高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册4 光的干涉评课ppt课件

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册4 光的干涉评课ppt课件，共47页。PPT课件主要包含了托马斯·杨，明暗相间，亮条纹，暗条纹，路程差，透射光，反射光的强度，薄膜干涉等内容，欢迎下载使用。

必备知识·自主预习储备
知识点一　双缝干涉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。
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，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生_____现象。(2)实验现象：在屏上得到_________的条纹。(3)实验结论：光是一种___。
提醒　(1)若产生双缝干涉现象，则必须有相干光源，且双缝间的距离必须很小。(2)杨氏干涉实验采用将一束光一分为二的方法获得相干光源。体验　1：思考辨析(正确的打√，错误的打×)(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。(　　)(4)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。(　　)
知识点二　薄膜干涉1．不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，一束自前后两个面的反射光的_______不同。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现了___条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现了___条纹。2．薄膜干涉在技术上的应用：可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加_______或者_____________，还可以利用_________的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。
体验　2：思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)从液膜上观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧)。(　　)(2)用单色光照射液体薄膜得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹。(　　)(3)肥皂液薄膜的干涉条纹基本上是竖直的。(　　)
关键能力·情境探究达成
考点1　光的双缝干涉的原理　考点2　双缝干涉图样的分析　考点3　薄膜干涉　
为什么会出现双缝干涉现象？提示：灯泡发出的光经挡板上的双缝后形成两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源在空中的叠加区域出现振动加强和振动减弱交替分布的现象，这就是双缝干涉现象。
1．双缝干涉的装置示意图实验装置如情境探究中图所示，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。3．双缝屏的作用平行光通过单缝S后，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率和振动情况完全相同的相干光。
考点1　光的双缝干涉的原理
4．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。实验中可用“一分为二”的方法获得两个相干光源。5．光的干涉原理光的干涉现象中虽然是波峰与波峰叠加或波谷与波谷叠加出现亮条纹，波峰与波谷叠加出现暗条纹，但仍遵循能量守恒的原则。干涉现象只是光波能量的重新分配，暗条纹处光能量几乎为零，亮条纹处能量较强，存在光能量增强处并不是光的干涉产生的能量，而是按波的传播规律，到达该处的光能量比较集中，而暗条纹处基本没有光能量传到该处。
【典例1】　某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(　　)
A．单缝S太窄B．单缝S太宽C．S到S1和S2距离不相等D．阳光不能作为光源
B　[双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源。故B正确。]
[跟进训练]1．真空中，由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象。这是因为(　　)A．两个光源发出光的频率相同B．两个光源发出光的强度不同C．两个光源的光速不同D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
D　[光的强度对光的干涉没有影响，B错误；光速在真空中是确定的，它对光的干涉也没有影响，C错误；不同光源发出的光频率一般不同，所以不会产生干涉现象，这样的光源不是相干光源，故A错误，D正确。]
考点2　双缝干涉图样的分析
3.单色光的干涉图样：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。
4．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。
【典例2】　如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2的距离之差为2.1 μm。今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点处是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时临界角为37°。思路点拨：判断光屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源的路程差与波长的比值，要记住路程差等于波长的整数倍时出现亮条纹，等于半波长的奇数倍时出现暗条纹。
[答案]　(1)暗条纹　(2)亮条纹
[跟进训练]2．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若两次实验分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz 的单色光a和f2＝7.5×1014 Hz的单色光b进行实验，则P点出现明、暗条纹的情况是(　　)A．单色光a和b分别照射时，均出现明条纹B．单色光a和b分别照射时，均出现暗条纹C．单色光a照射时出现明条纹，单色光b照射时出现暗条纹D．单色光a照射时出现暗条纹，单色光b照射时出现明条纹
1．薄膜干涉的形成：入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光。
2．用干涉法检查平面平整度：如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果被检测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)
甲　　　　　　　　　乙
3．增透膜：(1)为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁。(2)如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零。
(3)由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相消。(4)因为人眼对绿光最敏感，一般选择对绿光起增透作用的膜，所以在反射光中绿光强度几乎为零，光谱边缘部分的红光和紫光的反射并没有显著削弱，所以增透膜呈现蓝紫色。
【典例3】　劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹 (　　)
A．变疏B．变密C．不变D．消失
甲　　　　　　　　乙
A　[干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能符合所在位置下面对应的薄膜厚度差跟原先一样，故A正确，B、C、D错误。]
[跟进训练]3.(多选)如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的现象有如图所示的条纹中的P和Q情况，这说明(　　)
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
学习效果·随堂评估自测
1．(2021·江苏卷)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是(　　)
C　[薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在用复色光照射时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹的间距上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误。故选C。]
2．在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是(　　)A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光C．相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D．在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变大
A　[条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确，B错误；双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等间距的，故C错误；红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变小，故D错误。]
3．如图所示，用单色光做双缝干涉实验时，P处为第二条亮条纹，改用频率较高的单色光重做实验(其他条件不变)时，则第二条亮条纹的位置(　　)
A．仍在P处B．在P点上方C．在P点下方D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮条纹
4．(新情境题，以激光散斑测速为背景，考查条纹间距与波长的关系)激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之间的距离l以及相邻两亮纹间距Δx。若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是(　　)