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2021学年3 光的干涉示范课课件ppt
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这是一份2021学年3 光的干涉示范课课件ppt，共47页。PPT课件主要包含了牛顿微粒说，光的本性学说的发展史，惠更斯波动说，天才的设想，巧妙解决了相干光问题，总结规律，各色光在真空中的波长，水面上的油膜呈彩色，薄膜干涉，条纹是水平排列等内容，欢迎下载使用。
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象
思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？
思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。
例1.(多选)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.双丝灯泡C.出自一个光源的两束光D.一束平行单色光经双缝后分为两束解析 根据光发生干涉的条件,可知选A、B。答案 AB
讨论：1.为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？ 2.亮纹和暗纹为什么相间（依次出现）呢？
由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。
讨论：亮纹和暗纹为什么相间（依次出现）呢？
取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出现第一条亮纹。
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝2λ的P2点出现第二条亮纹。
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。
屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。
（1）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为0、1 λ、2 λ、3 λ、等波长的整数倍（半波长的奇数倍）时，该点为振动加强点。
（2）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为λ /2、3 λ/2、5λ/2、等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点。
干涉条纹的间距与哪些因素有关?
1、什么是干涉条纹的间距? △y
2、干涉条纹的间距与哪些因素有关?
亮（暗）纹间距的公式推导
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
红 760nm~630nm橙 630nm~590nm黄 590nm~570nm绿 570nm~500nm青 500nm~460nm蓝 460nm~430nm紫 430nm~400nm
白光的干涉图样是什么样？
①明暗相间的彩色条纹； ②中央为白色亮条纹； ③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； ④在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内缘。
例2. 双缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为6×10-7 m的橙光做实验时,光屏P点（中央亮纹中心）及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是( )A.P和P1都是亮条纹B.P是亮条纹,P1是暗条纹C.P是暗条纹,P1是亮条纹D.P和P1都是暗条纹
解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P的路程差为零,因此P处是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P处都是中央亮纹中心。而P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,则两列光波到达P1时的振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1-P1S2|=600 nm= λ紫,则两列光波到达P1时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项B正确。答案 B
变式训练1.(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置,c为中央亮条纹,则( )A.由O到达a、b的路程差为零B.由M、N到达b的路程差为λC.由O到达a、c的路程差为4λD.由M、N到达e的路程差为2λ
解析 从O到达某点可以经过M也可以经过N,根据已知条件无法比较从O到达某两点的路程差,故A、C错误;b为中心亮纹旁边的第一条亮纹,则M、N到达b的路程差为波长λ,故B正确;e为中心亮纹旁边的第二条亮纹,M、N到达e的路程差为2λ,故D正确。答案 BD
白光的薄膜干涉条纹——彩色条纹
薄膜两表面反射的光互相叠加而成
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，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
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，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。
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
薄膜干涉的应用（二）——镀膜
增透膜-----利用薄膜前、后表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。
增反膜-----利用薄膜前、后表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。
1、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？
2、是否对所有颜色的光都有增透的作用？
薄膜的厚度至少是入射光在薄膜中波长的1/4。
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。
薄膜干涉的应用（二）——增透膜
例3.(多选)如图甲所示,用单色光照射透明标准板M来检查被检体N的上表面的平直情况,观察到的现象如图乙所示,条纹中的P和Q对应A和B,此现象说明( )A.N的上表面A处向上凸起B.N的上表面B处向上凸起C.N的上表面A处向下凹陷D.N的上表面B处向下凹陷
解析 P处条纹向左弯曲,意味着后一级条纹提前出现,可见P处对应的检测平板上的A点所对应的空气层厚度与后一级条纹对应的空气层厚度相同,而后一级条纹本来对应的空气层厚度比前一级大,可见A处向下凹陷,故C正确,A错误;从弯曲的条纹可知,Q处空气薄膜凹陷,即N的上表面B处向上凸起,故B正确,D错误。答案 BC
变式训练2.有种冷光灯,用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低。这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜,能使薄膜前后表面反射回来的热效应最显著的红外线发生干涉相消,以λ表示红外线在真空中的波长,n表示薄膜对该红外线的折射率,则所镀薄膜的厚度最小应为( )
[自我检测]正误判断(1)两只完全相同的灯泡发出的光能产生干涉现象。( )解析 不符合相干光源的条件,因此不能产生干涉现象。答案 ×(2)用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光。( )答案 √(3)水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果。( )答案 √
1.关于薄膜干涉,下列说法正确的是( )A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象C.厚度均匀的薄膜,会形成干涉条纹D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在薄膜的同一侧
解析 当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两面反射回来的光波的光程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。要形成明暗相间的条纹,只有在薄膜厚度不均匀时才会出现,但对薄膜的形状没有要求,因此选项A、B错误。当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但能发生干涉现象,如果是复色光照射,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些颜色的光因干涉而加强,减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,这时会看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但没有形成干涉条纹,故选项C错误。由薄膜干涉中相干光的来源可知,干涉的区域应在入射光一侧,因此选项D正确。答案 D
2.(多选)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如甲图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是( )A.增大双缝之间的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.增大双缝到光屏之间的距离
解析 题图乙中条纹的间距比题图甲小,根据双缝干涉的条纹间距公式Δx= λ知,可能是双缝与屏间距减小,也可能是双缝间距变大。故A、C正确,B、D错误。答案 AC
3.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,但因有红光和绿光通过双缝照到屏上,所以屏上有光亮,故只有选项C正确。答案 C
4.在双缝干涉实验中,用波长为5×10-7 m的黄光照射双缝。已知双缝的间距为0.3 mm,双缝到光屏的距离为1.2 m,光屏上P点到双缝的路程差为7.5×10-7 m,则下列说法中正确的是( )A.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2 mmB.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2 mmC.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4 mmD.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4 mm
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象
思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？
思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。
例1.(多选)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.双丝灯泡C.出自一个光源的两束光D.一束平行单色光经双缝后分为两束解析 根据光发生干涉的条件,可知选A、B。答案 AB
讨论：1.为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？ 2.亮纹和暗纹为什么相间（依次出现）呢？
由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。
讨论：亮纹和暗纹为什么相间（依次出现）呢？
取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出现第一条亮纹。
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝2λ的P2点出现第二条亮纹。
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。
屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。
（1）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为0、1 λ、2 λ、3 λ、等波长的整数倍（半波长的奇数倍）时，该点为振动加强点。
（2）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为λ /2、3 λ/2、5λ/2、等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点。
干涉条纹的间距与哪些因素有关?
