4.4.光的干涉-【正禾一本通】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）堂高效讲义（教科版）

本讲义聚焦高中物理“光的干涉”核心知识点，系统梳理双缝干涉（相干光源、干涉条件、条纹规律及Δx=λl/d公式推导）与薄膜干涉（成因、现象及应用），通过情境导入、演示实验、任务驱动、例题解析等学习支架，构建从实验到规律再到应用的完整知识脉络。 资料特色在于融合科学探究与科学思维，通过双缝干涉师生互动任务（分析条纹特点、推导间距公式）培养观察与推理能力，结合薄膜干涉检查平面、增透膜等案例深化物理观念与社会责任。课中助力互动教学，课后通过针对练与测评帮助学生巩固提升。

4.光的干涉 【素养目标】　1.了解相干光源，知道光的干涉条件及杨氏干涉实验的设计原理。　2.了解光的干涉条纹形成的原理，认识干涉条纹的特征。　3.知道生活中有关光的干涉现象，并会用光的干涉原理分析。 知识点一　双缝干涉 【情境导入】　如图所示，某灯泡发出的单色光经挡板上的双缝后在屏上形成明暗相间的条纹，你知道这是什么现象吗？ 提示：光的双缝干涉现象。 学生用书第118页 【教材梳理】 (阅读教材P108—P110完成下列填空) 1．双缝干涉实验 (1)实验：如图，让一束平行的红色激光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。 (2)现象：屏上得到了明暗相间的条纹。 (3)结论：证明光是一种波。 2．亮暗条纹的产生条件 (1)亮条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半个波长的偶数倍。 即：|PS1－PS2|＝nλ＝2n·(n＝0，1，2，3，…)。 (2)暗条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半个波长的奇数倍。 即：|PS1－PS2|＝(2n＋1)·(n＝0，1，2，3，…)。 3．相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝λ，即条纹间距公式。 其中：d表示双缝的间距的距离；l表示光屏到双缝的距离；λ表示单色光的波长。 【师生互动】　演示实验：在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在后面的屏上观察光的干涉情况。 任务1.在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？ 任务2.光发生干涉的条件是什么？如何获得相干光源？ 任务3.用不同波长的单色光做实验，比较不同波长的单色光干涉条纹的宽度，有什么规律？ 任务4.明条纹到中心O的距离x如何计算？ 任务5.相邻条纹中心间距Δx等于多少？ 提示：任务1.在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹。 任务2.两列光的频率相同、相位差恒定。采用将一束光一分为二的方法可获得相干光源，该方法称为分光法。 任务3.其他条件不变，单色光的波长越长，观察到的干涉条纹越宽。 任务4.x＝±kλ，k＝0，1，2，…。 任务5.Δx＝λ。 单色光的干涉 (2024·江苏海安中学阶段练)图甲所示的是研究光的干涉现象的实验装置，狭缝S1、S2的间距d可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中在屏上得到了如图乙所示图样(图中阴影部分表示暗条纹)。下列说法正确的是(　　) A．图乙中双缝干涉图样的亮条纹经过半个周期后变成暗条纹 B．仅减小狭缝S1、S2的间距d，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大 C．仅增加L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小 D．若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是亮条纹 解题引导：双缝干涉亮条纹是两光叠加加强形成的，到两缝的距离之差为整数个波长；暗条纹是两光叠加减弱形成的，到两缝的距离为半波长的奇数倍。 答案：B 解析：频率或波长相同、相位相差恒定的两束光叠加，使某些区域振动加强，某些区域振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，形成稳定的干涉图样，故题图乙中双缝干涉图样的亮条纹经过半个周期后仍是亮条纹，故A错误；根据双缝干涉公式Δx＝λ可知仅减小狭缝S1、S2的间距d，题图乙中相邻亮条纹的中心间距增大，仅增加L时，题图乙中相邻亮条纹的中心间距也增大，故B正确，C错误；照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，则两束光波叠加互相减弱，即P点处为暗条纹，故D错误。 学生用书第119页 复色光的干涉 在光的双缝干涉现象里，下列描述正确的是(　　) A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光 B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的紫光 C．相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的 D．