第4章 第4节 光的干涉（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第4节　光的干涉 核心素养导学 物理观念 掌握光的干涉的条件，知道双缝干涉、薄膜干涉。 科学思维 理解干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点。 科学探究 通过实验观察双缝干涉和薄膜干涉。 一、双缝干涉 1．实验装置 (注：屏在挡板右侧，没有画出) 2．实验过程：在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光束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。 3．实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 4．现象解释：红色激光束垂直射到两条狭缝S1和S2时，狭缝S1和狭缝S2相当于两个完全相同的光源，当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光波在这点相互加强，出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互削弱，出现暗条纹。 5．物理学史 光的干涉实验最早是由英国物理学家托马斯·杨在1801年用强光完成的，光的干涉现象充分表明光是一种波。 6．干涉条纹和光的波长之间的关系 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝λ。 二、薄膜干涉 1．定义：薄膜前后两个面反射的光相互叠加而发生的干涉现象。 2．应用 (1)检测精密的光学平面的平整程度。 (2)光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，用以增加光的透射或者反射。 1.如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图，则 (1)单缝的作用是为了获得具有单一频率和振动情况的线光源。 (2)双缝的作用是为了获得两束频率相同振动情况完全一致的相干光。 2．如图为某单色光通过双缝在屏上产生的干涉图样，试结合该实验判断下列说法是否正确： (1)光的干涉现象说明光是一种波。(√) (2)如果两列光波到达某点时，路程差为波长的整数倍，这两列波互相加强， 在那里就出现亮条纹。(√) (3)光的干涉现象中，亮条纹是光波振动加强的区域。(√) (4)光波的波长λ越大，相邻两条纹间的距离越小。(×) (5)在干涉条纹中，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是相等的。(√) 3.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上就会观察到干涉图样。 (1)观察者应该位于P的左侧还是右侧？ (2)观察者观察到的干涉条纹是竖直的还是水平的？ 提示：(1)观察者应该位于P的右侧进行观察。(2)干涉条纹是水平的。 新知学习(一) [任务驱动] 如图所示，灯泡发出的光经挡板上的双缝后在屏上形成明暗相间的条纹，请问是什么现象？ 提示：是光的双缝干涉现象。灯泡发出的光经挡板上的双缝后形成两个光源，它们的频率、相位总是相同的，这两个光源在空中的叠加区域出现加强和减弱交替分布的现象，从而在屏上形成明暗相间的条纹。　　　　 [重点释解] 1．双缝干涉图样的特点 (1)单色光的干涉图样： ①中央为亮条纹； ②明暗相间的条纹，且相邻条纹间距相等； ③波长越大，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距越大。 (2)白光的干涉图样： ①中央条纹为白色；②其余为彩色条纹。 2．原理：频率相同的两列光叠加时，某些区域的光相互加强，出现亮条纹；某些区域的光相互减弱，出现暗条纹，且加强区与减弱区相互间隔，即亮、暗条纹相互间隔。 3．光的干涉条件 (1)两列光的频率相同； (2)两列光的振动方向相同； (3)两列光的相位差恒定或相位总相同。 4．亮条纹和暗条纹位置的确定 (1)若两列光波到屏上某点的路程差Δs为波长λ的整数倍(或半波长的偶数倍)，即Δs＝±nλ(0,1，2，…)，出现亮条纹。 (2)若路程差Δs为半波长的奇数倍，即Δs＝±(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，出现暗条纹。 [典例体验] [典例]　如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，用波长为5.30×10－7m的激光，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7m，则在这里出现的应是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。 [解析]　屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则n＝＝＝3,3是奇数，故在P点出现暗条纹。波长变大，则条纹间距变宽。 [答案]　暗条纹　变宽 /方法技巧/ 双缝干涉实验中明暗条纹的判断方法 (1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。 (2)要记住路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹。 (3)还要注意这一结论成立的条件是两个光源情况完全相同。　　　 [针对训练] 1．(2022·郑州高二检测)如图是双缝干涉实验装置示意图，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏中心P点出现亮条纹，位于P点上方的