第四章 第3节 光的干涉（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

第3节　光的干涉 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.了解相干光源，知道光的干涉条件； 2．知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象。 由光的路程差的概念，知道产生明暗条纹的条件和相邻两亮(暗)条纹中心间距与波长的关系。 1.知道杨氏干涉实验的设计原理； 2．通过光的双缝干涉实验，探究双缝干涉图样的特征。 认识光的干涉现象与生活和现代科技的紧密联系，初步应用所学知识解决生产、科技中的相关问题。 [对应学生用书P108] 一、光的双缝干涉 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，狭缝S1和S2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．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 1．若双缝间距为d，双缝到屏的距离为l，光的波长为λ，则双缝干涉中相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距为Δx＝λ。 2．用不同颜色的光进行干涉实验，条纹间距不同，红光条纹间距比黄光条纹间距大，蓝光条纹间距比黄光条纹间距小。 三、薄膜干涉 1．薄膜干涉是液膜前后两个面反射的光共同形成的。 2．不同位置液膜前后两个面的反射光的路程差不同，某些位置两列波叠加后相互加强，出现了亮条纹，另一些位置，两列波叠加后相互削弱，出现了暗条纹。 3．应用：在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射；利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学表面的平滑度进行检测。 1．(物理与实验)托马斯·杨于1801年进行了一次光的干涉实验，即著名的杨氏双缝干涉 实验，并首次肯定了光的波动性。请判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定。(　　×　　) (2)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，当两个狭缝到屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹。(　　×　　) (3)在双缝干涉实验装置一定的情况下，光的波长越长，条纹间距越大。(　　√　　) (4)用白光做双缝干涉实验时屏幕各处均是彩色条纹。(　　×　　) 2．(知识拓展)增透膜 光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的透光能量，而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度(波长的四分之一)的单层或多层膜，目的是减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜。 [对应学生用书P109] 探究点一___光的双缝干涉 1．双缝干涉的装置示意图 如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。 (1)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。 (2)双缝的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且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 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)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，…) 说明：k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的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，…) 说明：k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。 注意：当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加时，产生亮、暗条纹的条件与上面的情况恰好相反。 3．干涉图样 (1)单色光的干涉图样：如图所示，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。 (2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧的干涉条纹是彩色条纹。 【例1】 用波长为λ的平行单色光照射单缝，经双缝后，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，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，P点处一定出现暗条纹 C．改用波长为的平行单色光照射，P点处一定出现亮条纹 D．改用波长为的平行单色光照射，P点处一定出现暗条纹 C　解析：P点恰好出现亮条纹，说明P点到双缝的路程差等于波长λ的整数倍，改用波长