3. 光的干涉（培优教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“光的干涉”，涵盖双缝干涉条件、条纹间距公式推导及薄膜干涉应用。通过肥皂膜、油膜彩色条纹现象导入，衔接机械波干涉知识，以杨氏双缝实验为支架，构建从现象到理论再到应用的学习脉络。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过对比机械波归纳光波干涉共性，几何建模推导条纹间距公式，结合酒精灯肥皂膜实验深化理解。融入杨氏实验科学史与增透膜技术应用，落实科学态度与责任，助力学生核心素养提升，为教师提供结构化教学资源。

第四章 光 选择性必修一•人教版 3.光的干涉 我们生活在一个充满光的世界。人类渴望光明，生物需要阳光，人类的感觉器官接收到的信息中，有90%的是通过眼睛。现在光学已经成为物理学的重要组成部分，在生活、生产和科学技术中有广泛的应用，光学是现代高科技领域中最前沿的科学之一。 导入新课 肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。 这些彩色条纹或图样是怎样形成的？ 物理观念 理解光的干涉条件及现象，建立“光具有波动性”的物理观念。 科学思维 通过对比机械波干涉，归纳光波干涉的共性；利用几何近似推导条纹间距公式，培养建模能力。 科学探究 经历光的双缝干涉的实验过程,体会科学探究的意义。 科学态度 与责任 通过杨氏双缝实验的科学史，感悟科学探索精神；关注薄膜干涉在技术中的应用，体会物理的社会价值。 学习目标 重点难点 重点 光的干涉条件；条纹间距的公式推导 难点 薄膜干涉中光程差的分析；近似条件d≪l 的物理意义理解。 一、光的双缝干涉 3.光的干涉 一、光的双缝干涉 一、光的双缝干涉 两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔.这种现象叫波的干涉。 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？ 一、光的双缝干涉 光要发生干涉现象需要满足什么条件？ 频率和振动情况一致 相干光源 有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？ 天才的设想 巧妙解决了相干光问题 光束 单缝 双缝 红滤色片 (激光) 屏幕 s0 s1 s2 托马斯·杨 杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。 一、光的双缝干涉 一、光的双缝干涉 实验现象解读：有的地方亮一些有些地方暗一些。 红滤色片 单缝 S 1 S 2 S * * * 屏幕 一、光的双缝干涉 S1 S2 P P δ=0 中央亮纹 由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。 双缝 S1 S2 屏幕 实验现象解读——亮纹 一、光的双缝干涉 P2 第二 亮纹 双缝 S1 S2 屏幕 屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝2λ的P2点出现第二条亮纹。 2λ 实验现象解读——亮纹 一、光的双缝干涉 P3 第三 亮纹 双缝 S1 S2 屏幕 屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。 3λ 实验现象解读——亮纹 一、光的双缝干涉 双缝 S1 S2 屏幕 P1 第一亮纹 δ=λ P 中央亮纹 δ=0 P2 第二亮纹 δ=2λ P3 / 第三亮纹 δ=3λ P3 第三亮纹 δ=3λ P2 / 第二亮纹 δ=2λ P1 / 第一亮纹 δ=λ 一、光的双缝干涉 Q1 第一暗纹 双缝 S1 S2 屏幕 S1 S2 Q1 取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。 λ/2 P 中央亮纹 实验现象解读——暗纹 一、光的双缝干涉 Q2 第二暗纹 双缝 S1 S2 屏幕 屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。 Q1 第二暗纹 P 中央亮纹 实验现象解读——暗纹 一、光的双缝干涉 双缝 S1 S2 屏幕 P1 第一亮纹 δ=λ P 中央亮纹 δ=0 P2 第二亮纹 δ=2λ P3 / 第三亮纹 δ=3λ P3 第三亮纹 δ=3λ P3 / 第二亮纹 δ=2λ P3 / 第一亮纹 δ=λ Q2 第二暗纹 Q 1 第一暗纹 Q3 第三暗纹 Q3 / 第三暗纹 Q2 / 第二暗纹 Q1 / 第一暗纹 δ=5λ/2 δ=λ/2 δ=3λ/2 δ=5λ/2 δ=3λ/2 δ=λ/2 实验现象解读——亮纹和暗纹相间出现 一、光的双缝干涉 光程差： S1 S2 P1 P l 双缝干涉规律 n=0、1、2、3…… 暗纹： n=0、1、2、3…… 亮纹： 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 3.光的干涉 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 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 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为与波长有什么关系？ 在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1， 有：r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ) ① 另：x＝ltan θ≈lsin θ ② 当两列波的路程差为波长的整数倍，即 时才会出现亮条纹，亮条纹位置为： 相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为 S1 S2 P1 P l d x r2 r1 M M 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为 S1 S2 P1 P l d （2）双缝之间的距离d: （3）双缝与屏间的距离 l : 波长越大，相邻的亮纹间距越大 （1）波长λ: d越小，相邻的亮纹间距越大 l越大，相邻的亮纹间距越大 由此可以得出，相邻明（暗）纹间的距离大小受哪些因素的影响？ 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 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 （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 2、不同单色光干涉条纹宽度： 同一个装置，不同单色光干涉条纹宽度大小规律是怎样的？ （2）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 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 3.