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1、4.1光的干涉学 习 目 标知 识 脉 络1.认识光的干涉现象及光发生干涉的条件.(重点 )2.理解光的干涉条纹的形成原因及干涉现象的本质，认识干涉条纹的特征 .(重点 )3.了解光的干涉条纹的特点，理解用双缝干涉测光波波长的原理 .(难点 )4.了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉的应用.(难点 )杨 氏 双 缝 干 涉 实验 先填空 1.史实托马斯 杨在历史上第一次解决了相干光源问题，成功做出了光的干涉实验.光的干涉现象微粒说无法解释，而波动说可做出完善解释， 使人们认识到光具有波动性 .2.产生条件频率相同、相差恒定、振动方向在同一直线上.3.在双缝干涉实验中得到的干涉图样有如下特点(1
2、)单色光产生的干涉条纹都是间距相同的明暗相间的条纹，且中央为亮条纹 .当两缝到屏上某点的路程差等于半波长的奇数倍时，该处出现暗条纹.(2)若用白光做实验，中央条纹是白色，中央条纹两侧，各单色光所形成条纹疏密不同而出现彩色条纹重叠的现象.4.如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源叫做相干光源. 再判断 1.任意两个光源发出的光叠加后都会发生稳定干涉现象.()2.两列光的波峰与波峰叠加为亮条纹，波谷与波谷叠加为暗条纹.()3.光的干涉现象证明光具有波动性.() 后思考 第 1页1.做双 干涉 必 具 什么条件才能 察到干涉条 ？【提示】必 是相干光源，且双 的 距必 很小.2.一般情况下
3、光源 出的光很 察到干涉 象， 是什么原因？【提示】光源不同部位 出的光不一定具有相同的 率和恒定的相差，不具 相干光源的条件 . 核心点 1.双 干涉的示意 (如 4-1-1 所示 )图 4-1-1(1) 屏的作用： 得一个有唯一 率和振 情况的 光源.(2)双 屏的作用：平行光照到 S 上后，又照到双 S1、 S2 上， 一束光被分成两束 率相同和振 情况完全一致的相干光.2. 生干涉的条件(1)两列光的 率相同 .(2)两列光的振 方向相同且相位差恒定. 生干涉的两列波称 相干波， 生干涉的两个光源称 相干光源.相干光源可用同一束光分成两列的方法来 得.图 4-1-2(3)由于不同光源
4、出的光 率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位 出的光也不一定有相同的 率和恒定的相位差.(4)光屏上某 出 亮、暗条 的条件：光的干涉跟波的干涉一 ，也有加 区和减弱区， 加 区照射到光屏上出 亮条 ，减弱区照射到光屏上出 暗条纹 .如果光屏上某点到两个光源的路程差是波 的整数倍，那么 点就是加 点；如果光屏上某点到两个光源的路程差是半波 的奇数倍，那么 点就是减弱点.因此，光屏上出 亮条 的条件是：路程差r |r 2r 1|k(k0,1,2， )；光屏上出 暗条 的条件是： 路程差r |r2r 1| (2k 1)2(k0,1,2， ).3.双 干涉条 的特点(1) 色光的干涉 若用 色光
5、作光源， 干涉条 是明暗相 的条 ，且条 距相等.中央 亮条 ，两相 亮 (或暗 ) 距离与光的波 有关，波 越大，条 距越第 2页大 .图 4-1-3(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：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 .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 .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
6、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，这时在屏上可看到什么现象？【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，但屏上仍有亮光.【答案】见解析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 f1 5.01014Hz 和 f27.5 1014Hz 的单色光垂直照射双缝，则P 点出现明、暗条纹的情况是：单色光 f1 照射时
7、出现 _条纹，单色光 f2 照射时出现 _条纹 .【解析】本题考查双缝干涉实验中屏上出现明、暗条纹的条件.根据波的叠加知识，可知与两个狭缝的光程差是波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝.据 c可得 1 c8的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹310 14 mff1015.06c3.01086m0.421410.610m 0.6 m， f27.510m0.410m，即 d ，d第 3页3 22.【答案】亮暗双缝干涉中亮条纹或暗条纹的判断方法1.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 )的光程差与波长的比值 .2. 出现亮条纹的条件是光程差等于波长的整数倍 .3. 出现暗条纹的条
