【志鸿优化设计-赢在课堂】(人教版)2014-2015高中物理选修3-4同步课件：13.3_光的干涉

3光的干涉课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.观察光的干涉现象,能说出光的干涉条纹的特点。2.能说出干涉现象产生的原因以及出现明条纹或暗条纹应满足的条件。3.明确相干光源的概念,熟记产生稳定干涉现象的条件。重点:双缝干涉中形成明暗条纹的条件及判断方法。难点:明暗条纹成因的理解。预习导引一、杨氏干涉实验1.物理史实1801年,英国物理学家托马斯·杨首次观察到了光的干涉现象,开始让人们认识到光的波动性。2.双缝干涉实验(1)实验过程:让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两狭缝相距很近,两狭缝就成了两个光源,它们的频率、相位和振动方向总是相同的,两光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉。(2)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹。(3)实验结论:证明光是一种波。预习交流1找两只完全一样的手电筒,照射同一区域,能观察到明暗相间的干涉条纹吗?答案:不能。解析:两只手电筒属于各自独立发光的光源,两者发出的光是非相干光,因此它们照射到同一点上时不发生干涉,所以无干涉条纹。二、决定条纹间距的条件1.干涉条件:两列光的频率相同、振动方向相同、相差恒定。2.相干光源:发出的光能够产生干涉的两个光源。3.当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时),两列光波在这点相互加强,出现明条纹;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时,两列光波在这点相互削弱,出现暗条纹。预习交流2取曝过光的135型胶卷的黑底片,放在玻璃板上,用刀片沿直尺在胶片上划一条细缝,然后不移动直尺,将刀口稍微偏一点,再划一条细缝。或者将两张刀片并拢,以刀的前端沿直尺在胶片上一次划出两道细缝。再一种方法,也可取一小块玻璃片在上面均匀涂一薄层黑墨汁(最好不用烛焰上熏的烟黑,因烟灰颗粒大,划出缝太宽),待干后再用刀片以同样方法划出两道透明狭缝。缝间距离要小于110mm。观察时将带缝的板横放在眼前,通过双缝观看相距半米左右的白炽灯的灯丝,可看到在灯丝两侧细密分布着彩色的条纹,而且缝离灯越近,细密的条纹越清晰,你知道这种现象是如何产生的吗?答案:这实际上就是双缝干涉现象,从双缝穿过的光叠加后有的区域加强,有的区域减弱,所以出现条纹,因为白光是由不同颜色的光组成的复色光,所以叠加后是彩色条纹。课堂合作探究问题导学一、杨氏双缝干涉实验活动与探究11.在光的双缝干涉实验中,让一束红色激光(单一频率的光)照射挡板上的两条平行的狭缝,在后面的屏上观察到光的干涉现象,两狭缝为什么需相距很近?杨氏干涉实验时没有激光,他用什么方法获得相干光源的?答案:两狭缝相距很近,使光波通过狭缝时的振动情况总是相同的。用了“一分为二”法,即用强光先照到一条狭缝上,从而获得单一频率的光,再通过双缝,发生了干涉。2.干涉现象对认识光的本质有什么意义?答案:干涉是波的特征,光的干涉现象说明光是一种波。迁移与应用1由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上,不会产生干涉现象。这是因为()A.两个光源发出光的频率不同B.两个光源发出光的强度不同C.两个光源的光速不同D.这两个光源是彼此独立的,不是相干光源答案:D解析:本题考查相干光的条件,题中两光源发的光都是白光,频率不确定,没法比较,选项A错误。光的强度对光是否发生干涉没有影响,选项B错误。光速在真空中是确定的,但它对光的干涉也没影响,选项C错误。两个独立光源,发光的频率是不相同的,不是相干光源,不能产生干涉现象,选项D正确。杨氏双缝干涉的装置如图:1.单缝屏的作用:获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况,如果用激光直接照射双缝,可省去单缝屏。没有激光时,用强光照亮一条狭缝,通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。2.双缝屏的作用:平行光照射到单缝S上,又照到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。3.干涉是波特有的现象,杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波。4.两个一般的光源或同一光源的两部分发出的两束光,互相叠加时并不产生干涉现象。二、决定条纹间距的条件活动与探究21.当两个光源与屏上某点的距离之差为零时,该点出现亮条纹还是暗条纹?