高中物理实验：用双缝干涉测量光的波长教学演示ppt课件

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情境导学 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，也经常出现彩色条纹,通过学习本节知识，同学们将会明白出现“彩色”的原因.
1 光的双缝干涉现象
（1）实验装置：如图4-4-1所示.
源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的.这两个波源发出的光在挡板后面的空间相互叠加.
（3）实验现象 来自两个波源的光在一些地方相互加强，在另一些地方相互削弱，在狭缝后的屏幕上看到了明暗相间的条纹（明条纹的位置和暗条纹的位置不随时间改变.），且条纹间距相等.
（4）实验结论 光的干涉现象证明光是一种波.（干涉是波特有的现象.）
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2 光的干涉 （1）干涉现象：若两列相干光在空间传播时相遇，将在相遇区域发生波的叠加，如果在某些区域加强，而在另一些区域减弱，且加强区域和减弱区域是相互间隔的，这种现象称为光的干涉现象.产生的图样叫作干涉图样. （2）产生稳定干涉的条件：两列光波的频率相同、振动方向相同且相位差恒定. （3）相干光源：能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源.（相干光源可用同一束光照射两个相距很近的狭缝而获得，称为分光法.）
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杨氏双缝干涉实验1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象.实验的装置示意图如图4-4-3所示.
杨氏双缝干涉实验中单缝和双缝的作用分别是什么？
【提示 单缝是为了获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况以及恒定的相位差，如果用激光作为光源，可省去单缝，直接用激光照射双缝.平行光照射到单缝上后，又照到间距很小的双缝上，这样一束光被分成两束频率相同、振动情况完全一致的相干光.】
【解析】双缝干涉实验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，单缝的宽度应比较小，由题意知，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.故选项B正确.
1 薄膜干涉的定义 由薄膜前后两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉. 2 薄膜干涉的成因
特别提醒 薄膜干涉观察要点1.相干光是膜前、后两个面的反射光,不是透射光.2.观察干涉条纹时,眼睛与光源在膜的同一侧.3.用单色光和白光分别照射同一膜,观察到的现象是不同的.用白光照射膜时,不同颜色的光在不同位置形成不同的条纹，这些相互靠近的条纹看起来就是彩色的.而用单色光照射时,只会出现明、暗相间的条纹，单色光的颜色不同，亮（暗）条纹的位置不同.
3 薄膜干涉的三个重要应用 （1）用干涉法检查平面的平整度
①原理:如图4-4-5所示,被检查的平面与标准样板之间形成了一个楔形的空气薄膜,用单色光照射样板时,从空气膜的上、下表面反射出两列光波,形成干涉条纹.被检查平面若是平整的,空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上,干涉条纹平行；若被检查平面某些地方不平整，那里空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲.
②分析:如果某处是凹下的,则对应的亮条纹（暗条纹）提前出现,如图4-4-6甲所示.如果某处是凸起的,则对应的亮条纹（暗条纹）延后出现,如图4-4-6乙所示.（这里的“提前”“延后”不是指时间上,而是指由左向右的顺序位置上）
例2-2 ［链接教材第110页图4-4-5］（2025·河北石家庄调研，多选）利用光的干涉规律可以检测工件表面的平整度与设计要求之间的微小差异.现将精度很高的标准玻璃板（样板）放在被检查工件上面，如图4-4-7甲所示，在样板的左端垫薄片，使标准玻璃板与被检查工件平面之间形成一楔形空气膜．用平行单色光向下照射，检查不同平面时可观察到图乙或图丙的干涉条纹，下列说法正确的是( )
A.干涉条纹是样板的上、下两个表面的反射光干涉形成的B.当增加薄片厚度时，条纹间距会变小C.当换用频率更高的单色光照射时，条纹间距不变D.图丙中条纹弯曲处对应着被检查平面处是凹陷的
【解析】干涉条纹是样板的下表面和被检查面的反射光干涉形成的，故A错误；当增加薄片厚度时，光程差等于半个波长整数倍的位置距离变小，则条纹间距会变小，故B正确；当换用频率更高的单色光照射时，其波长变小，光程差等于半个波长整数倍的位置距离变小，则条纹间距会变小，故C错误；由题图丙可知，被检查平面右边的空气膜厚度与未弯处平面的空气膜厚度相同，则对应着被检查平面处是凹陷的，故D正确.
