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

今天为大家示范的实验室，光的双缝干涉实验。本次实验我们将通过以下几个环节来了解光的双缝干涉现象。一认识激光光学演示仪。2、用激光光学演示仪演示光的干涉现象。在实验中我们需要用到以下实验器材，激光光学演示仪公平。首先我们认识一下激光光学演示仪。激光光学演示仪的构造主要由激光源、反光镜、金属挡板构成。激光源射出的光线经过反光镜的反射，再射到金属挡板上进行实验。把激光光学演示仪放在桌面上，打开电源开关，调整反光镜，是红色激光照射到金属挡板上的两条平行的狭缝上。然后将光屏放置在激光光学演示仪的右边，在光屏上可以看到等间距的明暗相间的条纹，调节光屏到金属挡板的距离，可以观察到光屏与金属挡板的距离越大，条纹间距越大。在该实验中用激光照射在金属挡板的双缝上，通过双缝的光就成了两个相干波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的这两个波源发出的光在挡板后面的空间相互叠加，发生了干涉现象。来自两个波源的光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的光屏上得到明暗相间的条纹，实验结束。 在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯宴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夜膜。把这层夜膜当做一个平面镜，用它观察灯焰这个像与直接看到的灯焰有什么不同。灯焰的像是夜魔前后两个面反射的光共同形成的。 nullnull 学习目标 通过观察演示实验，知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件 01 通过对干涉现象的分析，理解产生明暗条纹的条件，知道条纹间距与波长的关系 02 重点 03 通过实例分析，理解薄膜干涉及其应用 难点 重难点 雨后公路积水上面漂浮的油膜、肥皂膜看起来常常是彩色的。 这些彩色条纹或图样是怎样形成的？ 公司logo 公司logo 情境导入 干涉的条件 什么是干涉现象？ 峰峰(谷谷)相遇 频率相同、振动方向相同，相位差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某一些区域的振动始终减弱，并且振动加强和减弱区域相互间隔。 峰(谷)相遇 特点 公司logo 公司logo 知识回顾 光的本性学说的发展史 牛顿 微粒说 惠更斯 波动说 怎样才能观察到光的干涉呢？ 干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象。 公司logo 公司logo 情境导入 01 光的双缝 干涉现象及条件 光束 单缝 双缝 红滤色片 (激光) 屏幕 s0 s1 s2 1. 1801年，物理学家托马斯·杨首次在实验室成功观测到光的干涉现象，直接证明了光的波动特性。 光的双缝干涉现象 公司logo 公司logo 核心知识 2. 实验现象 如果把单缝撤去，单色光直接照射在双缝上，则不能观察到该现象 将一束单色光照射在单缝上，单缝上的光从不同的路径照射到双缝上，在平行于双缝的屏上观察到了明暗相间的条纹 公司logo 公司logo 核心知识 光产生干涉的条件 1.两列光波的频率相同，向相位差恒定，振动方向相同——相干光波 可以吗？ NO! 公司logo 公司logo 核心知识 白光 单缝 双缝 屏幕 红色滤色片  紫色滤色片  频率、相位和振动方向相同 两个光源 明暗相间的干涉条纹 公司logo 公司logo 核心知识 2.明、暗条纹的判断 光产生干涉的条件 P ΔS S1 S2 P0 中央亮纹:Δr=0 P1 第一亮纹:Δr=λ λ P1 第一亮纹:Δr=λ 2λ P2 第二亮纹:Δr=2λ P2 第二亮纹:Δr=2λ 公司logo 公司logo 核心知识 12 当P1点外移时，设缝宽为a，d=asina将变大（看图中三角形） 12 P Δr S1 S2 P0 中央亮纹：Δr=0 P1 第一亮纹：Δr= P1 第一亮纹：Δr= P2 第二亮纹：Δr=2 P2 第二亮纹: Δr=2 2.明、暗条纹的判断 光产生干涉的条件 绝对折射率为n的介质中 其中k为明(暗)条纹的级次； 为光在绝对折射率为n的介质中的波长； 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。 公司logo 公司logo 核心知识 13 当P1点外移时，设缝宽为a，d=asina将变大（看图中三角形） 13 1.杨氏双缝干涉实验为什么采用双缝？是为了满足干涉的哪个条件？ 强光 单缝 双缝 屏幕 s0 s1 s2 获得线光源，使光源有唯一频率和相同振动情况 获得相干光源：两个频率、振动方向相同，相位差恒定 L d 公司logo 公司logo 思考与讨论 2.为什么两支激光笔发出的激光照射到屏上无法产生干涉？ 答案　两支激光笔即使相同，只能保证激光的频率相同，而激光笔发出的光的初相位由每支笔发光的随机性决定，因而它们发出的光相位差不恒定。不满足干涉产生的条件，因此看不到干涉图样。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (1)发生干涉的两束光的振幅必须相同。(　　) (2)在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有发生干涉。(　　) (3)双缝干涉实验中，光屏上距两缝的光程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹。(　　) × × × 辨析 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)，已知红光与绿光的频率、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，其他颜色的双缝干涉条纹仍然 存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 D.至少有一种颜色的双缝干涉条纹 √ 例题 两列光波发生干涉的条件之一是频率相同，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不同，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，故选项C正确。 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？