1、什么是干涉条纹的间距? △y
2、干涉条纹的间距与哪些因素有关?
亮（暗）纹间距的公式推导
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
红 760nm~630nm橙 630nm~590nm黄 590nm~570nm绿 570nm~500nm青 500nm~460nm蓝 460nm~430nm紫 430nm~400nm
白光的干涉图样是什么样？
①明暗相间的彩色条纹； ②中央为白色亮条纹； ③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； ④在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内缘。
例2. 双缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为6×10-7 m的橙光做实验时,光屏P点（中央亮纹中心）及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是( )A.P和P1都是亮条纹B.P是亮条纹,P1是暗条纹C.P是暗条纹,P1是亮条纹D.P和P1都是暗条纹
解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P的路程差为零,因此P处是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P处都是中央亮纹中心。而P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,则两列光波到达P1时的振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1-P1S2|=600 nm= λ紫,则两列光波到达P1时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项B正确。答案 B
变式训练1.(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置,c为中央亮条纹,则( )A.由O到达a、b的路程差为零B.由M、N到达b的路程差为λC.由O到达a、c的路程差为4λD.由M、N到达e的路程差为2λ
解析 从O到达某点可以经过M也可以经过N,根据已知条件无法比较从O到达某两点的路程差,故A、C错误;b为中心亮纹旁边的第一条亮纹,则M、N到达b的路程差为波长λ,故B正确;e为中心亮纹旁边的第二条亮纹,M、N到达e的路程差为2λ,故D正确。答案 BD
白光的薄膜干涉条纹——彩色条纹
薄膜两表面反射的光互相叠加而成
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，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
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，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。
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
薄膜干涉的应用（二）——镀膜
增透膜-----利用薄膜前、后表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。
增反膜-----利用薄膜前、后表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。
1、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？
2、是否对所有颜色的光都有增透的作用？
薄膜的厚度至少是入射光在薄膜中波长的1/4。
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。
薄膜干涉的应用（二）——增透膜
例3.(多选)如图甲所示,用单色光照射透明标准板M来检查被检体N的上表面的平直情况,观察到的现象如图乙所示,条纹中的P和Q对应A和B,此现象说明( )A.N的上表面A处向上凸起B.N的上表面B处向上凸起C.N的上表面A处向下凹陷D.N的上表面B处向下凹陷
解析 P处条纹向左弯曲,意味着后一级条纹提前出现,可见P处对应的检测平板上的A点所对应的空气层厚度与后一级条纹对应的空气层厚度相同,而后一级条纹本来对应的空气层厚度比前一级大,可见A处向下凹陷,故C正确,A错误;从弯曲的条纹可知,Q处空气薄膜凹陷,即N的上表面B处向上凸起,故B正确,D错误。答案 BC
变式训练2.有种冷光灯,用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低。这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜,能使薄膜前后表面反射回来的热效应最显著的红外线发生干涉相消,以λ表示红外线在真空中的波长,n表示薄膜对该红外线的折射率,则所镀薄膜的厚度最小应为( )
[自我检测]正误判断(1)两只完全相同的灯泡发出的光能产生干涉现象。( )解析 不符合相干光源的条件,因此不能产生干涉现象。答案 ×(2)用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光。( )答案 √(3)水面上的油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果。( )答案 √
1.关于薄膜干涉,下列说法正确的是( )A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象C.厚度均匀的薄膜,会形成干涉条纹D.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在薄膜的同一侧
解析 当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两面反射回来的光波的光程差满足振动加强的条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。要形成明暗相间的条纹,只有在薄膜厚度不均匀时才会出现,但对薄膜的形状没有要求,因此选项A、B错误。当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但能发生干涉现象,如果是复色光照射,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些颜色的光因干涉而加强,减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,这时会看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但没有形成干涉条纹,故选项C错误。由薄膜干涉中相干光的来源可知,干涉的区域应在入射光一侧,因此选项D正确。答案 D
2.(多选)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如甲图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如乙图所示。他改变的实验条件可能是( )A.增大双缝之间的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.增大双缝到光屏之间的距离
解析 题图乙中条纹的间距比题图甲小,根据双缝干涉的条纹间距公式Δx= λ知,可能是双缝与屏间距减小,也可能是双缝间距变大。故A、C正确,B、D错误。答案 AC
3.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,但因有红光和绿光通过双缝照到屏上,所以屏上有光亮,故只有选项C正确。答案 C
4.在双缝干涉实验中,用波长为5×10-7 m的黄光照射双缝。已知双缝的间距为0.3 mm,双缝到光屏的距离为1.2 m,光屏上P点到双缝的路程差为7.5×10-7 m,则下列说法中正确的是( )A.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2 mmB.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2 mmC.P点出现的是亮条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4 mmD.P点出现的是暗条纹,相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4 mm
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