在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽 答案：A 解析：条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确，B错误；双缝干涉现象中，相邻两亮条纹和两暗条纹是等间距的，C错误；红光的波长比紫光的波长长，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，D错误。 亮条纹和暗条纹的判断 (2024·江苏苏州高二月考)如图是研究光的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，经过S1、S2的两束光到达屏上时会产生干涉条纹。已知屏上的P点到两狭缝S1和S2的距离相等。如果入射光的波长为λ1＝400 nm，把P处的亮条纹记作0号条纹，由P向上数，与0号亮条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹，与1号亮条纹相邻的亮条纹为2号亮条纹，P1处的亮条纹恰好是3号亮条纹。当入射光的波长λ2＝300 nm时，则P1处为(　　) A．4号亮条纹 B．4号暗条纹 C．6号亮条纹 D．6号暗条纹 答案：A 解析：入射光的波长为λ1＝400 nm时，P1处的亮条纹恰好是3号亮条纹，则由S1、S2射出的光到P1点的路程差满足Δx＝3λ1＝1 200 nm，当入射光的波长为λ2＝300 nm时，则由S1、S2射出的光到P1点的路程差满足Δx＝1 200 nm＝4λ2，则P1处为4号亮条纹，故A正确。 1．双缝干涉的实验装置 如图所示，实验装置由光源、单缝、双缝和光屏组成。 (1)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。 (2)双缝的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同、振动情况完全一致的相干光。 2．亮暗条纹位置的确定 频率相同、振动步调相同的两列光波叠加时： (1)当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的偶数倍(即波长的整数倍)时，即Δr＝nλ (n＝0，±1，±2，…)时，该点出现亮条纹。 (2)当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的奇数倍时，即Δr＝(2n＋1) (n＝0，±1，±2，…)时，该点出现暗条纹。 注意：频率相同、振动步调相反的两列光波叠加时，产生亮、暗条纹的位置条件与上面的结论恰好相反。 3．条纹间距的理解 (1)意义：条纹间距是指相邻亮条纹中央或相邻暗条纹中央间的距离。 (2)公式：Δx＝λ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝中心间的距离，λ为入射光的波长。 (3)公式推导：如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l，双缝S1、S2连线的中垂线与屏的交点为P0。屏上与P0距离为x的一点为P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。 在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S1S2M可看作直角三角形。有r2－r1＝d sin θ(设∠S2S1M＝θ)。 另有x＝l tan θ≈l sin θ 消去sin θ有r2－r1＝d 若P处为亮条纹，则d＝kλ (k＝0，±1，±2，…)　　 解得x＝kλ (k＝0，±1，±2，…) 则相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距Δx＝λ。 4．单色光的双缝干涉图样特点 (1)干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。 学生用书第120页 (2)中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大。 5．白光的双缝干涉图样 (1)特点：干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。 (2)成因： ①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。 ②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。 针对练1.(多选)(2024·云南楚雄期末)用a、b两单色光分别照射同一双缝干涉实验装置，在距双缝恒定距离的屏上得到不同的干涉图样，其中图甲是用a光照射形成的，图乙是用b光照射形成的。下列说法正确的是(　　) A．a光的波长比b光的短 B．a光的频率比b光的小 C．水对a光的折射率比对b光的大 D．在真空中，a、b两光的传播速度相同 答案：BD 解析：由题图可知，a光的干涉条纹间距较大，结合Δx＝λ可知，a光的波长比b光的波长长，A错误；由f＝可知，a光的频率比b光的小，水对a光的折射率比对b光的小，B正确，C错误；在真空中，各种频率的光的传播速度均为3.0×108 m/s，D正确。故选BD。 针对练2.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？(光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s) 答案：见解析 解析：如图所示，双缝S1、S2到光屏上任意一点P的路程之差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹。 