,高中物理·選修3-4·魯科版,第5章 光的干涉 衍射 偏振 第1講 光的干涉,目標(biāo)定位 1.知道光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波.2.理解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.3.理解明暗條紋的成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件.4.了解雙縫干涉測量光的波長的實(shí)驗(yàn)原理，能夠利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量單色光的波長.5.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用,頻率,振動方向,整數(shù),奇數(shù),想一想 實(shí)驗(yàn)中為什么不直接測出相鄰兩條亮條紋間的距離y，而要測出n個亮條紋間的距離，再求平均值？ 答案 由于光的波長很小，實(shí)驗(yàn)中條紋寬度很小，直接測出一條條紋的寬度不準(zhǔn)確或較難實(shí)現(xiàn)，只能先測出n個條紋間距，再求相鄰亮條紋間的距離，這樣既便于測量，又可以減小誤差,三、薄膜干涉及其應(yīng)用 1薄膜干涉：由 兩個面反射的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象 2成因 豎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，來自前后兩個面的反射光所走的路程不同這兩列波在一些地方疊加后相互 ，出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，疊加后相互 ，出現(xiàn)暗條紋,薄膜,加強(qiáng),削弱,3常見的薄膜干涉現(xiàn)象 (1)白光照射肥皂液膜出現(xiàn)彩色條紋； (2)蚌殼內(nèi)表面透明薄膜上呈現(xiàn)各種色彩； (3)有些昆蟲薄而透明的翅翼上出現(xiàn)彩色光帶； (4)有透明薄膜保護(hù)層的激光唱片呈現(xiàn)彩色 4應(yīng)用：檢查平面的 程度,平整,想一想 熱菜湯表面的油花、馬路上積水表面的油膜，都會看到彩色的條紋，這些彩色條紋是如何形成的呢？ 答案 由薄膜干涉造成的白光照射在油膜表面，被薄膜前、后表面反射的兩列反射波疊加，形成干涉條紋由于白光中的各色光波長不同，干涉后的條紋間距不同，薄膜上就會出現(xiàn)彩色花紋.,一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 1雙縫干涉的裝置示意圖 圖511,實(shí)驗(yàn)裝置如圖511所示，有光源、單縫、雙縫和光屏 (1)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況也可用激光直接照射雙縫 (2)雙縫的作用：這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光,2產(chǎn)生干涉的條件：兩列光的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同本實(shí)驗(yàn)中是靠“一分為二”的方法獲得兩個相干光源的 3干涉圖樣 (1)若用單色光作光源，則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋 (2)若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中間條紋是白色的 4實(shí)驗(yàn)結(jié)論：證明光是一種波,【例1】 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,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，但仍有光亮，故C對 答案 C,借題發(fā)揮 明確兩列光波發(fā)生干涉的條件，知道不同色光的頻率不同，是對此類問題做出正確判斷的關(guān)鍵，該知識點(diǎn)必須記住.,【例2】 如圖512所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長為600 nm的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋中心(即P1到S1、S2的光程差為一個波長)，現(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則 ( ),圖512,AP和P1仍為亮點(diǎn) BP為亮點(diǎn)，P1為暗點(diǎn) CP為暗點(diǎn)，P1為亮點(diǎn) DP、P1均為暗點(diǎn) 解析 從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點(diǎn)到S1、S2距離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點(diǎn)的路程差為零，因此是亮條紋中心，因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點(diǎn)都是中央亮條紋中心,借題發(fā)揮 判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值，要記住光程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(shù)倍處為暗條紋，還要注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個光源情況完全相同,2實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按如圖513所示安裝儀器 圖513,(2)將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線上 (3)使光源發(fā)光，在光源和單縫之間加紅(綠)色濾光片，讓通過后的條形光斑恰好落在雙縫上，通過遮光筒上的測量頭，仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡，觀察單色光的干涉條紋；撤去濾光片，觀察白光的干涉條紋(彩色條紋) (4)加裝濾光片，通過目鏡觀察單色光的干涉條紋，同時調(diào)節(jié)手輪，分劃板的中心刻線對齊某一條紋的中心，記下手輪的讀數(shù)，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動使分劃板移動，直到分劃板的中心刻線對齊另一條紋中心，記下此時手輪讀數(shù)和移過分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n.,【例3】 現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在圖514所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長 (1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、_、A. 圖514,(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有： 取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮； 按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； 用米尺測量雙縫到屏的距離； 用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離 在操作步驟時還應(yīng)注意_.,(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖515甲所示然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖515乙中手輪上的示數(shù)_ mm，求得相鄰亮紋的間距y為_ mm. 圖515,(4)已知雙縫間距d為2.0×104 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計(jì)算式_，求得所測紅光波長為_ nm. 解析 (1)濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A.,四、對薄膜干涉的理解 1現(xiàn)象：光照到薄膜上，從膜的前表面和后表面反射回來的光再次相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象兩反射光的光程差等于膜厚度的2倍 2圖樣：以光照射肥皂泡為例，如果是單色光照射肥皂泡，肥皂泡上就會出現(xiàn)明暗相間的條紋；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就會出現(xiàn)彩色條紋，且每一條紋呈水平分布 3應(yīng)用：用干涉法檢查平面的平整程度；光學(xué)鏡頭上的增透膜,【例4】 如圖516所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的 ( ) 圖516,解析 鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng)，那么這一水平線上同一厚度處光波會加強(qiáng)，所以干涉條紋應(yīng)是水平的 答案 D,借題發(fā)揮 在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一亮條紋或同一暗條紋應(yīng)出現(xiàn)在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，由于光波波長極短，因此做薄膜干涉所用的介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄，才能觀察到干涉條紋.,