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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光3 光的干涉图文课件ppt
展开波的干涉: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。
频率、相位和振动方向总是相同
1801年,英国物理学家托马斯·杨(1773~1829)巧妙地解决了相干光源问题,成功地观察到了光的干涉现象
托马斯·杨(1773~1829)
杨氏双缝干涉实验被评为十大最美丽的物理实验之一
1.实验装置:激光光学演示仪、两条平行的狭缝2.实验操作: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,在后面的屏上观察光的干涉情况。
演示实验:观察光的干涉现象
3.实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹。
4.现象解释: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,这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹,振动减弱的地方出现暗条纹。
S1、S2在P0处步调一致,P0点振动加强。 (亮)
P0 中央亮纹
S1、S2在P2处步调一致,P1点振动加强。(亮)
S1、S2在P2处步调一致,P2点振动加强。(亮)
S1、S2在Q1处步调相反,Q1点振动减弱。(暗)
S1、S2在Q2处步调相反,Q2点振动减弱。(暗)
P1 第一亮纹:λ
P2 第二亮纹:2λ
路程差:波长的整数倍或半波长的偶数倍
路程差:半波长的奇数倍
1.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,杨氏双缝干涉实验有力地证明了光是一种波.2.双缝干涉实验(1)实验过程:让一束单色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相同的,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.(2)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹.
3.干涉条件:两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定.4.频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮暗条纹的条件如下:(1)亮条纹:当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶(填“奇”或“偶”)数倍时,出现亮条纹.(2)暗条纹:当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇(填“奇”或“偶”)数倍时,出现暗条纹.
1.托马斯·杨做实验时没有激光.他用强光照亮一条狭缝,通过这条狭缝的光再通过双缝,发生干涉.单缝、双缝分别起什么作用?
光通过单缝获得一个线光源,再通过双缝可以获得两束振动情况一致的相干光.
2.有同学认为两列相干光叠加时,只有波峰、波峰相遇或波谷、波谷相遇时才出现亮条纹;只有波峰、波谷相遇时才出现暗条纹.请问,这种说法对吗?为什么?
不对.只要相遇处两列光振动方向始终相同,就出现亮条纹;只要相遇处两列光振动方向始终相反,就出现暗条纹.
1.下列关于双缝干涉实验的说法正确的是A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D.在光屏上能看到光的干涉图样,但在双缝与光屏之间的空间却没有发 生干涉
单缝的作用是获得一个线光源,双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源,故A错误,B正确;光屏上距两缝的路程差等于半波长的奇数倍处出现暗条纹,光屏上距两缝的路程差等于半波长的偶数倍处出现亮条纹,故C错误;两列光波只要相遇就会叠加,满足发生干涉的条件就能发生干涉,所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉,故D错误.
2.用波长为λ的平行单色光照射双缝,在光屏上偏离中心的P点处恰好出现亮条纹,则A.改用波长为2λ的平行单色光照射双缝,P点处一定出现亮条纹B.改用波长为2λ的平行单色光照射双缝,P点处一定出现暗条纹
P点处恰好出现亮条纹,说明P点到两狭缝的路程差等于波长λ的整数倍.改用波长为2λ的平行单色光照射双缝,P点到两狭缝的路程差不一定等于波长2λ的整数倍,也不一定等于半个波长λ的奇数倍,选项A、B错误.
条纹间距的含义:相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离叫作条纹间距.影响因素:双缝到屏的距离、双缝间的距离、入射光的波长
1.光的双缝干涉实验中,条纹间距的含义是什么?它可能与哪些因素有关?
随着双缝间距的缩小,干涉条纹间距变大
在线段P1S2上作P1M=P1 S1
2.不同颜色的单色光产生的干涉条纹会有什么不同?白光的干涉条纹又是怎样的?
实验发现,各种颜色的单色光都会发生干涉,但条纹之间的距离不一样。如果用同一双缝干涉装置,条纹之间的距离由小到大为:紫光→红光。白光的干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的。
1.由数学知识可得条纹间距公式为 ,其中l为双缝到屏的距离,d为双缝间的距离,λ为入射光的波长.2.单色光的干涉图样:干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.
3.白光的干涉图样:干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的,而且同一级条纹内紫外红.
干涉条纹和光的波长之间的关系
4.公式的理解:(1)对于同一干涉装置和同一单色光,条纹之间的距离相等.(2)对于不同颜色的光,波长不同,条纹之间的距离与光波的波长成正比.对于同一装置,所用光源的波长越长,条纹之间的距离越大,即用红光时条纹之间的距离最大,用紫光时条纹之间的距离最小.
为什么白光的干涉条纹的中央是白色的,两侧是彩色的?
(1)白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光,且从红光到紫光波长逐渐变短.(2)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.
(3)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.
3.(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
把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像:出现了明暗相间的干涉条纹。
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光.把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜.把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像.这个像与直接看到的灯焰有什么不同?
由于重力的作用,肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。因此在膜上不同的位置,来自前后两个面的反射光(即图中的实线和虚线波形代表的两列光)的路程差不同。在某些位置,这两列波叠加后相互加强,出现了亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了暗条纹。
如果用另一种颜色的光做这个实验,由于光的波长不同,导致从肥皂膜的前后两面反射的光将在别的位置相互加强,所以,从肥皂膜上看到的亮条纹的位置也会不同。若在白光照射下,薄膜上不同颜色的光的条纹的明暗位置不同,相互交错,所以,看上去会有彩色条纹。
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,于是出现亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,于是出现暗条纹.
3.薄膜干涉的应用(1)利用薄膜干涉检查平面的平整度在被检查平面与透明样板间垫一个薄片,使其间形成一个楔形的空气薄层.当用单色光从上面照射时,入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波,于是从反射光中看到干涉条纹.
如果观察到的干涉条纹不平行,则表示被检测表面微有凸起或凹下,这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲.如果被检测平面某处凹下,则对应条纹提前出现,如果某处凸起,则对应条纹延后出现(均填“提前”或“延后”).
判断方法:同一条纹上对应的膜的厚度相同。(等厚干涉)
如果被测表面是平整的,得到的干涉图样必是一组平行的直线;
(2)利用薄膜干涉制作增透膜和增反膜①增透膜
膜的折射率小于光学元件折射率
激光器中反射镜得表面都镀有增反膜,以提高其反射率。宇航员得头盔和面甲,其表面上镀一层增反膜,以削弱红外线对人体的透射。
②增反膜增反膜也是涂在玻璃表面, 这层膜的折射率要比玻璃的折射率大,经膜的前后表面反射的光干涉加强,即增加反射光、减小透射光.
(3)牛顿环将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起,二者之间便形成类似劈尖形的空气层.用单色平行光垂直照射,在空气层上表面两束反射光干涉,产生的干涉条纹称牛顿环.
空气薄膜厚度相同处光的路程差相同
干涉图样:中央疏、边沿密的同心圆环
4.用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜,所观察到的干涉条纹为
由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差,则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度.因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜,厚度相等的位置在同一水平线上,故同一干涉条纹必然是水平的,由此可知只有选项B正确.
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”).
6.(多选)(2022·林州一中月考)如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是A.干涉现象是凸透镜下表面反射光和 玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是凸透镜上表面反射光和 玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜,干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的,故A正确,B错误;干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面,使得空气膜的厚度不均匀变化,导致间距不均匀增大,从而观察到题图乙所示的内疏外密的同心圆环状条纹,故C正确,D错误.
频率相同、振动方向相同、相位差恒定
目标二:干涉条纹和光的波长之间的关系
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