2022-2023学年高二物理同步寓教于乐（人教版2019选择性必修一）光的干涉.pptx

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光的干涉 肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，经常显现出彩色条纹。一、观察现象 两列机械波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，即相干波源会发生干涉。光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象。如何找到相干光源，并实验观察光的干涉现象？单缝双缝S1SS2屏机械波的干涉 1.两个独立的光源发出的光不是相干光原因:即使频率(颜色)相同，相位差不恒定。2.1801年托马斯·杨寻找到的相干光源寻找相干光源狭缝(1)单缝作用：获得一束线光源，使光源有唯一频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。强光二、光的干涉(2)双缝作用：把一束光分成两列频率相同、相位差恒定、振动方向相同的相干光。双缝间距为0.1mm。 二、光的双缝干涉 单缝双缝S1SS2屏1.实验现象：屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样2.干涉图样的特点：等间距、中央为亮条纹明暗相间、亮条纹的中心线亮条纹的中心线暗条纹的中心线暗条纹的中心线二、光的双缝干涉 S1S2P来自同一束光，为同相位的相干光源。P1S1S2P2d=λ振动加强点条件：（亮条纹）振动减弱点条件：（暗条纹）二、光的双缝干涉 如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P。对屏上与P距离为x的一点P1，两缝与P1的距离P1S1＝r1，P1S2＝r2。S1S2P1Pldxr2r1M当两列波的路程差为波长的整数倍，即相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为：在线段P1S2上作P1M＝P1S1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看做直角三角形。有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)①另：x＝ltanθ≈lsinθ②时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：目标：求x二、光的双缝干涉 S1S2P1Pldxr2r1M当光程差为0时：n=0，称为中央亮条纹（零级亮条纹）用光程差讨论亮条纹：当光程差为时：称为n级亮条纹思考：n级暗条纹，怎么定义的？称为n级暗条纹。想想为什么不写作2n+1？——2n+1，n从0开始取，但没有0级暗条纹。二、光的双缝干涉 双缝S1S2光屏P1第一亮纹△r=λP中央亮纹△r=0P2第二亮纹△r=2λP3/第三亮纹△r=3λP3第三亮纹△r=3λP2/第二亮纹△r=2λP1/第一亮纹△r=λQ2第二暗纹Q1第一暗纹Q3第三暗纹Q3/第三暗纹Q2/第二暗纹Q1/第一暗纹△r=5λ/2△r=λ/2△r=3λ/2△r=5λ/2△r=3λ/2△r=λ/2产生明暗条纹的条件：亮纹：光程差△r=kλ（k=0,1，2，等）暗纹：光程差△r=（2k-1)λ/2(k=1,2,3,等）总结规律二、光的双缝干涉 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D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹C二、光的双缝干涉 例2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，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？(光在真空中的传播速度c＝3×108m/s)二、光的双缝干涉 双缝S1S2光屏P1第一亮纹△r=λP中央亮纹△r=0P2第二亮纹△r=2λP3/第三亮纹△r=3λP3第三亮纹△r=3λP2/第二亮纹△r=2λP1/第一亮纹△r=λQ2第二暗纹Q1第一暗纹Q3第三暗纹Q3/第三暗纹Q2/第二暗纹Q1/第一暗纹△r=5λ/2△r=λ/2△r=3λ/2△r=5λ/2△r=3λ/2△r=λ/2产生明暗条纹的条件：亮纹：光程差△r=kλ（k=0,1，2，等）暗纹：光程差△r=（2k-1)λ/2(k=1,2,3,等）总结规律二、光的双缝干涉 S1S2P1Pldxr2r1M条纹间距：将红光换为紫光，间距如何变化？二、光的双缝干涉 例31801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，证实了光的波动性，在光的波动说中具有重要的地位和意义．图示为双缝干涉实验装置，单缝S在双缝S1、S2的中心对称轴上，实验中在屏上P点刚好得到的是中央亮条纹上方第3级亮条纹，现要使P处出现中央亮条纹上方第4级亮纹，可采取的措施有()A．适当增大屏到双缝的距离B．适当增大单缝到双缝的距离C．换用频率更低的单色光D．换用波长更短的单色光D二、光的双缝干涉 如果用白光，干涉会怎样？S1S2P1Pldxr2r1M思考3：中心为什么颜色？——白色思考1：考虑1级亮条纹，从P往上走，最先出现什么颜色光的亮条纹？——紫色思考2：考虑1级亮条纹，从P往上走，最后出现什么颜色光的亮条纹？——红色——中间白色，两侧彩色条纹白光和单色光有什么区别？白光为复色光，包含红橙黄绿青蓝紫。因为各种成分亮条纹所在位置不同！二、光的双缝干涉 由于重力的作用，肥皂薄膜上薄下厚．薄膜上烛焰的像有水平条纹三、薄膜干涉 出现彩色条纹，且为横向的条纹。三、薄膜干涉 在阳光下，为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样?由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。思考3：厚度满足什么出现亮（暗）条纹？思考1：沿着什么方向观察才能看到干涉条纹？——光入射的方向思考2：厚度为d，光程差等于多少？同一级亮（暗）条纹在厚度相同的地方出现，故薄膜干涉也称为等厚干涉。①倾角很小，不考虑光的偏折②薄膜很薄，几纳米，零点几纳米三、薄膜干涉 在阳光下，为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样?由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。思考4：绿光换为红光，原有的亮条纹会向上还是向下移动？——向下思考5：白光入射会怎样？①倾角很小，不考虑光的偏折②薄膜很薄，几纳米，零点几纳米三、薄膜干涉会出现彩色的干涉条纹。 三、薄膜干涉 ——检查光学表面的平整程度入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹。标准样板待检部件空气薄层薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，相当于一张纸。薄膜厚度相等的位置对应的反射光(或透射光)形成的干涉结果相同，故称为等厚干涉。三、薄膜干涉的应用 ——检查光学表面的平整程度标准样板待检部件空气薄层薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，相当于一张纸。三、薄膜干涉的应用如果观察到的干涉条纹不平行，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的； 思考1：如果出现了下面这种干涉条纹，两处分别是凹陷还是凸起？从A点往里面走厚度都相同，本应出现平直亮条纹，但如果P点凹陷，则达到P点时厚度增加，亮条纹应出现在刚才厚度处，刚才厚度在哪儿，画正视图可知向左偏。总结方法：三、薄膜干涉的应用 若将标准板向上平移一段距离，则条纹间距是否变化？三、薄膜干涉的应用 ——增透膜三、薄膜干涉的应用 ——增透膜在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。镀层薄膜三、薄膜干涉的应用 三、薄膜干涉的应用 镀层薄膜波长为的光入射，问增透膜的厚度d应该满足什么关系？d至少为多少？错！！！为在增透膜中的波长介质变了，波长也就变了。什么不变？——频率不变——增透膜三、薄膜干涉的应用 1.杨氏双缝干涉实验②干涉图样的特点①光的干涉条件:相干光③产生明暗条纹的条件单色光照射时:白光照射时:亮纹：光程差δ=kλ暗纹：光程差δ=（2k+1)λ/2④亮（暗）纹间距的公式【总结】三、薄膜干涉条纹间距： 例4如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是()A．干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B．干涉条纹中的暗条纹是由于两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C．将上玻璃板平行上移，条纹间距变窄D．观察干涉条纹时，应在入射光一侧三、薄膜干涉 针对训练2(多选)(2022·林州一中月考)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是()A．干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B．干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的三、薄膜干涉