第03讲 光的干涉-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019选择性必修一）

第03讲 光的干涉 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1．知道光的干涉现象，知道光是一种波． 2．理解相干光源和产生干涉现象的条件． 3．理解杨氏干涉实验明暗条纹的特点、成因及出现明暗条纹的条件． 1．知道杨氏干涉实验，知道光的干涉现象的产生条件，理解光是一种波． 2．理解明暗相间条纹的成因及出现明暗条纹的条件． 3．能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点． ( 知识精讲 ) 知识点01 干涉实验 1．光的干涉现象：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，人们开始认识到光具有波动性． 2．杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏． (2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．也可用激光直接照射双缝． (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光． 3．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同．杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的． 4．干涉图样 (1)若用单色光作光源，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹． (2)若用白光作光源，干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的． 5．证明了光是一种波． 【即学即练1】从两只手电筒射出的光，当它们照射到同一点时看不到干涉条纹，是因为(　　) A．手电筒射出的光不是单色光 B．周围环境的漫反射光太强 C．干涉图样太细小看不清楚 D．两个光源是非相干光源 知识点02 光的干涉现象产生明暗条纹满足的条件 1．明暗条纹路程差：如图所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差Δr＝r2－r1. (1)若满足路程差为波长的整数倍，即Δr＝kλ (其中k＝0,1,2,3，…)，则出现亮条纹． (2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即Δr＝λ(其中k＝0,1,2,3，…)，则出现暗条纹． 2．双缝干涉实验中，屏幕上相邻亮条纹和相邻暗条纹是等间距的，这个间距与光的波长、屏幕到双缝的距离和双缝的间距有关．波长越长，屏幕到双缝的距离越大，双缝的间距越小，干涉条纹的间距越宽． 3．屏上出现亮、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，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反．具体产生亮、暗条纹的条件为： (1)出现亮条纹的条件：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|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)． k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的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)出现暗条纹的条件：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 |PS1－PS2|＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)．k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开． (3)时间上的关系 ①亮条纹：Δt＝nT(n＝0,1,2,3，…)． ②暗条纹：Δt＝(2n＋1)·(n＝0,1,2,3，…)．式中Δt表示两列光波到同一点的时间差；T＝为光波的周期． 【即学即练2】(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)(　　) A．在距双缝的光程差相等的点形成暗条纹 B．在距双缝的光程差为nλ的点形成明条纹 C．在距双缝的光程差为n的点形成明条纹 D．在距双缝的光程差为λ的点形成暗条纹 知识点03 光的干涉现象的实际应用 1．用干涉法检查平面平整度 如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示． (注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上) 2．增透膜 (1)增透膜的原理 如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光反向，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零．一般取最小厚度d满足2d＝(此波长为光在该种介质中的波长)，由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相互抵消． (2)增透膜的应用：为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁． 【即学即练3】如图所示是用干涉法检查某厚玻璃块的上表面是否平整的装置．所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的(　　) A．a的上表面和b的下表面 B．a的上表面和b的上表面 C．a的下表面和b的上表面