4.5 第四节　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（粤教版）

本讲义聚焦光的干涉核心知识点，系统梳理双缝干涉的相干条件及明暗条纹判断，条纹间距与波长的关系（Δx=Lλ/d），薄膜干涉的成因及应用。通过情境导入、教材梳理填空、师生互动类比机械波等学习支架，帮助学生构建知识脉络。 资料以情境问题（如肥皂泡条纹）驱动科学探究，类比机械波培养科学思维中的模型建构与推理，结合歼-20着陆系统等实例强化物理观念。课中师生互动提升教学效果，课后针对练与随堂演练助力学生查漏补缺，体现科学态度与责任。

第四节　光的干涉 【素养目标】　1.知道光的干涉现象，知道光是一种波。　2.理解相干光波和产生干涉现象的条件。　3.理解明、暗条纹产生的机理。　4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉现象及其应用。 知识点一　 光的双缝干涉 【情境导入】　如图为托马斯·杨的双缝干涉的装置示意图，其中单缝屏的作用是为了获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。平行光照到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这一束光被分成两束光，则这两束光的频率是否相同？振动情况是否相同？在屏幕上可观察到什么现象？ 提示：相同　相同　明暗相间的条纹 【教材梳理】 (阅读教材P106—P107完成下列填空) 1．光的双缝干涉现象 将一支激光笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了明暗相间的条纹。 2．光产生干涉的条件 (1)相干光条件：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。 (2)明、暗条纹的判断 ①两列相干光波到达明(暗)干涉条纹的位置的路程差Δr是波长的整数倍(或半波长的奇数倍)，即 明条纹：Δr＝kλ_(k＝0，±1，±2，…) 暗条纹：Δr＝(2k＋1)_(k＝0，±1，±2，…) ②如果两列光不是在真空或空气中传播，而是在绝对折射率为n的介质中传播路程r，则 明条纹：Δ(nr)＝kλ_(k＝0，±1，±2，…) 暗条纹：Δ(nr)＝(2k＋1)_(k＝0，±1，±2，…) 其中Δ(nr)为两列相干光到达明(暗)干涉条纹处的路径与绝对折射率乘积的差值，叫作光程差。 【师生互动】　观察水波(机械波)和光波的干涉现象，类比机械波产生干涉的条件，思考屏上某处出现明、暗条纹的条件。 提示：屏上某点到S1、S2的路程差为波长整数倍，出现明条纹；路程差为半波长的奇数倍，出现暗条纹。 学生用书第111页 下图是研究光的双缝干涉用的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，过S1和S2的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0级亮纹，由P向上数，与0级亮纹相邻的亮纹为1级亮纹，与1级亮纹相邻的亮纹为2级亮纹，则P1处的亮纹恰好是10级亮纹。设直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2－r1等于(　　 ) A．5λ B．10λ C．20λ D．40λ 答案：B 解析：根据干涉发生的条件，当光到达光屏的光程差等于波长的整数倍时在光屏上产生亮条纹，0级亮纹是两束光同时到达的位置，光程差为0，1级亮纹处两束光相差一倍波长，依此类推有r2－r1＝10λ，故B正确。 判断屏上某点为明条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值，要记住路程差等于波长整数倍处出现明条纹，等于半波长奇数倍处出现暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同。　　 针对练．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的单色光照射双缝，试分析判断P点应出现明条纹还是暗条纹，分别为第几级明条纹或暗条纹？(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的光程差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，过S1和S2的两列光在P点互相加强，P点出现明条纹；当Δr等于单色光半波长的奇数倍时，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处应出现明条纹，且为1级明条纹；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为2级暗条纹。 知识点二　条纹间距和波长的关系 【情境导入】　如图是几种单色光的双缝干涉图样，请问： (1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？ (2)用不同频率的单色光做双缝干涉实验时，相邻两亮条纹的间距相等吗？ 