4.3光的干涉 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.3光的干涉 横州市百合中学 韦衍虎 18276143537 问题导入 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？ 想一想 一、光的双缝干涉 演 示 光的双缝干涉 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？ 加强点：∆r=nλ（n=0.1.2......） 减弱点： 对于光的干涉也是这样 S1 S2 P0 t x 0 S1 t x 0 S2 t x 0 P0振幅最大 中央明条纹 ∆rp0=0 P0点： 一级明条纹 ∆rp0=λ P1点： P1 二级明条纹 ∆rp0=2λ P2点： P2 明条纹区：∆r=nλ（n=0.1.2......） S1 S2 Q1 t x 0 S1 t x 0 S2 t x 0 Q1振幅最小 一级暗条纹 Q1点： 二级暗条纹 Q2点： Q2 三级暗条纹 Q3点： Q3 暗条纹区： 加强点和减弱点分别是振幅最大和最小的点，加强点位于明条纹的中心位置，减弱点微与暗条纹的中心位置，两种条纹是逐渐过渡过去的。 明条纹区：∆r=nλ（n=0.1.2......） 暗条纹区： 光的干涉条件 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 S1 S2 P0 P1 l x d r1 r2 P1 点的光程差：∆r=S2 M=r2-r1 M 因为l远大于d，所以在∆P1S1M这个等腰三角形中，r1=r2且远大于底边S1M，它的顶角很小，可以认为两个底角近似等于90度。 即认为P1S2垂直S1M。 在Rt∆S1MS2中，设∠S2S1M=θ， 则对边就是∆r=S2 M=dsinθ ∆r=r2-r1=dsinθ S1 S2 P0 P1 l x d M o 在Rt∆P1OP0中，可证∠P1OP0=θ， θ很小，所以有 对任意两个明条纹的光程差： 变形一下，任意明条纹的间距就是： S1 S2 P0 P1 P2 当n=0时，xP0=0 当n=1时， 当n=2时， 两个任意相邻亮（暗）条纹的中心距离是： 这个间距与板间距离和波长成正比，与双缝宽度成反比。 思考与讨论 不同颜色的单色光产生的干涉条纹会有什么不同？请你作出猜想，并在下节的实验中验证。 根据上式可知，条纹之间的距离与光波的波长成正比，因此能够断定，不同颜色的光，波长不同。 三、薄膜干涉 用肥皂膜做薄膜干涉实验 做一做 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？ 现象：出现明暗相见的黄色条纹 薄膜干涉，它是由于入射光在非等厚薄膜的前表面分离，经过两个表面反射，再次相遇叠加而形成的。 1.薄膜干涉的成因 相干光——发生干涉 A ∆rA=2dA=λ 两束反射光相互加强，形成明条纹 B 两束反射光相互减弱，形成暗条纹 C ∆rC=2dC=2λ 黄光干涉图样 条纹间距∆x=λ λ黄>λ紫 紫光干涉图样 紫色的干涉条纹更窄 ∆rA=2dA=λ ∆rC=2dC=2λ 思考：如果是等厚度的薄膜还会出现干涉条纹吗？ 若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。 ①不等厚度的薄膜 相干光——发生干涉 因为薄膜厚度不变 不会出现干涉条纹 ②等厚度的薄膜 A B C ∆rA=∆rB=∆rC=2d =nλ 相互加强，到处都是明条纹 相互加强，到处都是明条纹 2.薄膜干涉的应用——增透膜 玻璃 薄膜 在薄膜上表面会发生薄膜干涉 ∆r=2d 干涉是减弱的，反射光的强度减小为零，入射光将全部透射入玻璃中。 白光是复合光：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 绿光的增透膜 2.薄膜干涉的应用——增反膜 玻璃 薄膜 在薄膜上表面会发生薄膜干涉 ∆r=2d 干涉是增强的，反射光的强度最大，透射光减弱。 ∆r=2d=λ 玻璃墙 2.薄膜干涉的应用——平滑度检测 待测平面 薄片 标准样板 表面产生了膜干涉 待测表面平整 P、M两点不平整 思考：那P、M两点对应的是凹陷还是凸起呢？ 薄片 P与Q点在同一明条纹上 光程差：∆rP=∆rQ 空气膜厚度：2dP=2dQ P Q P点出现凹陷 M与N点在同一明条纹上 光程差：∆rM=∆rN 空气膜厚度：2dM=2dN M点出现凸起 N M 楔尖 楔底 ①待测表面不平整 ②待测表面平整 薄片 思考：它的条纹宽度与楔形顶角和光的