例2-3 （浙江选考科目试题，多选）肥皂膜的干涉条纹如图4-4-8所示，条纹间距上面宽、下面窄.下列说法正确的是( )
知识点3 实验：用双缝干涉测量光的波长
1 双缝干涉明、暗条纹间距公式的推导
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2 实验：用双缝干涉测量光的波长 （1）实验目的与原理
（2）相关物理量的测量
（3）实验步骤
（4）注意事项和误差分析
知识点4 对光的干涉的理解
1 对比机械波理解光的干涉 光波的干涉与机械波的干涉一样，也有加强区和减弱区.波峰与波峰（波谷与波谷）相遇处为加强区,对于光波来说加强区的光照射到光屏上出现亮条纹;波峰与波谷相遇处为减弱区,对于光波来说减弱区的光照射到光屏上出现暗条纹.
2 光的干涉现象中能量的分配 光的干涉只是光波能量的重新分配，遵循能量守恒的原则.明暗相间的条纹反映了光的能量在空间的分布情况.暗条纹处光的能量几乎为零，表明此处两列光波叠加相互抵消，并不是光的能量损耗了或变成了其他形式的能量，而是按波的传播规律，没有能量传到该处；亮条纹处光的能量比较强，表明此处两列光波叠加相互加强，并不是光的干涉可以产生能量，而是按波的传播规律，到达该处的能量比较集中.
3 干涉图样的特点 （1）单色光的干涉图样特点：中央为亮条纹，两边是明暗相间的条纹，且相邻两亮（暗）条纹中心间的距离相等. （2）若用白光作为光源，则双缝干涉条纹是彩色条纹，中央亮条纹为白色.因为从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹之间的距离也从大到小，屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但屏两侧因各色光条纹之间的距离不同而形成各种颜色的条纹，而且同一级条纹的颜色为内紫外红.
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例4-5 关于光的干涉，下列说法正确的是( )
A.用白光作光源，在双缝中的一个缝前放红色滤光片，另一个缝前放紫色滤光片，光屏上将出现紫红色干涉条纹B.红光和紫光也能相互干涉，只是干涉图样不稳定C.进入双缝的光强度不同，光屏上仍可能出现干涉条纹D.用白光作光源，能观察到干涉图样，而白光是由频率不同的七色光复合而成的，因此不同频率的光，也能相互干涉
【解析】想要发生光的干涉，必须满足相干条件，双缝的作用就是将同频率的光一分为二，制造相干光，从而发生干涉.不同频率的光相遇，是不能发生干涉的，观察到的白光的干涉条纹是从两狭缝射出的红光和红光、紫光和紫光及其他单色光各自相互干涉的结果，而不是一狭缝射出的红光和另一狭缝射出的紫光（或除红、紫光外其他单色光）干涉的结果；发生干涉时，振动加强区域和振动减弱区域是不随时间而改变的，故A、B、D均错误.强度不同的同频率的光，可以发生干涉，故C正确.
题型1 相干条件及干涉图样的特点
例6 在观察光的干涉现象实验中，用白光照射双缝时，在光屏上可观察到彩色条纹，若用红色和绿色滤光片各挡住一条缝，则下列说法正确的是( )
A.在光屏上可以观察到黄色的干涉条纹B.在光屏上可以观察到绿色的干涉条纹C.在光屏上可以观察到红绿相间的条纹D.光屏上无干涉条纹
【解析】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），由于绿光和红光的频率不同，则不能发生干涉，光屏上无干涉条纹产生，故D正确，A、B、C错误.
双缝干涉的产生条件及图样特点1.相干条件:两列光波的频率相同、振动方向相同且相位差恒定.2.光的干涉图样是等距、等宽、等亮的明暗相间的条纹，且不随时间变化.（1）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，中央为亮条纹，实验装置相同时,两相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离与光的波长有关，波长越大,条纹间距越大.
