高中物理光的干涉和衍射简析

光的干涉和衍射简析一.光的干涉1.双缝干涉（1）双缝干涉的原理使太阳光或某种单色光，通过一个具有单一狭缝的挡板，成为线光源，再让这一束光射到另一个具有相隔很近的两条狭缝的挡板上，而单缝到两条狭缝的距离相等，通过双缝的两束光就成了相干光源（即频率相同的两束光），当它们相遇在屏幕上时，相互叠加就形成了稳定的干涉条纹。（2）双缝干涉的规律双缝干涉的实验装置如图1所示，用表示双缝，它们之间的距离为d，双缝到屏幕之间的距离为L，屏幕上某一点P（或Q）到双缝的距离分别为，则通过双缝的光到达屏幕上P（或Q）点的距离差就是：图1当光的路程差是波长的整数倍，即时，在P（或Q）点处将出现亮条纹；当光的路程差是半波长的奇数倍，即时，在P（或Q）点处将出现暗条纹。（3）双缝干涉的现象利用白光做实验，在屏幕上得到的是彩色的干涉条纹；如果利用单色光做实验，则在屏幕上得到阴暗相间的干涉条纹。其原因就是：白光是由七种不同的单色光组成，每一种单色光所形成的条纹间距各不相同，红光最大，紫光最小，各种色光的干涉条纹叠加起来时，不能相互重叠，就得到了彩色的干涉条纹。条纹间距离△x和双缝间距d、双缝到屏幕的间距以及光的波长之间的关系为：。2.薄膜干涉（2）薄膜干涉的产生如图2所示，竖直放置的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形，光照射到薄膜上时，在膜的前表面和后表面AB分别反射回来，形成了两列频率相同的光波，发生叠加。图2（2）薄膜干涉的规律在和处，在前后两个表面反射回来的两列光波的路程差是波长的整数倍，即，出现亮条纹。在Q处，在前后两个表面反射回来的两列光波的路程差是半波长的奇数倍，即，出现暗条纹。（3）薄膜干涉的应用利用薄膜干涉可以检测精密零件表面的光滑程度和制作增透膜等。二.光的衍射1.光的衍射是光偏离了直线传播方向绕到障碍物阴影区的现象。2.在光的衍射图象中，光的强度按一定的规律分布，形成明暗相间的条纹，它的规律与缝宽、孔的大小及光的波长有关。3.光发生明显衍射现象的条件：缝或孔的尺寸越小，衍射现象越明显。由于光的波长很短，光又便于观测所以即使障碍物尺寸是波长几百倍时，对光波来说，依然可以发生较明显的衍射现象。三.光的干涉和衍射的关系1.光的干涉和衍射，都证明了光的波动性，只有波才可以发生干涉和衍射现象。2.光的干涉和衍射有一定的联系，光的双缝干涉中就有光的衍射。3.光的干涉条纹中，各条纹能量分布较均匀；而在光的衍射条纹中，中央亮纹所具有的能量，超过了总能量的一半。四.光的干涉和衍射的区别光的干涉和衍射均为波的叠加行为，所得到的条纹都是明暗相间的，都可以证明光的波动性，但它们之间还有许多不同点。1.现象不同光的干涉是满足相关条件的光在空间里相互叠加而形成的明暗相间的条纹，而光的衍射是光在传播空间里偏离直线传播而形成的明暗相间的条纹。2.产生的条件不同要产生光的干涉，必须满足相干光的条件：频率相同，相差恒定，振动方向相同，产生光的衍射需要满足的条件是：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或跟光的波长相差不多。3.产生的机理不同干涉是双缝处发出的两列波在屏幕上叠加，当两列波到达屏幕上的某点的距离差等于波长的整数倍，该点是加强点，因而出现明条纹；当两列波到达屏幕上某点的距离差等于半波长的奇数倍，该点是减弱点，出现暗条纹。衍射是从单缝处产生无数多个子波，这些子波到达屏幕时相互叠加，它们在屏幕上不同点叠加时，其相互减弱的程度有规律地变轻或变重，在轻微处出现明条纹，在严重处出现暗条纹。4.图样不同以单色光为例：干涉图样是互相平行且条纹宽度相同，中央和两侧的条纹没有区别；而衍射条纹是平行不等距的，中央明条纹又宽又亮，两边条纹宽度变窄，亮度也明显减弱。