(讲义)第4章 3.光的干涉-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

3.光的干涉 1．知道光的干涉现象，认识光干涉条纹的特征。 2．了解薄膜干涉，了解其应用。 3．知道形成干涉的过程，体会干涉的条件，能判断条纹间距的变化。 4．经历光的双缝干涉的实验过程，体会科学探究的意义。 5．通过对干涉图像及干涉现象的应用，体会物理知识之美。 　光的双缝干涉 1．物理史实 1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性。 2．双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，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)实验结论：光是一种波。 3．决定条纹明暗的条件 (1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现亮条纹。 (2)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。 在杨氏双缝干涉实验中，将同一光源的光穿过双缝，可在后方的屏上观察到明暗相间的干涉图案。 问题：是否可以使用两个相同型号的灯泡代替双缝进行实验？为什么？ 提示：不可以。两束光为非相干光。 1．双缝干涉的实验装置 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和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叠加时： (1)产生亮条纹的条件：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，即|PS1－PS2|＝kλ(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)产生暗条纹的条件：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。 注意：频率相同、振动步调相反的两列光叠加时，产生亮、暗条纹的条件与上面的相反。 【典例1】　(2022·北京海淀模拟)某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏。当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(　　) A．单缝S太窄 B．单缝S太宽 C．S到S1和S2距离不相等 D．阳光不能作为光源 B　[双缝干涉实验中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的，单缝的宽度应比较小，由题意知，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源。故选项B正确。] [跟进训练] 1．如图所示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P1点到S1、S2的路程差恰为600 nm。现改用波长为400 nm的紫色光照射，则(　　) A．P和P1处都是亮条纹 B．P处为亮条纹，P1处为暗条纹 C．P处为暗条纹，P1处为亮条纹 D．P和P1处都是暗条纹 B　[P点到S1、S2的路程差为0，在P处出现亮条纹。P1点到S1、S2的路程差为600 nm＝3×nm，为紫色光半波长的奇数倍，则P1处出现暗条纹。B正确。] 　干涉条纹和光的波长之间的关系 1．相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝λ，即条纹间距公式。 其中：d表示双缝的距离；l表示双缝到屏的距离；λ表示光的波长。 2．用不同颜色的光进行干涉实验，条纹间距不同。红光条纹间距最大，黄光条纹间距比红光小，用蓝光时更小。 如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问： (1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？ (2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？ 提示：(1)相等。 (2)不一样，条纹间距不同。 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其余条纹为明暗相间的条纹，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