歡迎進入物理課堂 一 楊氏雙縫干涉實驗原理透析 1 雙縫干涉的裝置示意圖實驗裝置如圖所示 有光源 單縫 雙縫和光屏 2 單縫屏的作用獲得一個線光源 使光源有惟一的頻率和振動情況 如果用激光直接照射雙縫 可省去單縫屏 楊氏那時沒有激光 因此他用強光照射一條狹縫 通過這條狹縫的光再通過雙縫產(chǎn)生相干光 3 雙縫屏的作用平行光照射到單縫S上 又照射到雙縫S1 S2上 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 4 屏上某處出現(xiàn)亮 暗條紋的條件頻率相同的兩列波在同一點引起的振動的疊加 如亮條紋處某點同時參與的兩個振動步調(diào)總是一致 即振動方向總是相同 暗條紋處振動步調(diào)總相反 具體產(chǎn)生亮 暗條紋的條件為 1 亮條紋的條件 屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍 即 PS1 PS2 k 2k k 0 1 2 3 k 0時 PS1 PS2 此時P點位于屏上的O處 為亮條紋 此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋 k為亮條紋的級次 2 暗條紋的條件 屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍 即 PS1 PS2 2k 1 k 1 2 3 k為暗條紋的級次 從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開 3 時間上的關(guān)系 亮條紋 t nT n 0 1 2 3 暗條紋 t 2n 1 n 0 1 2 3 式中 t表示兩列光波到同一點的時間差 T 為光波的周期 1 雙縫干涉的條件是必須有相干光源 且雙縫間的間距必須很小 2 光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差 所以一般情況很難觀察到光的干涉現(xiàn)象 楊氏雙縫干涉實驗采用將一束光 一分為二 的方法獲得相干光源 典例1 2011 萍鄉(xiāng)高二檢測 在雙縫干涉實驗中 光屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差為7 5 10 7m 如果用頻率為6 0 1014Hz的黃光照射雙縫 試問 1 該黃光的波長是多少 2 試通過計算分析P點出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋 解題指導(dǎo) 1 雙縫干涉中的加強和減弱的條件 2 第n條亮紋處對應(yīng)的 x n 3 第n條暗紋處對應(yīng)的 x 標準解答 1 2 x 所以是暗條紋 答案 1 5 10 7m 2 暗條紋 變式訓(xùn)練 2011 濟寧高二檢測 用波長為 的單色光照射單縫O 經(jīng)過雙縫M N在屏上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋 如圖所示 圖中a b c d e為相鄰亮條紋的位置 c為中央亮條紋 則 A O到達a b的路程差為零B M N到達b的路程差為 C O到達a c的路程差為4 D M N到達e的路程差為2 解析 選B D 振動一致的兩光源在空間發(fā)生干涉 得到亮條紋的條件滿足 x n n 0 1 2 3 規(guī)律方法 1 判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋 要看該點到兩個光源 雙縫 的路程差 光程差 與波長的比值 2 要記住 路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 等于半波長奇數(shù)倍處為暗條紋 3 上述結(jié)論成立的條件是 兩個光源情況完全相同 變式備選 如圖所示 用激光束照射雙縫干涉實驗裝置 后面屏上出現(xiàn)干涉條紋 其中單縫的作用是產(chǎn)生線光源 單縫 雙縫應(yīng)平行放置 若將單縫繞中心軸旋轉(zhuǎn) 不超過90 條紋將發(fā)生什么變化 若將雙縫繞中心旋轉(zhuǎn) 不超過90 條紋將發(fā)生什么變化 解析 在雙縫干涉實驗中 單縫的作用是形成線光源 雙縫的作用是形成振動情況相同的相干光源 當單縫旋轉(zhuǎn)時 雙縫被照亮的面積減小 雙縫雖然仍能形成相干光源 但由于通過雙縫的光能量減少 所以屏上仍能產(chǎn)生干涉條紋 但條紋變暗 當雙縫旋轉(zhuǎn)時 同樣會導(dǎo)致干涉條紋變暗 同時 干涉條紋保持與雙縫平行 也隨雙縫的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn) 二 雙縫干涉圖樣的特點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 