2020年高中物理 第四章 光4.4 光的干涉课件 教科版选修3-4

第四节光的干涉目标导航预习导引学习目标1.了解光的干涉及特点。2.知道光产生干涉的条件。3.会分析薄膜上的干涉条纹及其特点重点难点1.对明暗条纹成因的理解。2.光产生干涉的条件目标导航预习导引一二三一、双缝干涉现象1.干涉实验将一激光笔发出的光照射在双缝上,双缝平面平行于墙壁,在墙壁上即可观察到光的干涉图样——明暗相间的条纹。2.明暗条纹的成因和机械波的干涉一样,激光笔发出的单色光经过双缝后成为两列频率相同的光,它们在空间产生干涉,某些区域得到了加强,出现明条纹;某些区域得到了削弱,出现暗条纹;而且这些明暗的区域也是相同的,从而形成了光的干涉图样。目标导航预习导引一二三把两支同样的激光笔发出的光射向墙上的同一个地方,能观察到明暗相间的干涉条纹吗?提示不能。两支激光笔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。目标导航预习导引一二三二、光产生干涉的条件1.干涉条件:两列光的频率相同、相差恒定、振动方向相同,即光波为相干光波。2.相干光源:发出的光能够产生干涉的两个光源。3.当两列相干光波到达明(暗)干涉条纹的位置的路程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;当路程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。4.光程:介质的折射率n与光在该介质中传播的几何路程的乘积nr。5.光程差:两列相干光从相位相同的地方达到空间某点P的光程的差。目标导航预习导引一二三6.如果两列光不是在真空或空气中传播,而是在折射率为n(绝对折射率)的介质中传播,对明暗条纹判断时,若光的波长还是用光在真空或空气中的波长,则路程差应换为光程差。7.在双缝干涉实验中,如果观察屏(墙)到双缝挡板的距离为L,双缝之间的距离为d,光的波长为λ,则观察屏(墙)上的相邻明条纹(或暗条纹)间的距离Δx=𝐿𝑑λ。目标导航预习导引一二三三、薄膜干涉薄膜干涉的成因:竖直放置的肥皂液膜由于重力的作用,从膜的上部到膜的下部,厚度逐渐增加,形成了楔子形状。因此,在膜不同的地方,其内、外表面反射光的光程差不同,因而在不同的地方形成明条纹和暗条纹。一二知识精要典题例解迁移应用一、杨氏双缝干涉实验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。一二知识精要典题例解迁移应用【例1】在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),已知红光与绿光的频率、波长均不相等,这时()A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮思路分析解答此类问题的关键是明确两列光波发生干涉的条件,知道不同色光的频率不同。一二知识精要典题例解迁移应用解析:两列光波发生干涉的条件之一是频率相同,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,但用绿色滤光片和红色滤光片分别挡住两条缝后,红光和绿光频率不相等,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹。但由于红光和绿光可通过各自的单缝,因此屏上仍有光亮。故选项C正确。答案:C一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用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。一二知识精要典题例解迁移应用二、决定干涉条纹间距的条件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。一二知识精要典题例解迁移应用【例2】下图所示是双缝干涉实验的示意图,屏上O点到双缝S1、S2的距离相等。当用波长为0.75μm的单色光照射时,P是位于O点上方的第二条亮条纹位置,若换用波长为0.6μm的单色光做实验,P处是亮条纹还是暗条纹?在OP之间共有几条暗条纹?思路分析解答本题的关键是理解干涉现象中产生亮条纹与暗条纹的条件。一二知识精要典题例解迁移应用解析:当用波长为λ1=0.75μm的单色光照射时,P为O点上方的第二条亮条纹,所以P到双缝S1、S2的路程差Δr=2λ1=2×0.75μm=1.5μm。改用λ2=0.6μm的单色光照射时,路程差Δr=52λ2,所以P为暗条纹,从O到P路程差由零逐渐增大,必有路程差为𝜆22和32λ2的两点,故OP之间还有两条暗条纹。答案:暗条纹两条一二知识精要典题例解迁移应用在双缝干涉实验中,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一二知识精要典题例解迁移应用解析: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。