第4节 光的干涉（同步课件）物理粤教版2019选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“光的干涉”核心内容，涵盖双缝干涉现象、干涉条件及薄膜干涉，以托马斯·杨实验的历史情境导入，衔接光的波粒之争，搭建从光的本质探究到波动规律学习的支架。 其亮点在于通过“观察与思考”“问题链”引导科学探究，结合双缝干涉公式推导、薄膜干涉光路分析培养科学思维，增透膜等应用实例渗透科学态度与责任。课堂小结分目标梳理，助力学生构建知识体系，教师可高效开展概念教学与能力培养。

第4节 光的干涉 第四章 光及其应用 粤教版选择性必修一 课堂引入 壹 光产生干涉的条件 叁 目录 光的双缝干涉现象 贰 课堂小结 伍 薄膜干涉 叁 2 课堂引入 第一部分 壹 一、课堂引入 我们生活在光的世界里，但光是什么呢? 人类对这个问题的认识和回答，经历了漫长而曲折的过程，历史上关于光是波还是粒子，有过很长时间的争论。 1801年，英国物理学家托马斯·杨(T.Young，1773-1829)首次在实验室成功观测到光的双缝干涉现象，直接证明了光的波动特性. 新知讲解 第二部分 贰 知识点一、光的双缝干涉现象 【观察与思考】 如右图所示，将一束单色光照射在单缝上，单缝上的光从不同路径照射到双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了什么? 如果把单缝撤去，单色光直接照射在双缝上，此时观察到了什么现象? 提示：看到相间的条纹，且中央是亮条纹 提示：明暗相间的条纹消失 视频：观察光的双缝干涉 思考：为什么会出现明暗相间的条纹呢？ 利用如图所示的装置，让一束平行的单色光(例如激光)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(约0.1mm)。 如果光是一种波，那么这样的两条狭缝就成为了振动情况总相同的两个波源，两个波源发出来的光在挡板后面的空间相互叠加，光在一些位置相互加强，在另一些位置相互减弱，在挡板后面的屏上会得到明暗相间的条纹。 杨氏双缝干涉实验的意义：证明了光是一种波。 知识点一、光的双缝干涉现象 研究表明，光和机械波一样，产生稳定的干涉图样需要一定的条件：两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同，即光波为相干光波。 如图所示，狭缝S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源。 【问题1】屏上P0点到两个狭缝S1和S2的距离相同，则P0点出现的是明条纹还是暗条纹？ 提示：P0点出现明条纹 知识点二、光的干涉条件 【问题2】若屏上P1点出现明条纹，波源S1和S2到P1点的路程差要满足什么条件？ 提示：两列相干光波到达P1的路程差 恰好是波长的整数倍时，将出现明条纹。 即： （k=0，±1，±2，……） 知识点二、光的干涉条件 【问题3】若屏上P1点出现暗条纹，波源S1和S2到P1点的路程差要满足什么条件？ 提示：两列相干光波到达P1的路程差 恰好是半波长的奇数倍，则出现暗条纹。 即： （k=0，±1，±2，……） 知识点二、光的干涉条件 情境：如图所示，狭缝 S1 和 S2 相当于两个频率、相位和振动方向都相同的波源。 若两列光在绝对折射率为 n 的介质中传播。 （1）明条纹满足的条件： （2）暗条纹满足的条件： （k=0，±1，±2，……） （k=0，±1，±2，……） 知识点二、光的干涉条件 在线段P1S2上作P1M＝P1S1，于是，S2M＝ 。 ΔS1S2M近似是直角三角形， 当出现明条纹时， 相邻的两个明条纹之间的距离： 如图所示，波长为的单色光照射到双缝上。两缝中心之间的距离为d，两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP2=l 。 知识点二、光的干涉条件 知识点二、光的干涉条件 单色光和复色光干涉图样的特点 （1）从双缝干涉条纹间距公式可以看出，狭缝间距离 d 和狭缝与屏之间的距离 l 不变的条件下，不同颜色的光产生的双缝干涉条纹间距不同。光的波长越长，干涉条纹的间距越大。 （2）如果是复色光，在屏上除了与双缝对称的中线上是复色光，其余地方各种颜色的光因为干涉条纹的间距不同，不能完全叠加重合，从而呈现彩色。 知识点二、光的干涉条件 知识点三、薄膜干涉 1. 薄膜干涉 薄膜干涉是薄膜前后两个面反射的光产生干涉形成的。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. 薄膜干涉的原理(以肥皂液膜为例) 知识点三、薄膜干涉 （1）光路分析 如图所示，由于重力的作用，从膜的上部到膜的下部呈现楔形。太阳光照射在膜上时，一部分从膜表面A1B1上被反射，另一部分折射进入膜内，经膜的内表面A2B2反射后的光，再在膜的外表面A1B1折射出去。 