第四章 第3节 光的干涉-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（人教版）

第3节　光的干涉 [学习目标要求]　1.了解相干光源的概念及产生干涉现象的条件，能阐述明暗条纹的位置特点。2.知道双缝干涉条纹间距和光的波长之间的关系。3.了解薄膜干涉现象及其特点，并能用它解释生活中的相关现象。 　光的双缝干涉 1．物理史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地完成了光的干涉现象，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。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。这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：挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。 (3)现象解释：如图所示，S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源，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。 (4)实验结论：光是一种波。 [判一判] (1)直接用强光照射双缝，发生干涉。(×) (2)两只手电筒射出的光束在空间相遇，能观察到光的干涉现象。(×) (3)用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。(√) (4)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定。(×) 　干涉条纹和光的波长之间的关系 1．决定条纹明暗的条件 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍或半波长的偶数倍时，两列光波在这点相互加强，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数倍时，两列光波在这点相互减弱，出现暗条纹。 2．亮条纹中心的位置：x＝nλ(n＝0，±1，±2…)。 3．相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距： Δx＝λ。 如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为 ________。 解析：出现暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为×(2n－1)＝λ，而λ＝，所以|r1－r2|＝λ＝ 。 答案： 　薄膜干涉 1．相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。 2．图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹。 3．应用：可以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，还可以利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。 [判一判] (1)薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的。(×) (2)增透膜的厚度应等于光在空气中的波长的四分之一。(×) (3)水面上漂浮的油膜出现彩色条纹是薄膜干涉现象。(√) (4)将液膜由竖直变为倾斜放置时，液膜上相邻亮条纹的间距不发生变化。(×) 学习任务一　对光的双缝干涉的理解 [导学探究] 如图为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况，在屏幕上观察到屏幕上出现明暗相间的条纹。 (1)做双缝干涉实验时必须具备什么条件才能观察到干涉条纹？ (2)我们观察到屏上出现明暗相间的条纹，通过测量我们发现如下现象，这种现象说明什么规律？ 提示：(1)必须是相干光源，且双缝间的间距必须很小。 (2)因为屏上不同位置到双缝的距离差不同，产生条纹不同。 [思维深化] 1．干涉条件：两列光的频率相同、相差恒定或两列光振动情况总是相同。能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列来获得。 2．屏上某处出现亮、暗条纹的条件 如图所示，频率相同的两列波在P点引起的振动叠加，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)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)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。 　如图所示，在双缝干涉实验中，S1、S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P到S1、S2的距离之差为2.1 μm，现分别用A、B两束单色光在空气中做双缝干涉实验。 (1)若A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7