（2）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，即红光的条纹间距最大，紫光的条纹间距最小，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.
2.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图4-4-11所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图4-4-12所示．他改变的实验条件可能是( )
A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝到光屏的距离C.减小双缝之间的距离D.换用频率更小的单色光源
题型2 双缝干涉中出现明暗条纹的位置问题
判断双缝干涉中明暗条纹的关键判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹，关键要看该点到两个光源（双缝）的光程差与波长的关系.（1）光程差等于半波长的偶数倍处为亮条纹.（2）光程差等于半波长的奇数倍处为暗条纹.【说明】结论成立的条件：两个光源发出的光满足相干条件.
题型3 利用干涉条纹间距测光波波长
A.可观察到水平方向的干涉条纹B.可观察到竖直方向的干涉条纹C.看不到干涉现象
（2）若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中___.
A.观察不到干涉条纹B.可观察到明暗相间的白条纹C.可观察到彩色条纹
【解析】若取下红色滤光片，白光干涉条纹为彩色的，故选C.
（3）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可___.
A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝
双缝干涉实验的要点及数据处理方法
4.如图4-4-15，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃.
（1）②、③、④三个光学元件依次为___；（填正确答案的标号）
A.滤光片、单缝、双缝B.单缝、滤光片、双缝C.单缝、双缝、滤光片D.滤光片、双缝、单缝
【解析】光源发出的光经滤光片成为单色光，把单缝照亮.单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮.来自双缝的光在双缝右侧的空间发生干涉.遮光管的一端装有毛玻璃屏，用来观察干涉条纹，所以②、③、④三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝.故选A.
（2）如果实验时将红色滤光片换为绿色滤光片，则相邻亮纹（暗纹）间的距离______（填“变大”或“变小”）；
例9 （2024· 黑吉辽卷）某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图4-4-17所示，用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹，下列说法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是( )
A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离
本题以自制双缝干涉实验装置为素材，创设了学习探索情境，考查考生的信息获取与加工能力以及逻辑推理与论证能力.
信息提取析题意
类题1 变角度·由定性判断变为定量计算（2023·江苏卷）用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图4-4-18甲所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置.则双缝间的距离变为原来的( )
考向2 考查薄膜干涉现象及应用
例10 （江苏高考题）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( )
A. B. C. D.
【解析】铁丝圈竖直放置时，由于重力的影响，其上附有的肥皂膜上面薄、下面厚，选项A错误；因为肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，所以从上到下，肥皂膜的厚度变化加快，选项C正确.
A.劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B.劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C.劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
考向3 考查用双缝干涉测量光的波长实验
例11 （浙江选考科目试题）图4-4-20所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置.实验中:
（1）观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是___.
A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行
【解析】干涉条纹模糊说明双缝的透光量较少或者入射光强度较弱，在测量端旋转测量头和增大单缝与双缝间的距离，都不会改善透光量或入射光的强度，故A、B不值得尝试；调节拨杆使单缝与双缝平行，这样会使透过单缝（相当于“线状光源”）的条形光与双缝平行，可增加双缝的透光量，会使条纹变得清晰，故C值得尝试.
（2）要增大观察到的条纹间距，正确的做法是___.
A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离
本题通过用双缝干涉测量光的波长实验，考查实验操作，体现了高考对考生动手能力的考查.
类题3 （2022·海南卷）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图4-4-21所示，则：
A.单缝和双缝B.双缝和单缝C.单缝和单缝D.双缝和双缝
习题课丨学业质量测评
1.（2024·江西卷，多选）某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验.下列说法正确的是( )
A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件B.透镜的作用是使光更集中C.单缝的作用是获得线光源D.双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目越多
2.（2023·河北卷）制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色.关于此现象，下列说法正确的是( )
A.上述现象与彩虹的形成原理相同B.光在薄膜的下表面发生了全反射C.薄膜上下表面的反射光发生了干涉D.薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色
【解析】题述现象是光的干涉造成的，彩虹的形成原理主要为光的折射，题述现象与彩虹的形成原理不相同，故A错误;硅片呈现深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光发生干涉，振动加强，故B错误，C正确;根据光的干涉中相互加强的条件,可知当薄膜的厚度发生变化时，满足加强条件的光的波长也会发生变化,导致硅片呈现不同的颜色，故D错误.