知识点三、薄膜干涉 (2)原理分析 ①经过反射和折射返回的光与在膜表面A1B1上反射的光频率相同，振动方向相同，具有稳定的光程差，是相干光(同一水平线上的薄膜厚度近似相同)。 ②在膜不同的地方，其内、外表面反射光的光程差不同，故总有一些地方的光程差满足明、暗条纹条件。 ③又由于太阳光是由许多不同颜色的单色光组成的，不同颜色的光在不同的位置满足明条纹和暗条纹的条件。因此，不同颜色的光的明、暗条纹是错开的，从而形成了肥皂泡上的彩色光带。 知识点三、薄膜干涉 总结拓展 如果膜的厚度为d，则前后表面反射光的光程差为2d，当2d为光波在膜中波长的整数倍时，出现明条纹；当2d 为光波在膜中半波长的奇数倍时，出现暗条纹；如果膜的厚度均匀变化，若用单色光照射，相邻的条纹间的距离是相等的；若用白光照射，则在薄膜某一厚度的地方，一些光反射后增强，另一些光反射后减弱，这样薄膜上就出现彩色条纹。 知识点三、薄膜干涉 3. 薄膜干涉的应用 ① 干涉法检查平面的平整度 (1)原理：如图所示，被检查平面B与样板A的标准平面之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。若被检查平面是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上， 干涉条纹平行；若被检查平面某些地 方不平，那里的空气膜产生的干涉条 纹将弯曲。 B A 知识点三、薄膜干涉 (2)实例：如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)将提前出现，如图中 P 条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹将延后出现，如图中 Q 条纹所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上) 知识点三、薄膜干涉 4. 光学镜头上的增透膜 原理：膜前后两个面反射的两列光波形成相干光波，则：光程差为半波长的奇数倍时， 出现暗条纹。 光学镜头表面常常镀一层介质薄膜(氟化镁)，使薄膜的厚度为入射光在薄膜中波长的 ，从介质膜前后两个面反射的光的路程差为 时膜的厚度最薄，最经济)，所以两列光波相互削弱，使反射光的强度大大减弱，透射光的强度得到增强。 光学镜头 知识点三、薄膜干涉 4. 光学镜头上的增反膜 （1）原理：膜前后两个面反射的两列光波为相干光波,它们的光程差△r=kλ(k=0,±1,±2,⋯),出现明条纹。 （2）对“增反”的理解：如果用宏观的思维方式来理解，两束反射光相互加强，光的干涉将引起整个光场分布的改变，但总的能量是守恒的，反射光的能量被增强了，透射光的能量就必然会被削弱。增反膜正是通过“增反”而使透射光减弱，人眼感到反射光增强了。 知识点三、薄膜干涉 4. 光学镜头上的增反膜 （3）增反膜的厚度为入射光在薄膜中波长的 ，从介质膜前后两个面反射的光的路程差为λ(k=0时膜的厚度最薄，最经济)，所以两列光波相互加强，使反射光的强度大大增强，透射光的强度大大减弱。 知识点三、薄膜干涉 典例分析 第叁部分 叁 三、典例分析 【典例1】双缝干涉的原理图如图所示，O到狭缝S1、S2的距离相等，OP与光屏垂直，P'为光屏上的点，下列说法正确的是（　　） A．通过狭缝S1、S2的光的颜色不同 B．通过狭缝S1、S2的光的波长不同 C．光屏上P处一定出现亮条纹 D．光屏上P'处一定出现暗条纹 C 三、典例分析 【典例2】同一双缝干涉实验装置做了甲、乙两种光的双缝干涉实验，获得的双缝干涉条纹分别如图1、2所示。下列说法正确的是（　　） A．图1中，两列光波谷和波谷重叠处出现暗条纹 B．图1中，两列光波峰和波峰重叠处出现亮条纹 C．甲光的波长比乙光的波长长 D．减小实验中的双缝间距，条纹间距会变小 BC 三、典例分析 【典例3】如图甲所示，一顶角较大的圆锥形玻璃体，倒立在表面平整的标准板上，单色光从上方垂直玻璃的上表面射向玻璃体，沿光的入射方向看到明暗相间的条纹；如图乙所示，用一个曲率半径很大的凸透镜与一个平面玻璃接触，单色光从上方垂直射向凸透镜的上表面时，可看到一些明暗相间的单色圆，下列说3法正确的是（　　） A．甲图是干涉现象，乙图是衍射现象 B．甲图的条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀 C．乙图的条纹是由透镜的上、下表面的反射光干涉产生的 D．乙图的条纹疏密均匀，若把乙图的入射光由红色换成紫色，则观察到的条纹数会减小 B 课堂小结 第四部分 肆 目标二： 干涉条纹和光的波长之间的关系 目标一：光的双缝干涉 光的干涉 目标三： 薄膜干涉 ∆ x ＝ λ 干涉原理 应用 增透膜和增反膜 检查平面的平整度 步调相同 实验现象 干涉条件 相干光源 亮暗条纹条件 路程差为半波长偶数倍 ——亮条纹 路程差为半波长奇数倍 ——暗条纹 频率相同、振动方向相同、相位差恒定 四、课堂小结 谢君一赏 $