提示：(1)相等　(2)不相等 【教材梳理】 (阅读教材P106—P107完成下列填空) 若观察屏到双缝挡板的距离为L，双缝之间的距离为d，光的波长为λ，则观察屏上相邻明条纹(或暗条纹)间的距离为Δx＝λ。 【师生互动】　用白光做双缝干涉实验，中间为白色，两侧为彩色条纹，最内侧为紫色，最外侧为红色，试分析其原因。 提示：中间为各种色光的加强区，叠加后仍为白色；根据Δx＝λ，红光波长最长，紫光最短，故红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小，故内侧为紫光，外侧为红光。 (2024·广西钦州高二统考期末)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(　　 ) 学生用书第112页 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 答案：A 解析：根据Δx＝λ ，仅增大双缝到屏的距离L，干涉条纹间的距离会增大，A正确；根据Δx＝λ ，仅增大双缝间的距离d，干涉条纹间的距离会减小，B错误；根据Δx＝λ，仅将红色滤光片替换为蓝色滤光片，波长λ变短，干涉条纹间的距离会减小，C错误；暗条纹到S1、S2的光程差一定为半波长的奇数倍，D错误。故选A。 1．条纹间距是指相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离。由数学知识可得条纹间距公式为Δx＝λ，其中L为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长。 2．白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的。　　 针对练．(2024·广州市高二期中)歼-20是我国自主研制的第五代战斗机，其优秀的性能受到全世界的关注。歼-20着陆光学系统中用到了双缝干涉的知识，如图甲所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在屏上观察到如图乙所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图丙所示。则改变的实验条件可能是(　　 ) A．减小双缝到光屏之间的距离 B．增大双缝之间的距离 C．将绿光换为红光 D．减小光源到单缝的距离 答案：C 解析：根据题图乙、丙可知条纹宽度变大，根据条纹间距公式Δx＝λ可知，条纹间距变大，可能是改用了波长较长的光，也有可能是增大了双缝到光屏的距离L，也有可能减小了双缝间的距离d，故A、B错误；条纹间距与光源到单缝的距离无关，D错误；红光的波长大于绿光，故C正确。故选C。 知识点三　薄膜干涉 【情境导入】　我们经常看到肥皂泡和油膜上有彩色条纹，这是光在薄膜前、后两个表面的反射光叠加形成的。 (1)两束反射光是同一入射光分开形成的，则两反射光频率、振动方向是否相同？是否有稳定的相位差？ (2)薄膜的厚度与两反射光的光程差有什么关系？ 提示：(1) 频率、振动方向相同，且有稳定的相位差。 (2)光程差为薄膜厚度的2倍。 【教材梳理】 (阅读教材P108完成下列填空) 1．薄膜干涉：薄膜前、后表面反射回来的两组光波相遇后发生干涉，也称薄膜干涉。 2．薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前、后两个面的反射光频率相同，振动方向相同，具有稳定的光程差，是相干光。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，会出现明暗相间的条纹。 学生用书第113页 【师生互动】　如图所示的太阳眼镜涂有增透膜，该膜前、后两个面的反射光叠加抵消，根据能量守恒可推出反射的光少了，则穿过薄膜的光增多。则欲对绿光达到增透效果，薄膜的厚度与绿光的波长有什么关系？ 提示：增透膜的厚度d＝(其中n为膜的折射率，λ为绿光在空气中的波长)。 用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为(　　 ) 答案：B 解析：在光的干涉中明、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时的光程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度。因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故干涉条纹必然是水平的，故B正确。 (多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的现象如图乙所示的条纹中的P和Q的情况。这说明(　　 ) A．N的上表面A处向上凸起 B．N的上表面B处向上凸起 C．N的上表面A处向下凹陷 D．N的上表面B处向下凹陷 [解题指导]　(1)由于此干涉是由空气薄膜的上、下表面反射光叠加产生的干涉，所以光程差为薄膜厚度的2倍。 (2)若出现工件凹陷，则光程差会增大，同级亮条纹将提前出现；若出现工件凸起，则光程差会减小，同级亮条纹将延后出现。 