗位置不同，相互交錯，所以，看上去會有彩色條紋。4.薄膜干涉的應(yīng)用可以在光學(xué)元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射，還可以利用薄膜干涉的原理對鏡面或其他精密的光學(xué)平面的平滑度進(jìn)行檢測。a.增透膜當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的１∕４時，在薄膜的兩個面上的反射光，光程差恰好等于半波長，因而相互抵消，達(dá)到減小反射光，增大透射光的作用。b.用干涉法檢查各種鏡面的平整程度如果被測平面是平的，干涉條紋就是一組平行的。如果干涉條紋發(fā)生彎曲，就表明被測表面不是平的。例.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,當(dāng)使用波長為6×10-7m的橙光做實(shí)驗(yàn)時,光屏P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋。若使用波長為4×10-7m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),在P和P1點(diǎn)形成的亮、暗條紋的情況是(

)A.P和P1都是亮條紋B.P是亮條紋,P1是暗條紋C.P是暗條紋,P1是亮條紋D.P和P1都是暗條紋典例精析B解析:從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光,由題意,屏中央P到S1、S2距離相等,即由S1、S2分別射出的光到P的路程差為零,因此P處是亮紋中心,因而,無論入射光是什么顏色的光,波長多大,P處都是中央亮紋中心。而P1到S1、S2的路程差剛好是橙光的一個波長,即|P1S1-P1S2|=600

nm=λ橙,則兩列光波到達(dá)P1時的振動情況完全一致,振動得到加強(qiáng),因此,出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)換用波長為400

nm的紫光時,|P1S1-P1S2|=600

nm=λ紫,則兩列光波到達(dá)P1時振動情況完全相反,即由S1、S2射出的光波到達(dá)P1時就相互削弱,因此,出現(xiàn)暗條紋。綜上所述,選項(xiàng)B正確。一、光的雙縫干涉二、干涉條紋和光的波長之間的關(guān)系課堂小結(jié)三、薄膜干涉1.關(guān)于光的干涉,下列說法正確的是(

)A.在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的B.在雙縫干涉現(xiàn)象中,把入射光由波長較長的紅光換成波長較短的紫光,相鄰兩個亮條紋間距將變寬C.在雙縫干涉現(xiàn)象中,將綠光換為紅光,相鄰兩個亮條紋間距將變寬D.在雙縫干涉現(xiàn)象中,入射光為白光時得到的彩色條紋為內(nèi)紅外紫C解析:在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的,故選項(xiàng)A錯誤;入射光的波長越長,相鄰兩個亮條紋的間距越大,故選項(xiàng)B錯誤,C正確;由于各色條紋間距不同,且紅光條紋最寬,紫光條紋最窄,故除中間條紋外,前幾條彩色條紋應(yīng)為內(nèi)紫外紅,越往外由于重疊嚴(yán)重,沒有明顯干涉條紋,只是看到彩光,選項(xiàng)D錯誤。2.如圖甲為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖。圖乙為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時,在屏上觀察到的條紋情況,a為中央亮條紋,丙圖為換用另一顏色的單色光做實(shí)驗(yàn)時觀察到的條紋情況,a'為中央亮條紋。若已知紅光、綠光和紫光的波長大小關(guān)系為紅光的波長最長,紫光的波長最短。則以下說法正確的是(

)A.丙圖可能為用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較長B.丙圖可能為用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較長C.丙圖可能為用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較短D.丙圖可能為用紅光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較短A解析:根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點(diǎn),入射光的波長越長,同一裝置產(chǎn)生的雙縫干涉圖樣中條紋的間距就越大。由本題的條件可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長長,因此A正確,B、C、D錯誤。3.圖甲為用薄膜干涉檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置。若待檢板的上表面平整,則當(dāng)平行的單色光照射到標(biāo)準(zhǔn)板上時,可從標(biāo)準(zhǔn)板上方觀察到平行的、明暗相間的干涉條紋。若觀察到的條紋如圖乙所示,則說明待檢板的上表面(

)A.有一個凸起的圓臺B.有一個凹陷的圓坑C.有一個沿ab方向凸起的高臺D.有一個沿ab方向凹陷的溝B解析:由薄膜干涉原理知,如果被檢玻璃板表面是平整的,則干涉條紋疏密均勻,薄膜同一厚度處出現(xiàn)同一條紋,相鄰干涉條紋的光程差等于入射光的波長。從圖乙所示情況來看,明條紋向左彎曲,說明彎曲處光程差與該條紋上其他位置的光程差相同,因此彎曲處比原薄膜厚,即玻璃表面向下凹陷,選項(xiàng)A、C不正確。如果有一個沿ab方向凹陷的溝,那么所有條紋都應(yīng)向同一方向彎曲,因此不是選項(xiàng)D所說的情況。本題正確選項(xiàng)為B。4.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,以白光為光源,在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋,若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光),已知紅光與綠光頻率、波長均不相等,這時

(

)A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋,其他顏色的雙縫干涉條紋消失B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失,其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在,但屏上仍有光亮D.屏上無任何光亮C解析:兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等,利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光,在光屏上形成干涉條紋,但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后,紅光和綠光頻率不等,不能發(fā)生干涉,因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋,但因有紅光和綠光通過,故屏上仍有光亮。5.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果不用激光光源而用一般的單色光源，為了完成實(shí)驗(yàn)可在雙縫前邊加一單縫獲得線光源，如圖所示，在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，若單縫S從雙縫S1、S2的中央對稱軸位置處稍微向上移動，則(

)

A.不再產(chǎn)生干涉