3.（2022·浙江6月选考科目试题）关于双缝干涉实验，下列说法正确的是( )
A.用复色光投射就看不到条纹B.明暗相间的条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大
4.［人教版教材活动栏目改编］（2025·安徽合肥八中期中）如图，某同学观察肥皂膜干涉现象.将蘸有肥皂膜的铁丝圈挂在酒精灯右侧，在火焰中分别加入不同金属元素，火焰会呈现不同的颜色.下列说法正确的是( )
A.干涉条纹是肥皂膜左、右表面的反射光叠加产生的B.干涉条纹形状是相互平行的竖直线C.从上向下，干涉条纹的间距越来越大D.紫光的条纹数比黄光要少一些
【解析】
5.某同学利用如图所示的装置来测量某种单色光的波长.接通电源，规范操作后，在目镜中观察到清晰的干涉条纹.
（1）若想增加从目镜中观察到的条纹数量，该同学可___.
A.将透镜向单缝靠近B.使用间距更大的双缝C.将单缝向靠近双缝的方向移动D.将毛玻璃向远离双缝的方向移动
（4）只将单色红光源换成单色蓝光源，从目镜中观察到的条纹数量会______（填“增加”“减少”或“不变”）.
【解析】换成蓝光后，光的频率增大，波长变小，则条纹间距变小，条纹数量增加.
6.新新信息题（2025·山东泰安期中）干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察以外，还可以把一个凸透镜压在一块平面玻璃板上（如图甲），让单色光从上方射入（如图乙），从上往下看凸透镜，可以观察到由于干涉
A.环状条纹是等间距的同心圆环B.环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越稀疏C.若对凸透镜上表面均匀施加适量压力，干涉圆环向边缘移动D.若把入射的单色光由紫色换为红色，观察到的条纹间距会变小
形成的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环.下列说法正确的是( )
【解析】每个环状条纹实际上是一条等厚线，即同一个环状条纹上所对应的空气膜的厚度相等，由于从圆心向外空气膜的厚度变化越来越快，即空气膜厚度发生相同的变化经过的距离越来越短，所以从圆心向外条纹越来越密集，故A、B错误；若对凸透镜上表面均匀施加适量压力，各处的空气膜都会变薄，干涉圆环向边缘移动，故C正确；若把入射的单色光由紫色换为红色，由于红光比紫光波长长，所以相邻两个干涉圆环对应的空气膜厚度变化变大，条纹间距会变大，故D错误.
8.（多选）如图所示为用同一双缝干涉实验装置得到的甲、乙两种单色光的干涉条纹，下列有关两种单色光的说法正确的是( )
A.甲光的波长大于乙光的波长B.若甲光是黄光，乙光可能是红光C.若两种单色光以相同的入射角进入同种介质，甲光的折射角较大D.若两种单色光都从玻璃射入空气，逐渐增大入射角，乙光的折射光线最先消失
9.［教材第111页“自我评价”第4题改编］（多选）将精度很高的标准玻璃板（样板），放在被检查平面上面，如图甲所示，在样板的右端垫薄片，使标准玻璃板与被检查平面之间形成一楔形空气膜.用平行单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，如图乙所示.下列说法正确的是( )
A.干涉条纹是样板的下表面处空气膜和被检查平面处空气膜的反射光干涉形成的B.眼睛应从入射光的另一侧观测干涉条纹C.图乙条纹弯曲处对应着被检查平面处有凸起D.增大薄片的厚度，条纹间距增大
（1）组装仪器时，单缝和双缝的空间关系应该为_____；
【解析】安装器材时，从左到右依次为光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏，单缝和双缝平行放置，故A、D正确，B、C错误.
（3）若改用频率较小的单色光照射，得到的干涉条纹间距将______（填“变大”“不变”或“变小”）；
A.向上移动B.向下移动C.间距变大D.间距变小