光的干涉教案

个性化教案光的干涉适用学科物理适用年级高二适用区域人教版课时时长（分钟）60知识点1.光产生干涉的条件；2.光的双缝干涉特点，双缝干涉公式；3.薄膜干涉：肥皂泡干涉，油膜干涉，牛顿环；4.薄膜干涉：增透膜，干涉法检查平整度。教学目标1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件；2.掌握薄膜干涉，并利用薄膜干涉解题。教学重点光的干涉和双缝干涉公式个性化教案教学过程一、复习预习上一节课我们学习了光的全反射和折射，现在我们来复习一下1.光的全反射的条件；2.光的折射定律及折射率；本节课我们要学习的内容是光的干涉，光的干涉与我们上一章学习机械波的干涉很相似，因为光也是波。个性化教案二、知识讲解考点/易错点1光的干涉(1)定义两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象．(2)相干条件只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波．易错点：光的干涉的条件考点/易错点2双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为Δx＝ldλ.易错点：明纹间距和暗纹间距相等，两明纹间距也是一条明纹和一条暗纹的宽度。考点/易错点31.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜，油膜干涉)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同。（薄膜干涉的解析：油膜干涉出现有个要求，就是油膜不同的部位的厚度必须不同当然，由于重力的原因，油膜的厚度总是不可能是相同的，而也正是油膜厚度的不同产生了油膜干涉的美丽花纹。请拿出纸笔，画出我正在描述的情况。个性化教案我们先只思考波长为a的单色光照射的情况。现在，当这束光照射到油膜的上表面，我们假设在这个位置，光刚好是波峰，把路线上剩下的波做镜像反射回去，这是反射波1.假设这里的油膜厚度为0.5a（就是半波长的整数倍），可想而知，到达下表面的时候同样必然是波谷，而且下表面的反射波2回到上表面的时候也是波峰。现在反射波1和反射波2是完完全全相同的了，它们互相加强，反射出一个明亮的条纹。我说过，油膜的厚度必须不同，所以现在稍稍错开一点，就在刚刚那个照射点的旁边，a波同样是波峰照射在这里的油膜上表面，不同的是，这里的油膜厚度是0.25a（就是整数倍加半个），这样，到达下表面的时候将是震动平衡点，镜像反射回去，再次回到上表面的反射波2神奇地变成了波谷，并且将一直同反射波1处处抵消。于是，在两条旁边，反射出一个无光的暗纹。但油膜竖立不动，油膜自然会呈现楔形，厚度是0.25a、0.5a、0.75a、1.00a…的变化，于是就能看到暗—明—暗的条纹，如果是白光照射，由于白光中不同的光波长a不同，那么亮暗条纹位置不用，所以就是彩色的光带了。油膜干涉和双缝干涉的原理都是波峰叠加加强，波峰波谷叠加削弱。但是光波叠加的位置是完全不同的。）2.牛顿环：牛顿环是一个薄膜干涉现象。光的一种干涉图样，是一些明暗相间的同心圆环。例如用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，在日光下或用白光照射个性化教案时，可以看到接触点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。它们是由球面上和平面上反射的光线相互干涉而形成的干涉条纹。易错点：对薄膜干涉的理解和牛顿环的形成。3.薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图5所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．易错点：对薄膜干涉和牛顿环形成的理解。三、例题精析个性化教案【例题1】【题干】如图2所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4×10－7m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°；(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．【答案】(1)暗条纹(2)亮条纹（3）只能观察到亮光【解析】(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝cv＝λ1λ2，得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m根据路程差Δr＝2.1×10－6m，所以N1＝Δrλ1＝2.1×10－66×10－7＝3.5由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．(2)根据临界角与折射率的关系sinC＝1n得n＝1sin37°＝53由此可知，B光在空气中波长λ3为：λ3＝nλ介＝53×3.15×10－7m＝5.25×10－7m路程差Δr和波长λ3的关系为：N2＝Δrλ3＝2.1×10－65.25×10－7＝4可见，用B光做光源，P点为亮条纹．(3)若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．【例题2】【题干】在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图6所示的干涉实验法．A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜．现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加个性化教案热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化．当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到t2时，亮度再一次回到最亮．图6(1)在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的？(2)温度由t1升高到t2时，A的高度升高多少？【答案】(1)见解析(2)λ2【解析】(1)A、B间为空气薄膜，在B板上方观察到的亮暗变化，是由B的下表面反射的光和A的上表面反射的光叠加产生的．(2)当温度为t1时，设空气薄膜厚度为d1，此时最亮说明：2d1＝kλ当温度为t2时，设空气薄膜厚度为d2，此时再一次最亮说明：2d2＝(k－1)λ得d1－d2＝λ2故温度由t1升高到t2，A的高度升高λ2.