内容正文:
3 光的干涉
[学业要求与核心素养]
物理观念
科学思维
1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件,知道光是一种波。
2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件。
1.掌握条纹间距与波长的关系式,会分析不同色光条纹间距间的关系。
2.理解薄膜干涉的产生原因,了解薄膜干涉在生活、生产中的应用。
一、光的双缝干涉
阅读教材,并回答:
1.教材图4.31演示实验中
(1)双缝干涉中看到了明暗相间的条纹,有何特点?
(2)明暗相间的条纹说明了什么?
(3)双缝干涉实验为什么采用双缝?是为了满足干涉的哪个条件?为什么两支激光笔发出的激光照射到屏上无法产生干涉?
答 (1)等间距 (2)光在传播的共同区域发生加强和减弱,光发生了干涉现象 (3)获取“相干光源”,频率相同 频率不相同
2.结合波的干涉知识,解释教材图4.33中P0点为什么中央会出现亮条纹?出现明暗条纹的条件是什么?
答 见教材
[概念·规律]
1.双缝干涉实验
(1)实验过程:让一束平行的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,两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生__干涉__。
(2)实验现象:在屏上得到__明暗相间__的条纹。
(3)实验结论:光是一种__波__。
2.干涉条件:两列光的频率相同、相位差恒定或两列光振动情况总是相同。
3.出现明暗条纹的判断
(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。
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
阅读教材,并回答:
1.改变光屏到双缝的距离l,观察干涉条纹的间距有何变化。
答 略
2.改变双缝的间距d,观察干涉条纹的间距有何变化。
答 略
3.分别用红光和紫光照射同一个双缝,观察它们的干涉条纹的间距有什么不同。
想一想,双缝干涉条纹的间距可能与哪些因素有关?
答 略
[概念·规律]
1.干涉条纹的间距__相等__。
2.两相邻明条纹间距或两相邻暗条纹间距Δx= λ 。
3.用同一装置做实验,不同色光的明条纹间距不同,黄光的条纹间距比红光的__小__,比蓝光的__大__。
三、薄膜干涉
阅读教材,并回答:
1.教材图4.35做一做实验中
(1)观察薄膜干涉现象时,要在哪侧观察现象?
(2)在做肥皂膜的薄膜干涉实验时,在灯芯上添加食盐的目的是什么?在竖直立着的肥皂膜上看到的干涉条纹有什么特点?
(3)薄膜干涉是哪两列光波发生干涉的?画出你构建的薄膜干涉模型图?
答 (1)在酒精灯的同侧 (2)产生黄光 明暗相间的条纹 (3)薄膜的前后两个面反射的光
2.课节前“问题”中肥皂薄膜、雨后公路积水上面漂浮的油膜的彩色条纹如何解释?
答 略
[概念·规律]
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__。
探究点一 双缝干涉实验
1.双缝干涉的示意图(如图所示)
(1)单缝屏的作用:获得一个有唯一频率和振动情况的线光源。
(2)双缝屏的作用:平行光照到单缝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。
2.屏上某处出现亮、暗条纹的条件
(1)出现亮条纹的条件:屏上某点P到两缝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纹。
(2)出现暗条纹的条件:屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍,即|PS1-PS2|=(2k+1)(k=0,1,2,3,…)。
在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm,若分别用频率为f1=5.0×1014 Hz和f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现亮、暗条纹的情况是
A.单色光f1和f2分别照射时,均出现亮条纹
B.单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹
C.单色光f1照射时出现亮条纹,单色光f2照射时出现暗条纹
D.单色光f1照射时出现暗条纹,单色光f2照射时出现亮条纹
[思路点拨] 由双缝干涉出现亮、暗条纹的条件:
即|S1P-S2P|=
求出两单色光