4.3.1 光的干涉 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

选必一 4.3.1 　　干涉现象是波特有的特征，光是一种波，就必然会观察到光的干涉现象。 现象：出现明暗相间条纹。 用氦氖激光器演示光的双缝干涉 现代技术实验演示： 平时观察到的干涉现象： （频率相同，相位差恒定，振动方向相同——完全相同的光叠加） 　　思考2：什么方法可以获得相干光源——完全相同的光呢？ 　　思考1：那么按照我们所学的波动知识，光要发生干涉现象需要满足什么条件？ （激光，受激辐射发光，可人为控制） 一、干涉现象与条件 5 不同的光其频率一般是不同的，随便的找两束光照到一处，想让它们发生干涉现象是难以成功的。 5 托马斯·杨 1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到了光的干涉现象。 光束 双缝 单缝 屏幕 S1 S2 S０ 红滤色片 (激光) 　　杨氏双缝实验被评为十大物理实验之一。 天才的设想 巧妙解决了相干光源问题 1. 实验装置 获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同) 3.双缝的作用： 2.单缝的作用： 获得一个线光源，有唯一的频率和振动情况． 二、双缝干涉实验 7 7 　　小结：获得相干光——完全相同的光的两种方式： （激光，受激辐射发光，可人为控制） 1、激光 2、“一分为二” ①杨氏双缝实验 ②薄膜干涉 ③洛埃镜 二、双缝干涉实验 8 不同的光其频率一般是不同的，随便的找两束光照到一处，想让它们发生干涉现象是难以成功的。 8 现象：出现明暗相间条纹。 　　思考3：为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？请用我们所学的波动知识来解释。 　　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。 用氦氖激光器演示光的双缝干涉 三、双缝干涉图样的特点 讨论：明和暗为什么相间（依次出现）呢？ P1 P0 P2 P1S2－P1S1= △s 光程差 　　思考：当P1 点外移时光程差怎么变？ 　　（变大） S1 S2 △s P1 P0 P2 三、双缝干涉图样的特点 单色激光束 S1 S2 △s P1 P0 P2 光程差△s =0，S1、S2在P步调一致，该点振动加强。（明） S1 S2 P0 明条纹形成的原因 ①“中央明纹”的形成原因: S1 P PS1 S2 P PS2 △s ＝0 单色激光束 P1 S1 P1S1 S2 P1S2 P1 △s＝/2 P1 S1 S2 △s P0 △s ＝/2 　　光程差△s =λ/2，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗） S1 S2 P1 ②第一条暗纹的形成原因: P2 △s = S1 P2S1 S2 P2S2 P2 △s P2 S1 S2 △s P0 　　光程差△s =，S1、S2在P2处步调一致，该点振动加强。（明） S1 S2 P2 ③第一条亮纹的形成原因: 双缝干涉图样分析 单 色 激 光 束 S1 S2 s P1 P1S2－P1S1= S （1）出现亮条纹和暗条纹的条件 亮条纹 暗条纹 光程差 n = 0，1，2 … … n = 1，2 … … 双缝干涉图样 图样有何特征？ 单 色 激 光 束 双缝 S1 S2 屏 暗条纹的中心线 暗条纹的中心线 中央亮条纹，明 暗相间，等间距 单 色 激 光 束 S1 S2 S P1 M d L P0 如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 0。对屏上与P0距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。 在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1， 则S2M＝r2－r1， r1 r2 x 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? 16 单 色 激 光 束 S1 S2 S P1 M d L P0 r1 r2 x 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? 因d≪l，三角形S1S2M可看做直角三角形。 有：r2－r1＝dsin θ (令∠S2S1M＝θ) ① 另：x＝ltan θ≈lsin θ ② 17 单 色 激 光 束 S1 S2 S P1 M d L P0 r1 r2 x 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? 当两列波的光程差为波长的 整数倍，即： 时才会出现亮条纹， 所以，亮条纹位置为： 18 单 色 激 光 束 S1 S2 S P1 M d L P0 r1 r2 x 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? 相邻两个明(或暗)条纹 之间的距离为 亮条纹位置为： 19 【规律】 1、双缝的间距d越小，屏到挡板间的距离L越大，光的波长越大则相邻两条亮条纹（或暗条纹）的间距x越大。 单 色 激 光 束 S1 S2 S P1 理论上可以证明: 颜色不同时，间距如何？ 如：红、紫、白 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? 各色光在真空中的波长 光的 颜色 波长 nm 光的 颜色 波长 nm 红 770－620 绿 580－490 橙 620－600 蓝－靛 490－450 黄 600－580 紫 450－400 （2）不同颜色的光频率不同：f红<f橙<f黄<f绿<f青<f蓝<f紫 （1）相同介质中，不同的光波长不同：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫 （3）相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同： Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫 【规律】2、不同单色光干涉条纹宽度x： 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? 由公式可知：红光的干涉条纹间距最大，紫光最小 21 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? ①明暗相间的彩色条纹； ②中央为白色亮条纹； ③干涉条纹是以中央亮纹为对称线排列的； ④在每条彩色亮纹里红光总是在外侧，紫光在内侧。 【规律】3、 白光的干涉图样 四、相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距x与什么有关? 一、杨氏双缝干涉实验 二、决定明暗条纹的条件 亮纹：光程差 δ= kλ 暗纹：光程差 δ=（2k-1)λ/2 亮(暗)纹间距的公式 △x= λ 单色光干涉条纹 白色光干涉条纹 课 堂 小 结 三、光产生干涉的条件 (1)两列光波的频率相同，在相遇点相差恒定。 (2)两列光波的振动方向几乎在同一条直线上。 课 堂 小 结 例1.(多选)以下光源不可作为相干光源的是(　　 ) A.两个相同亮度的烛焰 B.双丝灯泡 C.出自一个光源的两束光 D.一束平行单色光经双缝后分为两束 AB 课 堂 练习 例2、双缝干涉实验装置如图所示，当使用波长为6×10-7 m的橙光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是(　　) A.P和P1都是亮条纹 B.P是亮条纹，P1是暗条纹 C.P是暗条纹，P1是亮条纹 D.P和P1都是暗条纹 B 课 堂 练习 解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P的路程差为零,因此P处是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P处都是中央亮纹中心。 而P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,则两列光波到达P1时的振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。 当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1-P1S2|=600 nm=3/2 λ紫,则两列光波到达P1时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项B正确。 答案 B 例3、(多选)用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则(　　　　) A.由O到达a、b的路程差为零 B.由M、N到达b的路程差为λ C.由O到达a、c的路程差为4λ D.由M、N到达e的路程差为2λ BD 课 堂 练习 若O不在MN的中垂线上，C点还是中央亮条纹吗？ 解析 从O到达某点可以经过M也可以经过N,根据已知条件无法比较从O到达某两点的路程差,故A、C错误;b为中心亮纹旁边的第一条亮纹,则M、N到达b的路程差为波长λ,故B正确;e为中心亮纹旁边的第二条亮纹,M、N到达e的路程差为2λ,故D正确。 答案 BD 例4、一束白光通过双缝后在屏上产生干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( ) A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同 B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同 D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同 课 堂 练习 A 作业 P 完成《》对应内容及教材上其余习题 $$