答案:两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍,包括了距离之差为零这种情况。这时出现亮条纹。2.怎样判断明暗条纹的位置?答案:如图所示,S1、S2是两个狭缝,S1S2=d,缝到屏的距离为l,l≫d,O是S1S2的中垂线与屏的交点。若两列光波到屏上某点P的路程差(r2-r1)为半波长的偶数倍,这一点将出现亮条纹;若两列光波到某点P的路程差为半波长的奇数倍,这一点将出现暗条纹,即Δx=±nλ(n=0,1,2…),出现亮条纹;Δx=±(2n+1)λ2(n=0,1,2…),出现暗条纹。相邻两条明(或暗)条纹间的距离Δx=ld·λ。迁移与应用2在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm,若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是()A.用频率为f1和f2的单色光分别照射时,均出现明条纹B.用频率为f1和f2的单色光分别照射时,均出现暗条纹C.用频率为f1的单色光照射时出现明条纹,用频率为f2的单色光照射时出现暗条纹D.用频率为f1的单色光照射时出现暗条纹,用频率为f2的单色光照射时出现明条纹答案:C解析:频率为f1的单色光的波长:λ1=cf1=3×1085.0×1014m=0.6×10-6m=0.6μm,频率为f2的单色光的波长λ2=cf2=3×1087.5×1014m=0.4×10-6m=0.4μm,因P点到双缝的距离之差Δx=0.6μm=λ1,所以用f1照射时P点出现亮条纹。Δx=0.6μm=32λ2,所以用f2照射时P点出现暗条纹,故选项C正确。1.频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致,即振动方向总是相同;暗条纹处振动步调总相反。2.判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹,要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值。应记住,路程差等于波长整数倍处出现亮条纹,等于半波长的奇数倍处为暗条纹,还要记住这一结论成立的条件是:两个光源振动情况完全相同,即是两个相干光源。当堂检测1.在杨氏双缝干涉实验装置中,双缝的作用是()A.遮住过于强烈的灯光B.形成两个振动情况相同的光源C.使白光变成单色光D.使光发生折射答案:B解析:本题考查光的双缝干涉实验装置,双缝的作用是获得相干光源,故正确选项为B。2.以下两个光源可作为相干光源的是()A.两个相同亮度的烛焰B.两个相同规格的灯泡C.双丝灯泡D.出自一个光源的两束激光答案:D解析:相干光源必须满足频率相同、振动方向相同、相位差恒定,只有D选项符合条件。3.如图所示为双缝干涉实验的装置示意图,图甲为用绿光进行实验时屏上观察到的现象,图乙为换用另一颜色的单色光实验时观察到的条纹情况,则下列说法中正确的是()A.乙图可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短C.乙图可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长D.乙图可能是用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短答案:C解析:由λ=dlΔx可知,红光波长较长,条纹间距大。4.如图所示,用频率为f的单色光垂直照射双缝,在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c,则P点到双缝的距离之差r2-r1应为()A.c2fB.3c2fC.3cfD.5c2f答案:D解析:在某点产生暗条纹的条件是:光程差r2-r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹,说明r2-r1=52λ,由c=λf得λ=cf,则r2-r1=5c2f。5.如图所示,在用单色光做双缝干涉实验时,若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动,则()A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹,且中央亮纹P的位置不变C.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向上移D.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向下移答案:D解析:本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源,双缝S1、S2的作用是形成相干光源,稍微移动S后,没有改变传到双缝的光的频率,由S1、S2射出的仍是相干光,若单缝S稍微向上移动,由单缝S发出的光经双缝到达屏上P点下方某点的路程差为零,故中央亮纹下移。