分别为第几条亮条纹或暗条纹(光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s)？ 例题 双缝S1、S2到光屏上P点的距离之差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，Δr＝λ2。 可知，用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹，且为第一条亮条纹(不包含中央亮条纹)；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为第二条暗条纹。 02 条纹间距与波长的关系 如图所示，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，则由数学知识可得双缝干涉中相邻明条纹或暗条纹间的距离为Δx=λ。 公司logo 公司logo 思考与讨论 单色光波长：λ 挡板 屏 d：双缝间距 L：挡板到屏的距离 在线段P1S2上作P1M＝P1 S1 由几何知识得 r2－r1＝d sin θ x＝L tan θ≈Lsin θ 消去 sin θ r2－r1＝d d ≪ L 条纹间距的公式推导 亮条纹：d ＝ k λ (k ＝ 0，±1，±2 …) 亮条纹中心的位置为：x ＝ kλ 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是： ∆ x ＝ λ 公司logo 公司logo 思考与讨论 不同颜色光的图样特点 公司logo 公司logo 观察与思考 一、变力做功 波长 干涉条纹间的距离与光波的波长成正比 红光时条纹之间的距离最长，用紫光时条纹之间的距离最小 波长范围 红光：625~740nm 橙光：590~610nm 黄光：570~585nm 绿光：492~577nm 蓝光：440~475nm 靛光：420~440nm 紫光：380~420 nm 红光干涉条纹 蓝光干涉条纹 公司logo 公司logo 核心知识 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？ 1.明暗相间的彩色条纹； 2.中央为白色亮条纹； 3.干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； 4.在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。 公司logo 公司logo 思考与讨论 3.(多选)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以 A.减小S1与S2的间距 B.减小双缝到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将整个装置放在水中 √ √ 例题 根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距变大，A正确； 根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，减小双缝到屏的距离，即l减小，则干涉条纹间距变小，B错误； 根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，将绿光换为红光，波长变长，即λ变大，则干涉条纹间距变大，C正确； 光进入水中波长变短，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知，波长变短，则干涉条纹间距变小，D错误。 薄膜干涉 03 你知道阳光下彩色泡泡的秘密吗？ 公司logo 公司logo 情境导入 薄膜干涉现象 公司logo 公司logo 观察与思考 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。 前表面 后表面 薄膜干涉 1.薄膜干涉中相干光的来源： 薄膜前后两个表面反射回来的两组光波。 2.薄膜干涉的原理： 光照在厚度不同的薄膜上时，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹； 在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。 公司logo 公司logo 核心知识 3.薄膜干涉的应用-----增透膜 (1)特征：减少光的反射损失，增强光的透射强度 (2)厚度与波长的关系：薄膜的前后表面反射的两列光波形成相干光源，路程差为膜厚度的两倍。 2d＝ 得d＝ 入射光 出射光 镜 片 增透膜 相互削弱 当膜的折射率为n时 ＝ 得 d＝ 公司logo 公司logo 核心知识 4.(2024·惠州市惠阳区丰湖高级中学高二月考)光的干涉现象在技术中有许多应用。如图所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，若在被检平面上有一处凸起，则观察者从上往下看到的干涉条纹可能为 干涉条纹为竖直方向，如果被检测的平面某处凹下，则对应明条纹(或暗条纹)提前出现，如果某处凸起，则对应的条纹延后出现，因此若被检平面上有一处凸起，则对应的条纹延后出现，故选D。 √ 例题 干涉法检查平面平整度 公司logo 公司logo 总结提升 用单色光从上向下照射，空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，于是从反射光中看到干涉条纹。 ①如果被检表面是平整的，得到一组平行的直线干涉图样； ②如果某处凹下或凸起，得到的干涉条纹就是不平行的 公司logo 公司logo 总结提升 在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的光程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉。 干涉法检查平面平整度 公司logo 公司logo 总结提升 光的双缝干涉 图样：等间距明暗相间条纹 薄膜干涉 光屏到双缝距离越大、双缝间距越小、波长越大、条纹间距越大 条件：频率和振动方向相同、相位差恒定 原理：薄膜前后两面的反射光叠加产生的干涉 应用： 检查平面的平整度 增透膜 增反膜 干涉条纹和光的波长之间的关系 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! EVCapture4.2.3软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.29.100 $null