高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册3 光的干涉教课内容ppt课件

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在托马斯·杨之前,不少人都曾进行过光学实验,试图找到证明光的波动性的有力证据:光的干涉和衍射现象。但这些实验都失败了,原因是他们不能找到相干光源。直到1801年托马斯·杨做了著名的干涉实验,为光的波动说奠定了基础。杨氏干涉实验巧妙地解决了相干光源问题,它的巧妙之处在哪?
知识点 光的双缝干涉
光的干涉现象：频率、相位、振动方向都相同的两列光波相叠加，使某些区域的光相互加强，出现亮条纹，某些区域的光相互削弱，出现暗条纹，由此屏上得到明暗相间的条纹，这种现象称为光的干涉现象。
光产生干涉现象的条件：两列光波频率相同，相位差恒定，振动方向相同。
杨氏干涉实验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。证明光的确是一种波。
双缝干涉实验:让一束单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,狭缝相距很近,就形成了两个波源,它们的频率、相位和振动方向总是相同。这两个波源发出的光在挡板后互相叠加,挡板后面的屏上就可以得到明暗相间的条纹。
思考：1.杨氏实验观察到的是什么现象?为什么说它证明了光是一种波?解答:干涉现象,干涉现象是波特有的现象。思考2.双缝干涉实验中为什么用激光做光源?解答:激光亮度高、相干性好。
例1：从两只手电筒射出的光，当它们照到同一屏上时看不到干涉条纹，这是因为(　　)A．干涉图样太细小看不清楚B．手电筒射出的光不是单色光C．周围环境的漫反射光太强D．两个光源是非相干光源
【答案】D【解析】两束光的频率不同，不满足干涉条件——相干光源。
例2：能产生干涉现象的两束光是(　　)。A.振幅相同的两束光B.频率相同、相位差恒定的两束光C.两只完全相同的灯泡发出的红光D.同一光源的两个发光部分发出的光
【解析】只有频率相同、相位差恒定的两束光波,在它们相遇的空间里才能够产生稳定的干涉,观察到稳定的干涉图样。为了得到相干光,通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中,在光源和双缝间设置一个狭缝就是让点光源发出的一束光经过双缝后得到的两束光成为相干光。【答案】B
例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，但仍有红光和绿光的衍射图样。)答案：C
决定条纹间距的条件①出现亮条纹的条件: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),两列光在这点相互加强,这里出现亮条纹。②出现暗条纹的条件: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,两列光在这点相互削弱,这里出现暗条纹。
双缝干涉的示意图单缝屏的作用获得一个线光源，有唯一的频率和振动情况．双缝屏的作用平行光照射到单缝S上后，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．
屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致的，即振动方向总是相同的，总是同时过最高点、最低点、平衡位置；暗条纹处振动步调总相反．具体产生亮、暗条纹的条件为：
屏上某处出现亮、暗条纹的条件
例：在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮纹或暗纹？
【解析】如图所示，双缝S1、S2到光屏上任一点P的路程之差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，S2和S1同时到达波峰或波谷，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，S2达到波峰时，S1达到波谷，这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹．
【方法总结】　判断屏上某点是亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值．应记住，当路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长的奇数倍处为暗条纹．还要记住这一结论成立的条件是：两个光源振动情况完全相同，即是两个相干光源．
例：双缝干涉的实验中,如果在光屏上的P点出现亮条纹,则光波从双缝S1、S2到P点的距离差应是 (　　)。　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.波长的整数倍B.半波长的整数倍C.波长的奇数倍D.半波长的偶数倍
【解析】当屏上某点到双缝距离之差等于单色光波长的整数倍或半波长的偶数倍时,该处出现亮条纹,选项A、D正确;当屏上某点到双缝距离之差等于单色光波长的奇数倍时,该处出现亮条纹,但出现亮条纹并不能说明双缝距离之差是单色光波长的奇数倍,选项C错误;当屏上某点到双缝距离之差为半波长的整数倍时,既可能是波长的整数倍,也可能是半波长的奇数倍,因此不一定出现亮条纹,选项B不正确。【答案】AD
双缝干涉图样的特点1．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．中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．
2．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．
特别提醒：(1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间间距必须很小；(2)由于不同光源发出的光频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象，而杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．
例：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，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较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宽
解析：选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．双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等宽等间距的，故C错．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窄，故D错．
知识点 薄膜干涉
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，恒定的相位差及振动方向。
薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱，于是出现暗条纹。
薄膜干涉的应用(1)用干涉法检查平面的平整度。(2)光学仪器上的增透膜。
1．关于双缝干涉条纹，以下说法中正确的是(　　)A．用同一单色光做双缝干涉实验，能观察到明、暗相间的单色条纹B．用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差为该单色光波长的整数倍C．用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差一定为该单色光波长的奇数倍D．用同一单色光经双缝干涉后的暗条纹距两缝的距离之差一定为该单色光半波长的奇数倍
2．如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同侧第二暗条纹的位置(　　)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
3. 如图所示，实线表示两个相干光源S1、S2发出光的波峰位置，则对于图中的a、b两点，________点为振动加强的位置，________点为振动减弱的位置．