2020版新教材高中物理 主题3 光及其应用 3 光的干涉课件 新人教版必修第一册

主题3光及其应用3光的干涉学习目标知识脉络1．观察光的干涉现象，能说出光的干涉条纹的特点．(重点)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．(难点)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)知识点一杨氏干涉实验[先填空]1.物理史实1801年，英国物理学家成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性．托马斯·杨2.双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行的光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生．(2)实验现象：在屏上得到的条纹．(3)实验结论：光是一种波．明暗相间单色相同干涉[再判断]1．直接用强光照射双缝，发生干涉．()2．两只手电筒射出的光束在空间相遇，能观察到光的干涉现象．()3．用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹．()××√[后思考]1．做双缝干涉实验时必须具备什么条件才能观察到干涉条纹？【提示】必须是相干光源，且双缝间的间距必须很小．2．一般情况下光源发出的光很难观察到干涉现象，这是什么原因？【提示】光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相差，不具备相干光源的条件．[核心点击]1.光的干涉(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域是相互间隔的，即出现亮纹和暗纹相间的现象．(2)干涉条件：两列光的频率相同、相差恒定或两列光振动情况总是相同．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列来获得．2．托马斯·杨的双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图(如图所示)实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏．(2)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．杨氏那时没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光．(3)双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照射到双缝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．双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样(如图所示)若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等．中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．(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：①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．②两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.以下光源不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光E．一束平行单色光经双缝后分为两束解析：相干光的条件，必须是频率相同，相位差恒定．答案：ABC2．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)，已知红光与绿色频率，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3．从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是为什么？解析：本题虽然强调两只相同的手电筒，但它们发出的光频率仍然不同．不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样．答案：见解析(1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小．(2)光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．(3)在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．知识点二决定条纹明暗的条件[先填空]1．当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的倍时，两列光波在这点相互加强，出现．2．当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长λ2的倍时，两列光波在这点相互减弱，出现．暗条纹整数明条纹奇数[再判断]1．若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹．()2．若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹．()3．当两个光源与屏上某点的距离之差为半波长的整数倍时出现暗条纹．()××√[后思考]1．用白光做双缝干涉实验，彩纹的特点如何？【提示】屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红．2．不同色光在真空中的光速相同吗？在同种介质中的光速相同吗？【提示】各种色光在真空中的光速均为c＝3×108m/s，而在同种介质中，由于各种色光的折射率不同，由v＝cn知，v不同．[核心点击]1．明暗条纹的判断如图所示，S1、S2是两个狭缝，S1S2＝d，缝到屏的距离为l，l≫d，O是S1S2的中垂线与屏的相交点．(1)出现明条纹的条件屏上某点P到双缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍，即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·λ2(k＝0，1，2，…)．(2)出现暗条纹的条件屏上某点P到双缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2，3，…)．2．对双缝干涉图样的两点说明(1)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮纹为白色．(2)若利用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等，中央仍为亮纹．4．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：单色光f1照射时出现______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，与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．据λ＝cf可得λ1＝cf1＝3×1085.0×1014m＝0.6×10－6m＝0.6μm，λ2＝cf2＝3.0×1087.5×1014m＝0.4×10－6m＝0.4μm，即d＝λ1，d＝32λ2.答案：明暗5．如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为________．解析：出现暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为λ2×(2n－1)＝52λ，而λ＝cf，所以|r1－r2|＝52λ＝5c2f.答案：5c2f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)出现明条纹的条件是光程差等于波长的整数倍．(3)出现暗条纹的条件是光程等于半波长的奇数倍，而不是整数倍．