答案：BC 解析：利用光的薄膜干涉来检查平面的质量，就是由标准样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层，用单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射形成两列相干光束。若是被检测的平面是平整光滑的，那么空气层的厚度相同的各点的干涉条纹在一条直线上。若是被测平面的某处凹陷，这时干涉条纹就不是直线，在凹陷处的干涉条纹将向楔形膜中薄的一侧弯曲。这是因为凹陷处的两束反射光的路程差变大，它只能与膜厚一些位置的两反射光的路程差相同而形成同一级的条纹。同理，若是被测平面某处凸起，则该处的干涉条纹将向楔形膜中厚的一侧弯曲，故B、C正确。 对干涉法检查平面的原理的理解 如图(a)所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，若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(b)所示；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲，如图(c)所示(干涉条纹向左侧发生弯曲，说明条纹下方有凹陷；向右侧发生弯曲，说明条纹下方有凸起)。 　　 针对练1．市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为(　　 ) A．　　　　 B． C．　　　　 D．λ 答案：B 解析：要消除红外线的反射，必须使红外线在薄膜两个面上的反射光的路程差正好等于红外线半波长的奇数倍，即Δr＝，k＝0，±1，±2，…，其中Δr为光在薄膜两个面上的反射光的路程差，即Δr＝2d，Δr的最小值为，所以2d＝，即薄膜的最小厚度d为，B正确。 学生用书第114页 针对练2．(多选)(2024·林州一中月考)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　　 ) A．干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 B．干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的 答案：AC 解析：凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，故A正确，B错误；透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不均匀变化，导致间距不均匀，从而观察到题图乙所示的内疏外密的同心圆环状条纹，故C正确，D错误。 1．能产生干涉现象的两束光是(　　 ) A．频率相同、振幅相同的两束光 B．频率、振动方向相同，相位差恒定的两束光 C．两只完全相同的灯泡发出的光 D．同一光源的两个发光部分发出的光 答案：B 解析：由产生干涉的条件可知，A项错误，B项正确；即使是同一光源的两个部分发出的光，若相位差随时间改变，也不会发生干涉(激光光源除外)，D项错误；灯泡发出的光是大量原子被激发后随机辐射的，频率不稳定，不符合产生稳定干涉的条件，C项错误。 2．(2024·佛山市高二统考期末)如图所示，某同学用三根黑色的细塑料条制成一个如图甲所示的简易的双缝，用激光笔射出的激光穿过双缝到达平整的墙面，在墙面上呈现出如图乙所示的明暗相间的条纹，下列相关说法正确的是(　　 ) A．仅增大墙面与双缝的距离，条纹间距变小 B．仅增大激光笔与双缝的距离，条纹间距变大 C.仅减小双缝间距，条纹间距变大 D．条纹间距与所使用的激光颜色无关 答案：C 解析：根据条纹间距表达式Δx＝λ，可知仅增大墙面与双缝的距离L，条纹间距变大，A错误；仅增大激光笔与双缝的距离，条纹间距不变，B错误；仅减小双缝间距d，条纹间距变大，C正确；条纹间距与所使用的激光的波长有关，即与激光的颜色有关，D错误。故选C。 3．(鲁科版P133T4)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：干涉形成的条纹是a板的下表面和b板的上表面的反射光干涉产生的。具体为：当两反射光的 路程差(即膜厚度的2倍)是波长的整数倍，出现明条纹；是半波长的奇数倍，出现暗条纹。若条纹是直的，则玻璃板平整；若条纹发生弯曲，则玻璃板不平整。故选C。 4．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料对紫外线的折射率为n，所要消除的紫外线的频率为f，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是(设紫外线在真空中速度为c)(　　 ) A． B． C． D． 答案：B 解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光在该膜的前、后两表面的反射光叠加后加强，因此路程差应该是波长的整数倍，即Δr＝mλ(m＝1，2，3，…)，而Δr＝2d，由v＝λf，在膜中光的波长λ′＝，联立可得d＝m，所以当m＝1时，膜的厚度最小，即dmin＝，故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $