4.3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

第四章 第三节 光的干涉 高中物理选择性必修第一册 复习回顾 1. 两列波发生稳定的干涉条件： 频率相同、相位差恒定、振动方向相同。（相干波） 2. 两列相干波发生干涉的现象： 两列波叠加的某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，且加强区和减弱区相互间隔开。 复习回顾 振动加强区： 振动减弱区： 某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差 。 ① 两波源的振动步调一致时： ② 两波源的振动步调相反时： 振动加强区： 振动减弱区： 思考：光是一种电磁波，那么光也应该发生干涉现象，怎样才能观察光的干涉现象呢？ 光的双缝干涉 托马斯·杨 1773.6-1829.5 英国物理学家托马斯·杨在物理学上作出的最大贡献是对于光学的研究，尤其是光的波动性质的研究。 1801年他进行了著名的杨氏双缝干涉实验，那个年代没有激光，他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。从而证明了光是一种波。 光的双缝干涉 光的双缝干涉 实验现象： 1、当入射光是单色光时，光屏上观察到明暗相间的条纹。 2、当入射光是白光时，光屏上观察到彩色条纹； 光的双缝干涉 如何解释这个现象呢？ 这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：这两个光源的光在一些位置相互加强，形成亮条纹；在另一些位置上相互削弱，形成暗条纹，因此在挡板上出现明暗相间的条纹。 让一束单色光投射到一个相距很近的两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝就形成了两个波源，他们的频率、相位和振动方向总是相同的。 光的双缝干涉 狭缝S1和S2相当于两个相干光源，它们到光屏上PO点的距离相等，所以S1和S2发出的光到P0点的光程相同，光程差 ,两列波在这里叠加后相互加强，因此P0处出现亮条纹，也叫中央亮条纹。 光的双缝干涉 对于P0稍微上面一点P1，当S1和S2发出的光到P1点的光程差 时， 两列波在这里叠加后相互削弱，因此P1处出现暗条纹。 光的双缝干涉 对于P1稍微上面一点P2，当S1和S2发出的光到P2点的光程差 时，两列波在这里叠加后相互加强，因此P2处出现亮条纹条纹。 光的双缝干涉 对于P2稍微上面一点P3，当S1和S2发出的光到P1点的光程差 时，两列波在这里叠加后相互削弱，因此P3处出现暗条纹条纹。 光的双缝干涉 以此类推，距离屏的中心P0越远，光程差也越大。当光程差满足 ，两列光波在屏上相互加强，屏上出现亮条纹。 当光程差满足 ，两列光波在屏上相互削弱，屏上出现暗条纹。 光的双缝干涉 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（恰好等于波长的整数倍），两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹，即： 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，这里出现暗条纹，即： 干涉条纹和光的波长之间的关系 思考：已知双缝之间的距离为 ，双缝连线的中垂线到光屏的距离为 ， 当波长为 的单色光照射到双缝上，如何求出干涉条纹和光的波长之间的关系呢？ 干涉条纹和光的波长之间的关系 从屏上任选一点P1，设： 在线段P1S2上做P1M=P1S1,于是 ∴△S1S2M认为是直角三角形 一般双缝间距 很小，双缝到光屏距离 很大。 干涉条纹和光的波长之间的关系 前面知道，当两列波的路程差为波长的整数倍，即 光屏上出现亮条纹，也就是说，亮条纹的位置为 相邻两条亮条纹或者暗条纹的中心距离是 干涉条纹和光的波长之间的关系 相邻明条纹或者暗条纹之间的距离与光波的波长、双缝间的距离及双缝到光屏距离有关。 相同介质中：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫 同一装置中的条纹间距： Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫 干涉条纹和光的波长之间的关系 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点排列的； ④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。 白光干涉条纹的特点： 薄膜干涉 薄膜干涉成因： 由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。 光从薄膜的前后两个表面反射出来的光，频率相同，两束光相互叠加，发生干涉，也称为薄膜干涉。 肥皂液膜 不同位置的液膜，厚度不同，来自前后的两个面的反射光的路程差不同。 薄膜干涉 在某些位置： 这两束反射光叠加后相互加强，出现了亮条纹；在另一些位置叠加后相互削弱，出现暗条纹。 明 明 暗 暗 如果用单色光做实验，会出现明暗相间的条纹；如果白光做实验，会出现彩色条纹。 薄膜干涉 在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差 恰好等于半个波长。它们干涉相消，减小 了反射光的能量，增强了透射光的能量， 称为增透膜。 照相机的增透膜 镜头 增透膜 薄膜干涉 劈尖干涉：利用薄膜干涉原理，可以用来测定平面的平整度。 标准透明样板 待测样板 空气薄膜 在待测样板上面放一块标准透明样板，一端用薄片垫高，使样板平面与被检查平面之间形成楔形空气膜，用单色光照射，空气膜上下表面的反射光发生干涉，形成干涉条纹。 薄膜干涉 如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的，如图甲；如果观察到的干涉条纹如图乙丙，则表示被检测表面微有凹下或凸起，这些凹下或凸起的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况，这种测量精度可达10-8m。 甲 乙 丙 薄膜干涉 练习与应用 1.据我们刚才学习的薄膜干涉的知识，你是否可以解释为什么肥皂泡和雨后路上的油膜是彩色的呢？ 练习与应用 2．利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜。图1中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是（　　） A.图1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏 B.图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变 C.在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凸起 D.图3中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的，那是增透了这种颜色的光的缘故 √ 练习与应用 3.如图所示，用频率为 的单色光（激光）垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为 ，则P到双缝S1、S2的距离之差 应为（ 　）　 √ 练习与应用 4.在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m，如果用频率为6.0×1014Hz的光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹？ 解析: P点出现暗条纹 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$