8、件是光程等于半波长的奇数倍， 而不是整数倍 .薄 膜 干 涉 先填空 1.实验现象在酒精灯旁竖直放置的肥皂膜上，会出现明暗相间的条纹.2.薄膜干涉的成因竖直放置的肥皂液膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，因此，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光所走的路程差不同，在某些位置， 这两列波叠加后相互加强，于是出现了亮条纹，因此，薄膜上出现了亮暗相间的烛焰的像. 再判断 1.用红光照射薄膜时，会出现彩色条纹.()2.用白光照射薄膜时，会出现彩色条纹.()3.只能用肥皂膜，其他薄膜不会出现薄膜干涉现象.( ) 后思考 如图 4-1-4 所示是几种常见的薄膜干涉图样，这些干涉图样是怎样形成的呢？图 4
9、-1-4【提示】是由薄膜上、下表面反射光束相遇而产生的干涉. 核心点击 1.薄膜干涉现象第 4页(1)成因如图 4-1-5 所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加.在某些位置，这两列波叠加后互相加强，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后互相削弱，则出现暗条纹 .故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹.图 4-1-5(2)现象每一条纹呈水平状态排列.由于各种色光干涉后相邻两亮纹中心的距离不同，所以若用白光做这个实验，会观察到彩色干涉条纹.2.薄膜干涉的应用(1)增透膜照相机、望
10、远镜的镜头表面常镀一层透光的膜， 膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉，由于只有一定波长 (一定颜色 )的光干涉时才会相互加强，所以镀膜镜头看起来是有颜色的 .镀膜厚度不同，镜头的颜色也不一样 .一般增透膜的厚11度是光在薄膜介质中传播的波长的4，即 d4，若厚度为绿光在薄膜中波长的4，则镜头看起来呈淡紫色 .(2)用干涉法检查平面如图 4-1-6 所示，被检查平面 B 与标准样板 A 之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹 .被检查平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平， 那里的
11、空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲.图 4-1-63.如图 4-1-7 所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜， 下列说法正确的是 ()图 4-1-7A.人从右侧向左看，可以看到彩色条纹B.人从左侧向右看，可以看到彩色条纹C.彩色条纹水平排列第 5页D.彩色条纹竖直排列E.肥皂膜的彩色条纹是前后两表面反射的光干涉形成的【解析】一束白光射到薄膜上， 经前后两个界面反射回来的光相遇，产生干涉现象，我们由左向右看可以看到彩色条纹，故选项A 错误，选项 B 正确；由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的，故选项C 正确，选项 D 错误 .肥皂膜的彩色条纹是前后两表面反射的光干涉形成的，E 正确
12、.【答案】BCE4.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图 4-1-8 甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上， 在一端夹入两张纸片， 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 .当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点： (1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等； (2) 任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定 .现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后， 从上往下观察到的干涉条纹会发生怎样变化？甲乙图 4-1-8【解析】光线在空气膜的上、下表面发生反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹 .设空气膜顶角为，d1、d2 处为两相邻亮条纹，如图所示，则此两处的光程分别为12d1，2 2d2.1因为光程差21 ，所以 d2 d12.设此两相邻亮纹中心的距离为l ，则由几何关系得d2 d1tan ，即ll，当抽去一张纸片 减小， l 增大，条纹变疏 .2tan 【答案】干涉条纹会变疏 .薄膜干涉条纹的两大特点第 6页1.竖直液膜由于重力的作用，其厚度是均匀增加的，所以在同一水平线上，膜的厚度相同，干涉条纹的亮度也相同.第 7页