4.3&4.4光的干涉 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

§3 光的干涉 1 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： 情景导入 肥皂沫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，这是为什么呢？ 光的双缝干涉 频率相同，相位差恒定，振动方向相同——相干光 思考2：什么方法可以获得相干光呢？ 思考1：按照所学的波动知识，光要发生干涉现象需要满足什么条件？ 光 单缝 双缝 滤光片 屏幕 s0 s1 s2 杨氏双缝干涉实验被评为十大最美丽实验之一。 托马斯·杨 光的双缝干涉 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。 双缝的作用:平行光照射到单缝S上,又照射到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动方向相同、相位差恒定的相干光。 光的双缝干涉 实验现象: ①光屏上出现等宽度、等间距的明暗相间的条纹。 ②亮条纹和暗条纹的位置不随时间的变化而变化。 实验现象分析: 来自两个波源的光发生干涉现象，波峰与波峰叠加的区域振动加强，出现亮条纹，波峰与波谷叠加的区域振动减弱，出现暗条纹。 实验结论： 光的干涉现象证明光是一种波（干涉是波特有的现象） 光的双缝干涉 双缝 S1 S2 屏幕 (1)亮条纹产生的条件:屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。 |PS1-PS2|=kλ=2k·(k=0,1,2,3,…)。 k=0时,P点位于屏上的O处,为亮条纹,此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。k为亮条纹的级次。 (2)暗条纹产生的条件:屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。 |PS1-PS2|=(2k-1)·(k=1,2,3,…) k为暗条纹的级次,从第1级暗条纹开始向两侧展开。 干涉条纹和光的波长之间的关系 单色光的波长为 ，两缝间距为，两缝、 的连线的中垂线与屏的交点为，双缝到屏的距离 干涉条纹和光的波长之间的关系 由于 d ≪ l ，运用几何知识，得 而形成亮纹的条件： 则相邻两个亮条纹间距为： 根据三角函数的关系有 可认为 第n级亮纹： 干涉条纹和光的波长之间的关系 （2）双缝之间的距离d: （3）双缝与屏间的距离 l : （1）波长λ: 由此可以得出，相邻明（暗）纹间的距离大小受以下因素的影响： 不同颜色的光，波长不同，发生干涉的条纹之间的距离不一样。用黄光做这个实验，条纹之间的距离比用红光时小；用蓝光时更小。 蓝光 双缝间距 0.36 mm 白光的干涉图样 思考：白光的干涉图样是什么样的？ ①明暗相间的彩色条纹； ②中央为白色亮条纹； ③干涉条纹以中央亮纹为对称点排列； ④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧。 形成原因： ①各种色光在中垂线上的波程差都为零 ②各种色光波长不同，干涉波程差不同，紫光波长最短最先达到波程差条件。 S1 S2 双缝 薄膜干涉 注：膜越厚不同色光条纹越密集，因此膜要足够薄，才能看到光的干涉条纹。 〖现象〗： ①亮暗相间的条纹。 ②亮条纹都是水平的 ③白光形成彩色亮条纹，单色光形成单色亮条纹。 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？ 12 薄膜干涉原理 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。 1.路程差使光干涉加强时，形成亮条纹。 2.路程差使光干涉减弱时，形成暗条纹。 4.理想梯形，条纹间距相等。薄膜越薄，条纹间距越稀疏。 d 3.相同高度处，薄膜厚度相同。所以同一水平线上干涉图样相同，图样为水平条纹。（等厚干涉） 薄膜越薄，条纹间距变稀疏，同一个地方假设达到加强条件，下一个达到干涉加强条件的位置就会变远 14 薄膜干涉原理 ①形成的彩色条纹，是多色光干涉的叠加的结果。 规律：同级彩纹处，红色纹处薄膜厚度厚，紫色纹处薄膜厚度薄。（上方为紫色，下方为红色） 白光照射时是水平彩色条纹 ②各种色光波长不同，干涉波程差不同，紫光波长最短最先达到波程差条件。 薄膜干涉的应用——劈尖干涉 （薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度） 劈形空气薄层 标准样板 被检测平面 单色光 薄片 薄膜干涉的应用——劈尖干涉 原理：光在空气层的上下表面发生反射,这两束反射光发生干涉。 若被检查平面是平整的,从上方俯视看，干涉条纹就是一组平行且等间距的明暗相间的条纹。 薄膜干涉的应用——劈尖干涉 ③垫块向外移动（角度减小）： ②B处有凸起： ①A处有凹陷： ④标准板向上平移： 思考：一切正常时，条纹如图(a)所示。若发生以下情况，观察到的干涉条纹会如何变化？（移动方向，间距等） A B 导致下一级条纹提前出现，如图（b） 导致同级条纹推后出现，如图（c） 空气膜厚度增加变缓，条纹间距增大，如图（d） 空气膜厚度整体增大，条纹向尖端移动，间距不变。 （d） （a） （c） （b） 如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是(　　) A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 B．人从左侧向右看，可以看到彩色条纹 C．彩色条纹水平排列 D．彩色条纹竖直排列 如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板压在另一个矩形平行玻璃板上，一侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是（    ） A．条纹与边平行 B．乙图弯曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷 C．如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向侧移动 D．看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚 甲 D 20 A.干涉条纹是样板的上、下两个表面的反射光干涉形成的 B.