高中物理光的干涉教学课件ppt

这是一份高中物理光的干涉教学课件ppt，共25页。PPT课件主要包含了光的双缝干涉，薄膜干涉，薄膜干涉的成因等内容，欢迎下载使用。
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？
如果两列机械波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉。光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象。怎样才能观察到光的干涉现象呢？
在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝（图甲），在后面的屏上观察光的干涉情况（图乙）。
为什么会形成这样明暗相间的条纹呢？
如图让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1 和S2 的挡板上，狭缝S1 和S2 相距很近。狭缝就成了两个波源，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互相叠加，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。
如图狭缝S1 和S2 相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源，它们到屏上P0 点的距离相同。 由于S1和 S2发出的两列波到达P0 点的路程一样，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P0 点，也就是相位仍然相同。在这点，两列波叠加后相互加强，因此这里出现亮条纹。
再考察P0 点上方的另外一点P1 ，它距S2 比距S1远一些，两列波到达P1 点的路程不相同，两列波的波峰或波谷不一定同时到达P1。如果路程差正好是半个波长 λ，那么，当一列波的波峰到达P1时，另一列波正好在这里出现波谷。这时两列波叠加的结果是互相抵消，于是这里出现暗条纹。
综合以上分析，可以说，当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互削弱，这里出现暗条纹。
光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的。托马斯·杨的时代没有激光。他用日光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。这就是历史上著名的杨氏双缝干涉实验，它有力地证明了光是一种波。
英国物理学家 托马斯·杨（1773-1829)
1、屏上某处出现亮、暗条纹的条件(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即：
k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次.
(2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即：
k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.2、干涉图样(1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.(2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹.
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。
薄膜干涉的应用——平滑度检测
思考：那P、M两点对应的是凹陷还是凸起呢？
思考：它的条纹宽度与楔形顶角和光的波长有什么关系？
∆rP-∆rQ=2dP-2dQ=λ
P与Q点在同一明条纹上
光程差：∆rP=∆rQ
空气膜厚度：2dP=2dQ
M与N点在同一明条纹上
光程差：∆rM=∆rN
空气膜厚度：2dM=2dN
【例1】一束白光通过双缝后在屏上产生干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同
【针对训练1】在杨氏双缝干涉实验中，如果A．用白光作光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B．用红光作光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹
【例2】如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图．图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，图丙为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹．若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短．则以下说法正确的是A．图丙可能为用红光做实验产生的条纹，表明红光波长较长B．图丙可能为用紫光做实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．图丙可能为用紫光做实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．图丙可能为用红光做实验产生的条纹，表明红光波长较短
【针对训练2】(多选)双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的光屏上形成干涉条纹．光屏上O点与双缝S1和S2的距离相等，P点是O点上侧的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红光或蓝光，已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，则下列说法正确的是A．O点是红光的亮条纹B．红光的同侧第一条亮条纹在P点的上方C．O点不是蓝光的亮条纹D．蓝光的同侧第一条亮条纹在P点的上方
【例3】如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm 的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则A.P和P1仍为亮条纹B.P为亮条纹，P1为暗条纹C.P为暗条纹，P1为亮条纹D.P、P1均为暗条纹
解析　从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知光屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此中央是亮条纹，无论入射光是什么颜色的光、波长多大，P点都是中央亮条纹.而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙.