4.3光的干涉 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.3 光的干涉 雨后公路积水上面漂浮的彩色油膜 彩色的肥皂泡 波的干涉：如果两列机械波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉。光是一种电磁波，那么光也应该会发生干涉现象。 干涉条件——相干光源 光的双缝干涉 1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）巧妙地解决了相干光源问题，成功地观察到了光的干涉现象 托马斯·杨（1773~1829） 杨氏双缝干涉实验被评为十大最美丽的物理实验之一 在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光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。 演示实验：观察光的干涉现象 实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 证明了光是一种波 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，这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。 实验过程及现象分析 S1 P0S1 S2 P0S2 S1、S2在P0处步调一致，P0点振动加强。 (亮) 路程差 S1 S2 双缝 屏幕 P0 中央亮纹 亮条纹形成的原因 S1 S2 P1 P1 P1S1 P1S2 S1、S2在P2处步调一致，P1点振动加强。(亮) P1 第一亮纹 λ 双缝 S1 S2 屏幕 λ P2 第二亮纹 2λ 双缝 S1 S2 屏幕 S1 S2 P2 P2 P2S1 P2S2 S1、S2在P2处步调一致，P2点振动加强。(亮) 2λ 暗条纹形成的原因 Q1 第一暗纹 双缝 S1 S2 屏幕 S1 S2 Q1 Q1 Q1S1 Q1S2 S1、S2在Q1处步调相反，Q1点振动减弱。(暗) 双缝 S1 S2 屏幕 Q2 第二暗纹 S1 S2 Q2 Q2S1 Q2S2 S1、S2在Q2处步调相反，Q2点振动减弱。(暗) Q2 S1 S2 P0 中央亮纹：0 P1 第一亮纹：λ λ P1 第一亮纹：λ 2λ P2 第二亮纹：2λ P2 第二亮纹：2λ Q1第一暗纹： Q1第一暗纹： Q2第二暗纹： Q2第二暗纹： Q3第三暗纹： Q3第三暗纹： 零级亮纹 频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮、暗条纹的条件： (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，…) (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，…) 思考与讨论 托马斯·杨做实验时没有激光。他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。单缝、双缝分别起什么作用？ 光通过单缝获得一个线光源，再通过双缝可以获得两束振动情况一致的相干光。 当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加，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时，此处为暗条纹；当此路程差等于半波长的奇数倍时，此处为亮条纹。 总结 双缝 S1 S2 屏幕 x x 条纹间距的含义： 相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离叫作条纹间距. 影响因素：双缝到屏的距离、双缝间的距离、入射光的波长 光的双缝干涉实验中，条纹间距的含义是什么？它可能与哪些因素有关？ 干涉条纹和光的波长之间的关系 随着双缝间距的缩小，干涉条纹间距变大 单色光 波长：λ 挡板 屏 d：双缝间距 l：挡板到屏的距离 在线段P1S2上作P1M＝P1 S1 由几何知识得 r2－r1＝dsin θ ① x＝ltan θ≈lsin θ ② 消去 sin θ r2－r1＝d d ≪ l 条纹间距的公式推导 亮条纹：d ＝ n λ (n ＝ 0，±1，±2 …) 亮条纹中心的位置为：x ＝ nλ 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是： ∆ x ＝ λ 对∆ x ＝ λ 公式的理解 (1)对于同一干涉装置和同一单色光，条纹之间的距离相等. (2)对于不同颜色的光，波长不同，由∆ x ＝ λ知条纹之间的距离与光 波的波长成正比.对于同一装置，所用光源的波长越长，条纹之间的距离越大，即用红光时条纹之间的距离 ，用紫光时条纹之间的距离 . 红光干涉条纹 紫光干涉条纹 蓝光干涉条纹 最大 最小 1.由数学知识可得条纹间距公式为 ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长. 2.单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹. 红光干涉条纹 蓝光干涉条纹 干涉条纹和光的波长之间的关系 如果用白光做双缝干涉实验，会得到怎样的干涉条纹？为什么？ 会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的