第四章 第四节 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（粤教版）

第四节　光的干涉 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道光的双缝干涉现象和产生干涉现象的条件. 2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件. 3.掌握干涉条纹间距和光的波长之间的关系. 4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的现象和应用. 一、光的双缝干涉 1．物理史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨首次在实验室成功观测到光的干涉现象，直接证明了光的波动特性． 2．双缝干涉现象：将一支激光笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了明暗相间的条纹；而将两只同样的激光笔射向屏上的同一个地方，则观察不到明暗相间的条纹． 3．光产生干涉的条件：两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同，即光波为相干光波，而且两列相干光波到达明(暗)干涉条纹的位置的路程差是波长的整数倍(或半波长的奇数倍)． 4．光程差：两列相干光到达明(暗)干涉条纹处的路径与绝对折射率乘积的差值，叫作光程差． 5．条纹间距：相邻两条亮纹或暗纹间的距离：Δx＝λ． (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．(√) 二、薄膜干涉 1．薄膜干涉：由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象． 2．成因：竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，不同位置的薄膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光所走的路程差不同．这两列波在一些地方叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹． (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．(√) 　双缝干涉实验原理及图样的理解 [思 考 探 究] (1)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．在屏幕上观察到什么现象？滤色片、单缝以及双缝的作用分别是什么呢？ 提示：屏幕上出现明暗相间的条纹；滤色片作用是获得单色光、单缝的作用是获得线光源、双缝的作用是获得相干光源． (2)为什么一般情况下很难观察到光的干涉现象？ 提示：由于不同光源发出的光频率不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象． [思 维 深 化] 1．双缝干涉原理 如图所示，S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向相同的波源，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，出现明条纹；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． 2．单缝和双缝的作用 (1)单缝的作用：获得一束线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．也可用激光直接照射双缝． (2)双缝的作用：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． 3．干涉图样 (1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹． (2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的． 　在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹．若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时(　　) A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B．有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹 C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮 解析：C　两束光能发生干涉的条件之一是频率相等．利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍会有光亮，故选C. 双缝干涉问题的三点注意 (1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小． (2)光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源． (3)在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等． [针 对 训 练] 1．用两个红灯泡照射白墙，在墙上看到的是(　　) A．明暗相间的条纹　　 B．彩色条纹 C．一片红光 D．晃动的条纹 解析：C　两灯泡不是相干光源，故现象为C. 2．(多选)下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(　　) A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干