频率为f1的单色光的波长λ1＝＝ m＝0.6×10-6 m＝0.6 μm 频率为f2的单色光的波长λ2＝＝ m＝0.4×10-6 m＝0.4 μm 即Δr＝λ1＝λ2 可见，用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹。 知识点二　薄膜干涉 【情境导入】儿童吹出的泡泡都是彩色的。请思考上述情境属于什么现象？ 提示：属于光的薄膜干涉现象。 【教材梳理】 (阅读教材P110完成下列填空) 1．形成原因：不同位置的液膜，厚度不同，来自前后两个面的反射光的路程差不同。有些地方，两列波叠加后互相加强，出现亮条纹；有些地方两列波叠加后相互削弱，出现暗条纹。 2．彩色条纹形成的原因：由于不同颜色的光的波长不同，薄膜上不同颜色光的条纹的明暗位置也不同，相互交错，看上去会有彩色条纹。 3．应用 (1)检查平面的平整程度。 (2)光学镜头上的增透膜。 (3)太阳镜片上的反射膜。 【师生互动】　实验演示：用肥皂液薄膜做薄膜干涉实验。薄膜干涉的实验装置如图所示。 任务1.请分析说明薄膜干涉中相干光的来源及其干涉原理。 学生用书第121页 任务2.在酒精灯的灯芯上撒一些食盐与灯芯上不撒任何东西分别做实验，观察到的现象有什么区别？ 提示：任务1.竖直放置的肥皂液薄膜，由于受到重力的作用，形成了上薄下厚的楔形薄膜。酒精灯火焰发出的光照射到薄膜上时，薄膜的前表面和后表面分别反射，形成了两列波，这两列波的频率相同，是相干波，它们相互叠加后发生干涉现象。 任务2.灯芯上撒一些食盐可使火焰发出单色光(黄光)，薄膜干涉图样是明暗相间的条纹；灯芯上不撒任何东西时火焰发出复色光，薄膜干涉图样是彩色的条纹。 薄膜干涉的原理 (2024·江苏苏州高二月考)如图所示，竖直放置的肥皂液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，相邻亮条纹间距变大 D．薄膜上不同颜色的光的条纹的明暗位置相同 解题引导：薄膜干涉是薄膜左右两面的反射光叠加形成，满足波的叠加原理。 答案：A 解析：干涉条纹是由薄膜左右两个面的反射光叠加形成的，A正确；干涉条纹是红黑相间的水平条纹，B错误；根据光波干涉条纹的出现条件，可知入射光如果换成紫光则波长变短，相邻亮条纹间距变小，而且由于不同光的干涉条纹的间距不同，故不同颜色的光的条纹的明暗位置不相同，故C、D错误。 针对练．(多选)(2024·山东淄博期末)如图是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，关于在竖直放置的肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下列说法正确的是(　　) A．用黄光照射产生的干涉条纹间距比用蓝光照射时产生的条纹间距窄 B．干涉条纹的暗条纹是两反射光叠加减弱产生的 C．干涉条纹是光线在薄膜前、后表面反射的两列光波叠加形成的 D．从左向右看薄膜上形成的干涉条纹是水平的 答案：BCD 解析：条纹间距与光的波长成正比，由于黄光的波长比蓝光的长，所以用黄光照射产生的干涉条纹间距比用蓝光照射时产生的条纹间距宽，故A错误；干涉条纹中的暗条纹是两反射光叠加减弱产生的，故B正确；由于重力作用，肥皂膜上薄下厚，干涉条纹是光线在薄膜前、后表面反射的两列光波叠加形成的，故C正确；薄膜干涉是等厚干涉，同一条纹处薄膜厚度相同，所以条纹是水平的，故D正确。 薄膜干涉的应用 (多选)(2024·福建福州高二期末)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凹下 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 答案：BC 解析：当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；将样板平行上移，导致原来满足亮条纹路程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；从弯曲的条纹可知，此处检查平面左边处的空气膜厚度与右面的空气膜厚度相同，可知此处凹陷，故C正确；照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种膜称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因该种颜色的光没有增透造成的，故D错误。 随着科技的发展，夜视技术越来越成熟。一切物体都可以产生红外线，即使在漆黑的夜里，“红外监控”“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚。为了使图像清晰，通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜，下列说法正确的是(　　) A．镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射 B．镀膜的目的是尽可能让入射的所有光均能透射 C．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一 D．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的二分之一 答案：C 解析：镀增透膜的目的是尽可能让红外线透射，而让红外线之外的光反射，红外线透光越多，红外线之外的光透光越少，则成像越清晰，故A、B错误；为尽可能让红外线透射，则需要红外线在薄膜的前、后表面的反射光恰好发生干涉，同时为了尽可能增加光的透射程度，镀膜的厚度应尽可能薄，所以前、后表面的反射光的路程差在满足半波长的奇数倍的情况下应取，则薄膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一，故C正确，D错误。 