15第十五章 光的本性

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1、第十五章　　光的本性第一节　机械波的干涉和衍射一、机械波的干涉二、机械波的衍射第二节　光的干涉和衍射一、光的干涉1．光的干涉现象：两列频率相同的光相遇时发生叠加，在某些区域总加强，而另外一些区域总减弱，出现明暗相间的条纹或者彩色条纹的现象。2．干涉的条件①两个光源发出的光频率相同；②两个光源发出的光在空间叠加。二、双缝干涉1．实验装置实验：杨氏双缝干涉实验装置如图所示。　注意：本实验中所用的光束是＿＿＿＿＿，能否用灯泡产生的光（自然光）来做这个实验？如果仍要用灯泡产生的光束来做这个实验，该怎么做？如下图所示，杨氏双缝干涉实验的装置主

2、要由光源、单缝S、双缝S1、S2和光屏组成。当光照射到单缝时，单缝S就成为一个线光源，双缝S1、S2到单缝S的距离相等，这样双缝S1、S2就处在线光源S发出的光波的同一个波面上（如图所示），因此双缝S1、S2就成为振动情况完全相同的两个光源。所谓“振动情况完全相同”是指描述振动的物理量—频率、相位、振幅以及振动方向都相同。由双缝S1、S2发出的两列光波在它们相遇的空间就会出现光振动加强与光振动减弱相间隔的区域，光屏上会出现亮、暗相间隔的条纹。思考：下一个波面的振动情况与前一个波面的振动情况相同吗？答：不一定。由光源的性质决定，若光源

3、为普通光源，则前后两个波面的振动一般不同，若光源为激光，则前后两个波面的振动一般相同。思考：如果单缝比较大的话，还能观察到进一步条纹吗？答：如果缝比较大的话，单缝里所含有的光量多，信息复杂，就有可能含有不同频率的光。单缝就不能成为新的单一波源，这样到达两缝的信息“即振动情况”就不完全相同，两个缝的波就不能干涉。例1．某同学自己动手利用如图所示器材，观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条件。他移走B后，C上出现一窄不亮斑。分析实验失败的原因，最大的可能性是（　）A．单

4、缝S太窄B．单缝太宽C．S到S和S的距离不等D．阳光不能作为光源2．干涉规律：①屏上某点到两个光源之间的距离差是波长的整数倍，或是半波长的偶数倍时，该点将出现亮条纹，即屏上某点到两个光源之间的距离之差是半波长的奇数倍时，该点将出现暗条纹，即②屏上和双缝S1和S2的距离相等的点O，若用单色光实验该点是亮条纹（中央条纹），若用白光实验该点是白色的亮条纹。若用单色光做实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实验，中央条纹是白条纹，两侧是彩色条纹。内侧为紫色，外侧为红色。③屏上明条纹暗条纹之间的距离总是相等的。其距离大小Δx与双缝之间距离d

5、，双缝到屏的距离L及光的波长有关，即在L和d不变的情况下，Δx和波长λ成正比，应用上式可侧光波的波长λ。若测出n条亮纹（或暗纹）间的距离a，相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离，再测出d和L的值。就可以测得波长特别注意：n的表述。④用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距最大，紫光的干涉条纹间距最小。三、薄膜干涉1．产生原因：由薄膜的前后表面反射的两列光波叠加而成。2．现象：若单色光照在上述薄膜上，形成明暗相间的条纹；若白光照在上述薄膜上，将形成彩色条纹；在水面上的油膜、肥皂泡等在白光照射下出现灿烂的彩色都是薄膜干涉现象。　　3．薄膜

6、干涉的应用①检查精密零件的表面质量如图所示，利用被检查平面和标准样板间的空气薄膜的上下两个表面反射的两列光波之间的干涉条纹来检查。思考：干涉条纹是由哪两个表面的反射形成的？②增透膜在光学元件（透镜、棱镜）的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的作用。四、光的衍射1．光的衍射现象：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象。1．常见的光的衍射现象①光通过狭缝的衍射现象，单色光通过

7、狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹较宽，其余亮纹变窄。白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。②光通过小孔的衍射现象：光通过小孔时（孔很小）在屏上会出现明暗相间的圆环。③光照到小圆板上的衍射现象：当照到不透明的小圆板上，在屏上圆板的阴影中心，出现亮斑—泊松亮斑。1．在光的衍射现象中，衍射图样的出现，即明暗相间条纹的产生，是光波互相叠加后的结果。其中明条纹是光波叠加后的加强区，暗条纹是光波叠加后的减弱区。2．发生明显衍射现象的条件在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比（即与波长差不多），甚至比光的波长

8、还要小的时候，就会出现明显的衍。说明：光的干涉与衍射现象是光的波动性的表现，也是光具有波动性的证据，其区别是：光干涉现象只有在符合一定条件下才发生；而光的衍射现象却总是存在的，只有明显与不明显之分。光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都