兩相鄰亮條紋 或暗條紋 間距離與光的波長有關(guān) 波長越大 條紋間距越大 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 這是因為 1 從雙縫射出的兩列光波中 各種色光都能形成明暗相間的條紋 各種色光都在中央條紋處形成亮條紋 從而復(fù)合成白色條紋 2 兩側(cè)條紋間距與各色光的波長成正比 即紅光的亮條紋間距寬度最大 紫光的亮條紋間距寬度最小 即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合 這樣便形成了彩色干涉條紋 用白光做干涉實驗 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 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 典例2 2011 福州高二檢測 一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋 除中央白色條紋外 兩側(cè)還有彩色條紋 其原因是 A 各色光的波長不同 因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同B 各色光的速度不同 造成條紋的間距不同C 各色光的強度不同 造成條紋的間距不同D 各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同 解題指導(dǎo) 1 白光和單色光做雙縫干涉時的干涉圖樣不同 2 干涉條紋的寬度與單色光的波長的關(guān)系 標準解答 選A 各色光的頻率不同 波長不同 在屏上得到的干涉條紋的寬度不同 各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋 變式訓(xùn)練 關(guān)于光的干涉 下列說法中正確的是 A 在雙縫干涉現(xiàn)象里 相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的B 在雙縫干涉現(xiàn)象里 入射光波長變短 相鄰兩個明條紋間距將變寬C 只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉D 頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 只是不穩(wěn)定 解析 選C 在雙縫干涉現(xiàn)象中 相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋間距是相等的 入射光的波長越長 相鄰兩個明條紋間距越大 兩列波產(chǎn)生干涉時 頻率必須相同 典例 兩盞相同的普通白熾燈發(fā)出的光相遇時 下列說法中正確的是 A 兩盞白熾燈相同 為相干光源 故能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B 只要兩盞燈亮度相同 就能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象C 由于兩燈光的振動情況不同 故不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D 以上說法都不正確 解題指導(dǎo) 1 應(yīng)知道光產(chǎn)生干涉的條件 2 生活中任何兩個各自獨立發(fā)光的光源產(chǎn)生的光在空間相疊加都不會發(fā)生干涉 這是由物體發(fā)光機理決定的 標準解答 選C 相干光源發(fā)出的光頻率相同 振動方向相同 相位差恒定 一般情況下 兩個不同的光源發(fā)出的光或同一光源的不同部位發(fā)出的光振動情況往往是不同的 由點光源發(fā)出的光或同一列光發(fā)出的兩列光振動情況是相同的 一 選擇題1 能發(fā)生干涉的兩束光應(yīng)是 A 亮度一樣B 顏色一樣C 頻率相等D 傳播方向相同 解析 選C 產(chǎn)生干涉的條件是兩光源的頻率相同 振動方向相同 相位差恒定 2 在楊氏雙縫干涉實驗中 用紅光照射雙縫得到的干涉圖樣是 A 一系列明暗相間的同心圓B 一些雜亂無章的點C 平行 等間距的明暗相間的條紋D 條紋中間寬 兩邊窄 解析 選C 單色光的雙縫干涉條紋為平行 等距 明暗相間的條紋 故C對 A B D錯 方法技巧 光的干涉條件的分析生活中任何兩個各自獨立發(fā)光的光源產(chǎn)生的光在空間相疊加都不會產(chǎn)生干涉 這是由物體的發(fā)光機理決定的 即任何兩個各自獨立的光源都不是相干光源 所以楊氏雙縫干涉中單縫的作用就是從同一光源得到線光源 以便能有相同的頻率和振動規(guī)律 雙縫是由同一個狹縫照亮的 所以雙縫也就成了一對相干光源 