白光的干涉图样特点： 如果用白光做双缝干涉实验，会得到怎样的干涉条纹？为什么？ 会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。因为白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。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。 三、薄膜干涉 3.光的干涉 三、薄膜干涉 三、薄膜干涉 观察实验：在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同？请解析看到的现象。 现象：观察到灯焰的像出现了明暗相间的干涉条纹。 该条纹是怎样形成的？ 该条纹是由液膜前后两个面反射的光相互叠加发生干涉形成的。 三、薄膜干涉 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两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。 薄膜干涉成因 前表面 后表面 三、薄膜干涉 光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。 光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。 白光照射时是彩色条纹 三、薄膜干涉 1.检查表面的平整程度 如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下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10-6cm。 (a) (b) (c) 单色光 标准样板 薄片 被检测平面 三、薄膜干涉 2.增透膜 因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。 照相机的增透膜 镀层薄膜 在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。 三、薄膜干涉 3.牛顿环 将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。 空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。 四、课堂总结 3.光的干涉 光的干涉 双缝干涉 实验装置：双缝干涉仪 干涉条件：频率相同、振动情况相同的光 干涉图样：单色光是明暗相间、等间距的条纹 明暗条件 n=0、1、2、3…… 明纹： 暗纹： n=0、1、2、3…… 条纹间距： 薄膜干涉及应用 四、练习与应用 3.光的干涉 四、练习与应用 C 1 在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),已知红光与绿光频率、波长均不相等,这时(　　) A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 解析　分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光的频率不相等,不能发生干涉现象,因此屏上不会出现干涉条纹,但屏上仍有光亮。故选项C正确。 四、练习与应用 四、练习与应用 A 2.(2025·广东佛山期末)双缝干涉实验装置的示意图如图所示,其中S为单缝,S1、S2为双缝,P为光屏,实验时光源发出的白光从左边照射单缝S。若在单缝S左侧加上红色滤光片,则可以在光屏P上看到红光的干涉条纹。下列说法正确的是(　　) A.仅增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离会增大 B.仅增大双缝间的距离,干涉条纹间的距离会增大 C.仅将红色滤光片替换为蓝色滤光片,干涉条纹间的 距离会增大 D.暗条纹到S1、S2的光程差一定为波长的整数倍 四、练习与应用   四、练习与应用 A 3. 如图所示,竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用而形成上薄下厚的薄膜,从膜左侧面水平射入红光,在左侧面观察到干涉条纹,则下列说法正确的是(　　) A.干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的 B.干涉条纹是红黑相间的竖直条纹 C.入射光如果换成紫光,相邻明条纹间距变大 D.如果薄膜的下端再厚一些,干涉条纹变疏 四、练习与应用   五、提升训练 3.光的干涉 五、提升训练 C 1. (2025·广东肇庆高二期中)下列说法正确的是(　　) A.图1为检验工件平整度的装置,利用了光 的衍射原理 B.图2中汽泡看上去特别明亮,主要是光的 折射引起的 C.图3中沙漠蜃景属于光的全反射现象 D.图4的原理和照相机镜头表面加上增透膜 的原理是不同的 五、提升训练 解析　图1利用了薄膜干涉的原理,故A错误;图2中汽泡特别明亮,主要是全反射引起的,故B错误;图3中沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大,从远处物体射向地面的光先折射后发生全反射形成沙漠蜃景,故C正确;图4中肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的干涉现象,照相机镜头表面加上增透膜是利用薄膜干涉,它们的原理相同,故D错误。 五、提升训练 C 2.(2025·广东汕头高二期末)如图所示,将附有一层肥皂液膜的圆形铁丝圈竖直放置在红色光源的右侧,人在与光源同侧的位置观察液膜,下列说法正确的是(　　) A.若将该装置放在地球表面上观察,可看到竖直直条纹 B.若将该装置放在空间站上观察,可看到水平直条纹 C.若该装置在地球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx1,在月球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx2,则Δx1<Δx2 D.若将红色光源换为蓝色光源,在地球表面观察到的水平直条纹的间距将增大 五、提升训练 解析　单色光在光程差相同的位置干涉连成的线会形成条纹,当 肥皂液膜竖直放置时,单色光垂直照射肥皂液膜,在前、后两面反 射形成干涉条纹,若将该装置放在地球上观察,由于重力作用,在 高度相等的位置的光程差相同,故可看到水平直条纹,故A错误; 若将该装置放在空间站观察,由于处于完全失重状态,肥皂液膜 厚度均匀,所以观察不到干涉条纹,故B错误;因为地球表面的重 力加速度大于月球表面的重力加速度,该装置在地球表面薄膜上下厚度相差更大,该装置在地球表面观察到的水平条纹间距为Δx1,在月球表面观察到的水平直条纹间距为Δx2,则Δx1<Δx2,故C正确;若将红色光源换为蓝色光源,因为波长变短,所以在地球表面观察,可看到水平直条纹的间距将减小,故D错误。 Lavf58.33.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.20.100 $