【例题3】【题干】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图7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，干涉条纹有如下两个特点：个性化教案图7(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明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将如何变化？【答案】见解析【解析】光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，形成干涉条纹，设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻明条纹，如图所示，则两处光的路程差分别为Δx1＝2d1，Δx2＝2d2，因为Δx2－Δx1＝λ，所以d2－d1＝12λ.设条纹间距为Δl，则由几何关系得d2－d1Δl＝tanθ，即Δl＝λ2tanθ.当抽去一张纸片时，θ减小，Δl增大，即条纹变疏．四、课堂运用【基础】1.【题干】[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，个性化教案除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同D．上述说法都不正确【答案】A【解析】白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹，A正确．2.【题干】[明暗条纹的判断方法]关于光的干涉现象，下列说法正确的是()A．在波峰与波峰叠加处，将出现亮条纹；在波谷与波谷叠加处，将出现暗条纹B．在双缝干涉实验中，光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置，将出现亮纹C．把入射光由黄光换成紫光，两相邻亮条纹间的距离变窄D．当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等个性化教案【答案】BC【解析】在波峰与波峰叠加处，或在波谷与波谷叠加处，都是振动加强区，将出现亮条纹，选项A错误；在双缝干涉实验中，出现亮纹的条件是光屏上某位置距两狭缝的路程差为波长的整数倍，出现暗纹的条件是光屏上某位置距两狭缝的路程差为半波长的奇数倍，选项B正确；条纹间距公式Δx＝ldλ，λ黄λ紫，选项C正确；薄膜干涉实验中的薄膜是“楔形”空气膜，选项D错误．【巩固】1.【题干】[明暗条纹的判断方法]在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差Δr＝0.6μm；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的单色光照射时，出现明条纹个性化教案B．用频率为f2的单色光照射时，出现明条纹C．用频率为f1的单色光照射时，出现暗条纹D．用频率为f2的单色光照射时，出现暗条纹【答案】AD【解析】根据c＝λf，可得两种单色光波长分别为：λ1＝cf1＝3×1085×1014m＝0.6μmλ2＝cf2＝3×1087.5×1014m＝0.4μm与题给条件(Δr＝0.6μm)比较可知Δr＝λ1＝32λ2，故用频率为f1的光照射双缝时，P点出现明条纹；用频率为f2的光照射双缝时，P点出现暗条纹．2.【题干】如图3所示，a、b为两束不同频率的单色光，以45°的入射角射到玻璃砖的上表面，直线OO′与玻璃砖垂直且与其上表面交于N点，入射点A、B到N点的距离相等，经玻璃砖上表面折射后两束光相交于图中的P点，则下列说法正确的是()个性化教案A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度B．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度图3C．同时增大入射角(入射角始终小于90°)，则a光在下表面先发生全反射D．对同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹比b光的干涉条纹宽【答案】D【解析】各种光在真空中的光速相同，选项A错误；根据题图，入射角相同，a光的折射角较大，所以a光的折射率较小，由光在介质中的光速v＝cn得，a光在介质中的传播速度较大，选项B错误；根据临界角公式C＝arcsin1n可知，a光的临界角较大，b光在下表面先发生全反射，选项C错误；a光的折射率较小，波长较长，根据公式Δx＝ldλ可知，对同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹比b光的干涉条纹宽，选项D正确．【拔高】1.【题干】(2011·北京·14)如图11所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A．增大S1与S2的间距图11B．减小双缝屏到光屏的距离C．将绿光换为红光个性化教案D．将绿光换为紫光【答案】C【解析】在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离Δx＝ldλ，要想增大条纹间距可以减小两缝间距d，或者增大双缝屏到光屏的距离l，或者换用波长更长的光做实验．由此可知，选项C正确，选项A、B、D错误．2.【题干】关于光的干涉，下列说法中正确的是()A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B．在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变宽C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定个性化教案【答案】C【解析】在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；由条纹间距Δx＝ldλ，入射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，因此，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变窄，B错误；两列光波产生干涉时，频率必须相同，C正确，D错误．课程小结知识归纳：1.光的干涉产生的条件；2.双缝干涉；3.薄膜干涉及其应用。个性化教案课后作业【基础】1.【题干】双缝干涉