光的相干條件中頻率相同是光發(fā)生干涉的必要條件 要發(fā)生干涉 兩光源還必須具有相同的振動方向和恒定相位差 通常的問題中對相干光源的條件說法比較含蓄 要注意挖掘 3 已知紅光 綠光和紫光三種色光的波長大小關(guān)系為 紅光最長 紫光最短 那么我們用包含有紅光 綠光 紫光三種色光的復(fù)色光做相干光源 所產(chǎn)生的干涉條紋中兩相鄰條紋間隔最近的干涉條紋是 A 紫色條紋B 綠色條紋C 紅色條紋D 都一樣近 解析 選A 光的波長越長 干涉條紋間距越大 在紅光 綠光和紫光三種色光中 紫光的波長最短 其相鄰的干涉條紋中紫光亮條紋間距最小 故A對 4 光通過雙縫后在屏上產(chǎn)生彩色條紋 若用紅色和綠色玻璃分別擋住雙縫 則屏上將出現(xiàn) A 黃色的干涉條紋B 紅綠相間的條紋C 黑白相間的條紋D 無干涉條紋 解析 選D 紅光和綠光的頻率不同 不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 故不能產(chǎn)生干涉條紋 5 2011 溫州高二檢測 如圖 甲 所示為雙縫干涉實驗時用綠光進行實驗 在屏上觀察到的條紋情況 a為中央亮條紋 乙 圖為換用另一種顏色的單色光做實驗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 則下列說法正確的是 A 乙 圖可能為用紅光時產(chǎn)生的條紋 表明紅光波長較長B 乙 圖可能為用紫光時產(chǎn)生的條紋 表明紫光波長較長C 乙 圖可能為用紅光時產(chǎn)生的條紋 表明紅光波長較短D 乙 圖可能為用紫光時產(chǎn)生的條紋 表明紫光波長較短 解析 選A 根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點 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 由題意可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長長 因此B C D錯 A對 6 2011 石家莊高二檢測 如圖所示 在用單色光做雙縫干涉實驗時 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)生干涉條紋B 仍可產(chǎn)生干涉條紋 且中央亮紋P的位置不變C 仍可產(chǎn)生干涉條紋 中央亮紋P的位置略向上移D 仍可產(chǎn)生干涉條紋 中央亮紋P的位置略向下移 解析 選D 仍能滿足干涉條件 所以仍可以產(chǎn)生干涉條紋 由于單縫稍微向上移動 從雙縫射出的光路程相等的位置將稍微下移 所以中央亮紋P的位置略向下移 故選項D正確 7 2011 哈爾濱高二檢測 先后用兩種不同的單色光 在相同的條件下用同一雙縫干涉裝置做實驗 在屏幕上相鄰的兩條亮紋間距不同 其中間距較大的那種單色光比另一種單色光 A 在真空中的波長較短B 在玻璃中傳播速度較大C 在玻璃中傳播時 折射率較大D 其光子的能量較小 解析 選B D 干涉條紋間距越大 光波波長越長 頻率越小 折射率越小 在介質(zhì)中傳播速度越大 故A C錯誤 B對 頻率越小 能量越小 故D對 8 2011 菏澤高二檢測 在雙縫干涉實驗中 雙縫到光屏上P點的距離之差為0 6 m 若分別用頻率為f1 5 0 1014Hz和f2 7 5 1014Hz的單色光垂直照射雙縫 則P點出現(xiàn)明 暗條紋的情況是 A 單色光f1和f2分別照射時 均出現(xiàn)明條紋B 單色光f1和f2分別照射時 均出現(xiàn)暗條紋C 單色光f1照射時出現(xiàn)明條紋 單色光f2照射時出現(xiàn)暗條紋D 單色光f1照射時出現(xiàn)暗條紋 單色光f2照射時出現(xiàn)明條紋 解析 選C 1 0 6 10 6m 2 0 4 10 6m 單色光f1照射時 s 0 6 m 1 是明條紋 單色光f2照射時 s 0 6 m 是暗條紋 二 非選擇題9 2010 福州高二檢測 頻率為6 1014Hz的單色光從S1和S2投射到屏上 并且S1與S2振動相同 則這種色光的波長為 若屏上的點P到S1與P到S2的路程差為3 10 6m 則P點是 選填 亮條紋 或 暗條紋 解析 5 10 7m x 3 10 6m 6 所以是亮條紋 答案 5 10 7m亮條紋 10 如圖所示 在雙縫干涉中 若用 1 5 0 10 7m的光照射 屏上O為中央亮條紋 屏上A為第二級亮條紋所在處 若換用 2 4 0 10 7m的光照射時 屏上O處是什么情況 屏上A處又是什么情況 解析 雙縫到O點的路程差為零 換用 2 4 0 10 7m的光照射時 屏上O處仍是亮條紋 x 2 1 n 2 解得即路程差等于兩個半波長 所以A處是第三級暗條紋 Thankyou 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全