2017-2018学年高中物理 第五章 光的波动性 第1讲 光的干涉学案 教科版选修3-4

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1、第1讲　光的干涉[目标定位]　1.知道光的干涉现象，知道光是一种波.2.理解相干光源和产生干涉现象的条件.3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用．一、双缝干涉1．1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉．2．双缝干涉：红色激光束垂直射到两条狭缝上，在它的后面的屏幕上看到了明暗相间的条纹，且条纹间距相等，这表明两束光在叠加区域内发生了干涉．3．出现明、暗条纹的条件：光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的偶数倍(即波长λ的整数倍)时，这些点出现明条纹；当路程差为

2、半波长的奇数倍时，这些点出现暗条纹．4．光干涉的必要条件是两列光的频率相同．5．光的干涉现象充分表明光是一种波．二、薄膜干涉1．原理：以肥皂膜为例，单色光平行入射到肥皂泡液薄膜上，由液膜前后两个表面反射回来的两列光是相干光，它们相互叠加产生干涉，肥皂泡上就出现了明暗相间的条纹或区域．2．应用：检查平面的平整程度.一、双缝干涉实验1．实验装置示意图实验装置如图1所示，有光源、单缝、双缝和光屏．图1(1)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．也可用激光直接照射双缝．(2)双缝的作用：这样一束光被分成两束频率相同和振动情况

3、完全一致的相干光．2．产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同．本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的．3．干涉图样(1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹．(2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的．4．实验结论：证明光是一种波．例1　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)，已知红光与绿光频率、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

4、的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在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，但仍有光亮．答案　C借题发挥　明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题作出正确判断的关键.二、双缝干涉图样中出现亮、暗条纹的条件1．亮条纹的条件：屏上某点P到两

5、条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即：

6、PS1－PS2

7、＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹．k为亮条纹的级次．2．暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即：

8、PS1－PS2

9、＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．例2　如图2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P

10、1点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则(　　)图2A．P和P1处仍为亮条纹B．P处为亮条纹，P1处为暗条纹C．P处为暗条纹，P1处为亮条纹D．P、P1处均为暗条纹解析　从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此中心是亮条纹，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹．而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即

11、P1S1－P1S2

12、

13、＝600nm＝λ橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹．当换用波长为400nm的紫光时，

14、P1S1－P1S2

15、＝600nm＝λ紫，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹．综上所述，选项B正确．答案　B借题发挥　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)的路程差与半波长的比值，要记住路程差等于半波长偶数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同．针对训练　如图3所

16、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

17、r1－r2

18、应为(　　)图3A．B．C．D．解析　出现暗条纹，说明S1、S2到P点距离