4.3 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

该高中物理课件聚焦光的干涉，涵盖双缝干涉的实验装置、干涉条件、图样特点及条纹间距规律，以及薄膜干涉的成因和应用。通过肥皂泡与油膜彩色现象导入，结合水波干涉复习，搭建新旧知识联系的学习支架。 其亮点在于以杨氏双缝实验为核心，通过实验探究与理论推导培养科学思维，结合增透膜、表面检查等应用实例深化物理观念。采用问题驱动、典例分析及系统小结，帮助学生理解光的波动性，教师可高效开展教学。

第四章 机械波 3 光的干涉 授课教师：XXX 人教版（2019）高中物理（选择性必修一） 思考1：为什么肥皂泡和雨后路上的油膜是彩色的呢？ 思考2：这些彩色的图样是怎样形成的？ 新课引入 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。 思考：光也是一种电磁波，怎样能观察到光的干涉现象呢？ 复习回顾 1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。 一、光的双缝干涉 杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一 获得相干光 激光（单色光）可以直接照射双缝 滤光片也可以获得单色光 一、光的双缝干涉 获得单色光 获得线光源 获得两列频率、相位、 振动方向相同的相干光 1. 实验装置： ①双缝到单缝的距离相等 ②双缝很近d=0.1mm 一、光的双缝干涉 2. 实验过程： 单色激光束 屏 S1 S2 亮条纹的中心线 亮条纹的中心线 暗条纹的中心线 暗条纹的中心线 双缝 3. 图样特点： ① 明暗相间② 等间距③ 中央亮条纹 一、光的双缝干涉 叠加（振动）加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。 7 P Δs = P1S2－P1S1 光程差： S1 S2 P1 P 思考：亮条纹和暗条纹为什么相间（依次出现）呢？ d 一、光的双缝干涉 中央明条纹形成的原因 S1 S2 P P 中央亮纹 在P点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，故出现亮条纹。 双缝 S1 S2 屏幕 光程差：Δs = S1P - S2P = 0 一、光的双缝干涉 S1 S2 P1 P Δs S1 S2 P1 Δs=λ 光程差Δs = λ ，S1、S2在P1处步调相同，该点振动加强——明条纹 一、光的双缝干涉 第一条亮纹形成的原因 10 S1 S2 P1 P Δs S1 S2 P1 Δs=λ/2 光程差Δs = λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱——暗条纹 第一条暗纹形成的原因 一、光的双缝干涉 Δs = P1S2－P1S1 光程差： S1 S2 P1 P Δs Δs = 2n 亮条纹： Δs = (2n+1) 暗条纹： (n=0、1、2、3……) (n=0、1、2、3……) 思考：光的双缝干涉实验，有力的证明了光的什么特性？ 一、光的双缝干涉 规律总结 说明光是一种波 【典例1】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)？ 一、光的双缝干涉 一、光的双缝干涉 【解析】双缝S1、S2到光屏上P点的路程之差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。 思考：不同颜色的单色光产生的干涉条纹会有什么不同？干涉条纹的间距(条纹宽度)能反映出光的波长、频率等信息吗？ 双缝 S1 S2 屏幕 △x △x 条纹间距△x：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。 保持L、d不变 L d 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 r2-r1 = dsinθ 两列波的路程差为波长的整数倍，即： (n = 0,1,2…)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: x = ltanθ ≈ lsinθ 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 理论推导 1. 相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素： ②双缝间距d ③双缝与屏的距离l ①波长λ 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 相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同：红光到紫光依次减小 2. 不同单色光干涉条纹宽度： 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 思考：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？ 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 ①明暗相间的彩色条纹 ④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧 ③干涉条纹以中央亮纹为对称排列 ②中央为白色亮条纹 3. 白光干涉图样特点： 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 【典例2】(多选)(2024·泰州市高二期末)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 √ √ 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 【解析】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。 