1．薄膜干涉的相干光源 (1)入射光经薄膜前表面反射后得到的光。 (2)经薄膜前表面的折射光再经薄膜后表面反射后又经前表面折射出的光。 学生用书第122页 2.薄膜干涉的成因 (1)由薄膜的前、后表面的反射光叠加而形成明暗相间的条纹。 (2)薄膜某处的厚度为h，前后表面的反射光的路程差为2h： ①若满足等于入射光在薄膜中波长λ的整数倍时，该处出现亮条纹； ②若满足等于入射光在薄膜中半波长的奇数倍时，该处出现暗条纹。 (3)若换用白光照射薄膜，将得到彩色条纹。 3．竖直放置的肥皂液膜的干涉图样分析 (1)白光的薄膜干涉图样是彩色的：如图所示，竖直放置的肥皂液膜，因重力的作用，上面薄、下面厚，若用白光照射薄膜，由于不同颜色的光的波长不同，从前后两个表面反射的光，在不同的位置被加强，即不同颜色的光对应亮条纹的位置不同，不能完全重合，因此白光的薄膜干涉图样是彩色的。 (2)条纹是沿水平方向的：因为在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，从前后两表面反射的光的路程差均相同，如果此时两反射光互相加强，则此高度处水平方向各处均加强，因此，明暗相间的干涉条纹应为水平方向的。 (3)观察薄膜干涉时应从光源这一侧观察。 4．干涉法检查平面 如图甲所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹，如图乙所示；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲，如图丙所示(干涉条纹向左侧发生弯曲，说明条纹下方有凹处；向右侧发生弯曲，说明条纹下方有凸起)。 5．增透膜的理解 (1)原理：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λ的，从介质膜前后两个面反射的光的路程差为，两列光波相互削弱，使反射光的强度大大降低，透射光的强度得到加强。 (2)对“增透”的理解：如果用宏观的思维方式来理解，两束反射光相互抵消，并没有增加透射光的强度，因此，此过程只是“消反”，却不能“增透”。其实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，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强。增透膜正是通过“消反”来确保“增透”的。 针对练．(2021·山东高考)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是(　　) 答案：D 解析：从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其路程差为Δx＝2d，即路程差为薄膜厚度的2倍，当路程差Δx＝nλ时，此处出现亮条纹，相邻亮条 纹之间的薄膜的厚度差为λ，题图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，薄膜的厚度逐渐变小，因条纹宽度逐渐变宽，则薄膜的厚度不是均匀减小，故选项D正确。 1.(2024·江苏南通期中)如图所示，圆形铁丝圈上附有一层肥皂液薄膜，灯泡发出一种单色光。先后把铁丝圈水平摆放在灯泡上方的a位置和竖直摆放在灯泡附近的b位置，则观察到的干涉条纹是(　　) A．a、b位置都是横条纹 B．a、b位置都是环形条纹 C．a位置是横条纹，b位置是环形条纹 D．a位置是环形条纹，b位置是横条纹 答案：D 解析：在a位置，单色光照射肥皂液薄膜，距离圆心相等的位置的路程差相同，不同位置在上、下面的反射类似牛顿环干涉的特点，故为环形条纹；在b位置，单色光照射肥皂液薄膜，同一条水平线上的薄膜的厚度大致相同，路程差基本相同，会形成干涉横条纹，所以D正确。 2．(2024·天津滨海新区期末)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有(　　) 学生用书第123页 A．增大双缝之间的距离 B．减小双缝到屏的距离 C．改用红光作为入射光 D．改用蓝光作为入射光 答案：C 解析：光的干涉现象中，由条纹间距公式Δx＝λ可知，增大双缝之间的距离，条纹间距减小，故A错误；减小双缝到屏的距离，条纹间距减小，故B错误；改用红光作为入射光，红光波长大于黄光波长，则条纹 间距增大，故C正确；改用蓝光作为入射光，蓝光波长小于黄光波长，则条纹间距减小，故D错误。 3．(选自鲁科版教材课后练习)用干涉法检查厚玻璃板b的上表面是否平整的装置如图所示。干涉条纹是由某两个表面反射的光叠加产生的，这两个表面是(　　) A．a的上表面、b的下表面 B．a的上表面、b的上表面 C．a的下表面、b的上表面 D．a的下表面、b的下表面 答案：C 解析：根据薄膜干涉的定义可知，干涉条纹是光在a的下表面和b的上表面的反射光干涉产生的。故选C。 4．(选自人教版教材课后练习)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7.5×10-7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz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？ 答案：暗条纹 解析：根据波传播的波速、波长与频率的关系公式得黄光的波长λ＝＝ m＝5×10-7 m P点到双缝的路程差Δx＝7.5×10-7 m＝λ，所以是暗条纹。 学科网（北京）股份有限公司 $