当增加薄片厚度时，条纹间距会变小 C.当换用频率更高的单色光照射时，条纹间距不变 D.图丙中条纹弯曲处对应着被检查平面处是凹陷的 （多选）现将精度很高的标准玻璃板（样板）放在被检查工件上面，如图甲所示，在样板的左端垫薄片，使标准玻璃板与被检查工件平面之间形成一楔形空气膜。用平行单色光向下照射，检查不同平面时可观察到图乙或图丙的干涉条纹，下列说法正确的是( ) BD 21 (2023山东卷)一种干涉热膨胀仪原理图如图所示。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是(　 　)。 A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动 B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动 C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动 D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动 （24年山东卷）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（　　） A．滚珠b、c均合格 B．滚珠b、c均不合格 C．滚珠b合格，滚珠c不合格 D．滚珠b不合格，滚珠c合格 (薄膜干涉)如图所示,在一块平板玻璃上放置一薄凸透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单色光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到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凸透镜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.形成的干涉条纹是不等间距的 D.若将该装置放到真空中观察,就无法看到牛顿环 条纹越往外越密(θ越来越大) 24 (2021山东卷)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(　　) D 实验：用双缝干涉测量光的波长 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）纹间的距离x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足: ①d的测量：直接提供（已知） ②l 的测量：刻度尺 ③△x的测量：测量头 实验原理 双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺。 l 实验器材 放大作用 将点光源变成平行光，使光更集中 可观察到干涉条纹 将复合光变成单色光 相当于线光源 获得两束相干光源 防止外界光干扰实验 中心刻线 分划板 手轮 1.把长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏； 2.共轴：打开光源，在不放单双缝时，调节光源各元件高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度); 3.装缝：装好单缝和双缝(缝沿竖直方向) ①调节单、双缝，使缝平行且靠近，这时在屏上会看到白光的干涉图样； ②单、双缝距离适当5-10cm 实验步骤 5.调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度x1，将测量头朝右端移动，记下第 n 条亮纹中心位置 x2；则第1条亮纹与第 n 条亮纹中心间距为a=x2-x1，则相邻亮纹间距为： 6.已知双缝间的距离d，测出双缝到屏的距离 l,由 ，计算红光的波长。 4.放滤光片：在单缝前放滤光片，放上红色滤光片，观察红光干涉图样； 7.换用不同滤光片重复试验，观察条纹间距变化，求出相应波长。 实验步骤 31 第1条 第6条 数据处理 数据处理 ， ， ， 1.放置单缝和双缝时，必须使缝平行。否则干涉条纹不清晰 2.保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上，否则光屏上的光很弱。 3.选用的灯丝最好呈线状，与单缝平行且靠近，调整灯丝的实像平行地成在单缝上。 4.测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心。 5.要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求x。 6.若发现分划板刻线与条纹不平行，松开其紧固螺钉，旋转测量头方位，直至平行。 7.在同一次测量中不要反向旋转手轮。 8.注意单位换算和有效数字的保留。 注意事项 1．(1)测双缝到屏的距离 l 带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差． (2)通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差． 2．测条纹间距Δx带来的误差． (1)干涉条纹没有调到最清晰的程度． (2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心． (3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确． 误差分析 A.增大与 的间距 B.将黄光换为红光 C.将黄光换为紫光 D.减小双缝屏到光屏的距离 如图所示的双缝干涉实验，用黄光照射单缝 时，在光屏 上观察到干涉条纹。要得到相邻亮条纹间距更大的干涉图样，可以( ) 某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象,其中A为单缝屏,B为双缝屏,C为光屏。当让一束阳光照射A屏时,C屏上并没有出现干涉条纹,移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(　　) A.单缝S太窄 B.单缝S太宽 C.S到S1和S2距离不相等 D.阳光不能作为光源 B 38 若在调节过程中观察到如图戊所示的干涉条纹，则出现这种现象的原因可能是___。 A.单缝与双缝不平行 B.单缝与双缝的距离太近 C.安装设备时，没有调节光源的高度使光线把整个光屏都照亮 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $