物理选择性必修 第一册光的干涉导学案

这是一份物理选择性必修 第一册光的干涉导学案，共6页。
[学习目标] 1.通过观察演示实验，知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件(重点)。2.通过对干涉现象的分析，理解产生明暗条纹的条件，知道影响条纹间距的因素(重难点)。3.通过实例分析，知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象(难点)。
一、光的干涉及其产生条件
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，也经常显现出彩色条纹。这些彩色条纹或图样是怎样形成的？
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1．光的双缝干涉现象
(1)实验装置：如图所示
(2)实验过程及现象
如图所示，将一束激光照射到缝S1和缝S2上，缝S1和缝S2将这束激光分成两列光波，这两列光波 、____________都相同，这两列光波在双缝后相遇，出现振动加强和减弱相间的区域，在屏上就出现________________的干涉条纹。
(3)实验结论
两束光相遇时，如果满足一定的条件，会产生干涉现象。光的干涉现象证明了光是一种________。
(4)物理史实
光的干涉实验最早是物理学家__________在1801年成功完成的。
2．光的干涉
(1)产生稳定干涉的条件：两列光波的____________相同、______________相同且______恒定。
(2)相干光源：能发生干涉的两束光称为相干光，两个光源称为____________。
(3)光的干涉图样
如图所示，为由杨氏双缝干涉实验得到的图样，由干涉图样可知：
①____________的地方出现亮条纹，____________的地方出现暗条纹。
②亮条纹和暗条纹相互间隔，间距相等。
③亮条纹的位置和暗条纹的位置是不随时间而改变的。
(1)发生干涉的两束光的振幅一定相同。 ( )
(2)光的干涉现象说明光是一种波。( )
例1 (2023·天津市河西区高二月考)从两支手电筒射出的光照到同一点上时，看不到干涉条纹，因为( )
A．手电筒发出的光不是单色光
B．干涉图样太小，看不清楚
C．周围环境的漫反射光太强
D．两个光源不是相干光源
二、光的双缝干涉公式
1．亮、暗条纹的产生条件
(1)振动情况相同的两列光波到达某点的路程差Δr为波长的________倍，即Δr＝__________________时，出现亮条纹。
(2)振动情况相同的两列光波到达某点的路程差Δr为半个波长的________倍，即Δr＝
________________________________________________________________________时，出现暗条纹。
2．双缝干涉的条纹间距
在双缝干涉图样中，相邻两条亮条纹或暗条纹中心间距：Δy＝________。式中，λ为光波的____________，d为______________，l为__________________________。
白光的干涉图样有什么特点？为什么？
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(1)两列相干光叠加时，只有波峰、波峰相遇或波谷、波谷相遇时才出现亮条纹。 ( )
(2)光波的波长λ越大，相邻两条纹间的距离越小。( )
(3)在干涉条纹中，相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离是相等的。( )
例2 (多选)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )
A．减小S1与S2的间距
B．减小双缝到光屏的距离
C．将绿光换为红光
D．将整个装置放在水中
例3 (2023·临沂市期末)在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，P0为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍。则P0处和P1处将分别呈现( )
A．亮条纹、暗条纹 B．亮条纹、亮条纹
C．暗条纹、亮条纹 D．暗条纹、暗条纹
三、薄膜干涉及其应用
1．薄膜干涉中相干光的获得
光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差。
2．薄膜干涉的原理
光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现________条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现________条纹。
用不同波长的单色光做实验：条纹的间距是________的。如果用白光照射肥皂液膜，液膜上层出现____________。
3．薄膜干涉的应用
(1)检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹______；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生________，如图所示。
(2)增透膜：照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的薄膜，一般增透膜的厚度是光在薄膜介质中传播的波长的eq \f(1,4)，即d＝eq \f(λ,4)。增透膜对绿光的增透效果最好，对红光、紫光的增透效果稍差，仍有部分反射，故有增透膜的镜头看上去呈淡紫色。
如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上就会观察到干涉图样。
(1)观察者应该位于P的左侧还是右侧？
(2)观察者观察到的干涉条纹是竖直的还是水平的？
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例4 (2023·濮阳市高二期末)如图所示的薄膜，用黄色光从左侧照射该薄膜，会观察到明暗相间的干涉条纹，则下列说法正确的是( )
A．观察者应该从薄膜右侧观察干涉图样
B．若换用紫光照射，则条纹间距将变大
C．干涉条纹的分布上疏下密
D．任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差变大
例5 如图所示，甲为用干涉法检查平面平整程度的装置。乙中干涉条纹弯曲处说明被检查的平面在此处是______(选填“凹下”或“凸起”)；若仅增大单色光的频率，干涉条纹将________(选填“变密”或“变疏”)；若仅减小薄片的厚度，干涉条纹将________(选填“变密”或“变疏”)。
第1节 光的干涉
一、光照射到肥皂膜或油膜上发生了干涉现象，形成了彩色条纹或图样。
梳理与总结
1．(2)振动频率 振动方向 明暗相间 (3)波 (4)托马斯·杨
2．(1)频率 振动方向 相位差
(2)相干光源 (3)①振动加强
振动减弱
二、
1．(1)整数 ±nλ(n＝0,1,2,3…)
(2)奇数 ±(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)
2.eq \f(l,d)λ 波长 双缝间距离
双缝到光屏的距离
思考与讨论
白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的。这是因为各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
三、2.亮 暗 不一样 彩色条纹
3．(1)平行 弯曲
思考与讨论
(1)观察者应该位于P的右侧进行观察。因为光从肥皂膜的右侧射入，经肥皂膜左右两个表面反射的光在P的右侧相遇，形成干涉条纹。
(2)干涉条纹是水平的。因为竖直放置的肥皂液膜受到重力的作用，下面厚，上面薄，形成水平方向的明暗相间的条纹。
一、
易错辨析
(1)× (2)√
例1 D [要产生稳定的干涉两列波的频率必须相同、振动方向相同且相位差恒定，而手电筒中的两只小灯泡发出的光，频率不稳定，不满足产生稳定干涉的条件，即两光源不是相干光源，因此看不到干涉条纹，故选D。]
二、
易错辨析
(1)× (2)× (3)√
例2 AC [根据双缝干涉的条纹间距公式Δy＝eq \f(l,d)λ知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距变大，A正确；根据双缝干涉的条纹间距公式Δy＝eq \f(l,d)λ知，减小双缝到屏的距离，即l减小，则干涉条纹间距变小，B错误；根据双缝干涉的条纹间距公式Δy＝eq \f(l,d)λ知，将绿光换为红光，波长变长，即λ变大，则干涉条纹间距变大，C正确；因为v＝eq \f(c,n)，λ＝eq \f(c,f)，则光在水中的波长λ′＝eq \f(v,f)＝eq \f(c,nf)＝eq \f(λ,n)，光进入水中波长变短，根据双缝干涉的条纹间距公式Δy＝eq \f(l,d)λ知，波长变短，则干涉条纹间距变小，D错误。]
例3 C [光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，S1、S2到P0处的光程一样，则光源S到P0处的光程差就等于光波波长的1.5倍，所以是暗条纹；光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍，则光源S到P1处的光程差等于光波波长，所以为亮条纹，故选C。]
三、
例4 C [薄膜干涉是薄膜两个面的反射光叠加产生的，应该从入射光的同侧观察，即应该从薄膜左侧观察干涉图样，故A错误；光波的干涉条纹的间距公式为Δy＝eq \f(L,d)λ，若换用紫光照射，波长变小，则条纹间距将变小，故B错误；由于薄膜不是均匀增厚的，从上到下薄膜增厚得越来越快，所以明暗相间的条纹是不等间距的，而是上疏下密，故C正确；任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是半个波长，保持不变，故D错误。]
例5 凹下 变密 变疏
解析 薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，被检查平面左边处的空气膜与其右面的空气膜厚度相同，知该处凹下；增大光的频率，则波长变短，分析可知，干涉条纹将变密，若仅减小薄片的厚度，干涉条纹将变疏。