(讲义)第4章 第4节 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(粤教版2019)

第四节　光的干涉 1．理解光的干涉的形成条件与干涉条纹的特点． 2．理解产生明暗条纹的条件，理解条纹间距与波长的关系． 3．了解薄膜干涉的现象、原理和应用． 知识点一　光的双缝干涉现象 1．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． 2．光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的，杨氏实验直接证明了光的波动特性． 知识点二　光产生干涉的条件 1．产生稳定干涉图样的条件 两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同，即光波为相干波，而且两列相干光波到达明(暗)干涉条纹的位置的路程差Δr是波长的整数倍(或半波长的奇数倍)，即满足 Δr＝kλ，k＝0，±1，±2，…(明条纹) Δr＝(2k＋1)，k＝0，±1，±2，…(暗条纹) 2．干涉条纹间距公式 (1)屏上相邻明条纹(或暗条纹)间的距离Δx＝λ，式中L为观察屏到双缝挡板的距离，d为双缝之间的距离，λ为光的波长． (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．光的波长越长，干涉条纹的间距越大． 知识点三　薄膜干涉 1．定义 薄膜干涉是光通过薄膜时产生的干涉．薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层． 2．薄膜干涉是液膜前后两个面反射的光相遇后形成的． 3．不同位置液膜前后两个面的反射光的光程差不同，某些位置两列反射光叠加后相互加强，出现亮条纹；另一些位置，两列反射光叠加后相互削弱，出现暗条纹． 4．应用举例 (1)在相机的镜头上通过镀上增透膜产生干涉，增加透射，减少反射． (2)航天员的头盔和面罩表面都镀有一层增反膜，以削弱红外线对人体的透射． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)． (1)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． (√) (2)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)薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的． (×) (4)增透膜的厚度应等于光在空气中的波长的二分之一． (×) 2．从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为(　　) A．手电筒射出的光不是单色光 B．干涉图样太细小看不清楚 C．周围环境的光太强 D．这两束光为非相干光源 D　[本题虽然强调两只相同的手电筒，但它们发出的光仍然频率不同．不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样，所以D正确，A、B、C错误．] 3．(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)(　　) A．在距双缝的路程相等的点形成暗条纹 B．在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹 C．在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹 D．在距双缝的路程差为λ的点形成暗条纹 BD　[在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差Δx为波长的整数倍时，即Δx＝kλ，k＝0，1，2，3，…这些点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差Δx为半波长的奇数倍时，即Δx＝(2k＋1)，k＝0，1，2，3…这些点为减弱点，该处出现暗条纹；故B、D正确，A、C错误．] 如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图，请问在该实验中单缝屏和双缝屏分别所起的作用是什么？ 提示：单缝屏是为了获得具有唯一频率和振动情况的线光源；双缝屏是为了获得两束频率相同、振动情况完全一致的相干光． 　杨氏双缝干涉 1．双缝干涉的示意图 2．屏上某处出现亮、暗条纹的条件 频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如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是相反．具体产生亮、暗条纹的条件为： (1)亮条纹产生的条件：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)暗条纹产生的条件：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＝0，1，2，3，…)． k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开． 3．干涉图样的特点 (1)单色光的干涉图样特点：中央为亮条纹，两边是明、暗相间的条纹，且相邻亮条纹与亮条纹中心间、相邻暗条纹与暗条纹中心间的距离相等． (2)白光的干涉图样：若用白光做实验，则中央亮条纹为白色，两侧出现彩色条纹，彩色条纹显示不同颜色光的干涉条纹间距是不同的．这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹，两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹． 【典例1