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 三、薄膜干涉 观察：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。 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，发生干涉。 1. 薄膜干涉成因： 光程差为半波长偶数倍——亮条纹 光程差为半波长奇数倍——暗条纹 三、薄膜干涉 前表面 后表面 光程差=薄膜厚度×2 因为出现明暗条纹的原因是薄膜厚度的差异，在实验中，由于重力原因，它只会产生垂直方向的厚度差，而同一厚度的地方会产生一条连续的条纹。 24 照相机的增透膜 增透膜 薄膜厚度 从薄膜前后两表面反射回来的光路差恰好等于半波长，干涉相消，减小了反射光的能量，增加透射光的能量。 三、薄膜干涉 2. 薄膜干涉的应用1：照相机增透膜 在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长。它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。 25 透明标准样板 待检部件 空气薄层 三、薄膜干涉 2. 薄膜干涉的应用2：检查表面的平整程度 取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹。 若某处凹下，则对应的亮（暗）条纹提前出现，如图甲所示； 若某处凸起,则对应的亮（暗）条纹延后出现，如图乙所示。 逆时针转90 顺时针转90 26 【典例3】(多选)(2025·河北省高二期中)如图甲所示，将一个凸透镜的弯曲表面放置在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到如图乙所示的亮暗相间的同心圆，这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫作牛顿环。对于图甲所示的装置，下列做法中能使得同一级牛顿环的半径变大的是 A.对凸透镜施加一极小的向下的压力 B.对凸透镜施加一极小的向上的拉力 C.使用波长更长的单色光照射 D.使用波长更短的单色光照射 √ √ 三、薄膜干涉 【解析】根据薄膜干涉产生的原理，可知当薄膜厚度的2倍等于单色光波长的整数倍时，在薄膜的上表面会出现亮条纹，当薄膜厚度的2倍等于单色光半个波长的奇数倍时，在薄膜上表面会出现暗条纹；对凸透镜施加一极小的向下的压力，会使凸透镜的曲率半径变大，薄膜厚度增加缓慢，所以干涉条纹间距会变宽；若单色光的波长更长时，相邻条纹间距会变宽。故选A、C。 三、薄膜干涉 根据我们刚才学习的薄膜干涉的知识，你是否可以解释为什么肥皂泡和雨后路上的油膜是彩色的呢？ 三、薄膜干涉 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…… 明条纹： 暗条纹： n=0、1、2、3…… 条纹间距： 薄膜干涉及应用：①照相机镜头的增透膜 ②检查工件表面平整度 课堂小结 1. (2024·辽阳市高二期末)如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，O点出现中央亮条纹，光屏上的P点到双缝的距离之差r2－r1＝，已知光速为c，从O点向上数，P点应出现 A.第一条亮条纹 B.第四条暗条纹 C.第二条暗条纹 D.第三条暗条纹 √ 当堂巩固 【解析】由题意可知单色光的波长为λ＝，光屏上的P点到双缝的距离之差为r2－r1＝λ，可知P点应出现第三条暗条纹。故选D。 2. (2023·江苏卷)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的 A.倍 B.倍 C.2倍 D.3倍 √ 【解析】根据双缝干涉条纹间距与波长的关系 有Δx＝λ，由题图知Δx乙＝2Δx甲，则d乙＝d甲，故选B。 当堂巩固 3.(2024·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 √ 当堂巩固 【解析】单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面和下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，路程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的路程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的路程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格，故选C。 当堂巩固 4. (多选)(2024·东营市高二期末)某同学观察肥皂膜干涉现象，用铁丝圈蘸取肥皂液，由于受重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的楔形，截面如图所示。用黄光从左侧照射肥皂膜，下列说法正确的是 A.肥皂膜上形成相互平行的横条纹 B.应从肥皂膜右侧观察干涉图样 C.干涉条纹的分布上疏下密 D.换用蓝光照射，条纹间距变大 √ √ 当堂巩固 【解析】薄膜干涉是薄膜前后两个面的反射光叠加产生的，肥皂膜上形成相互平行的横条纹，应该从入射光的同侧观察，即从肥皂膜左侧观察干涉图样，故A正确，B错误； 任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是，由于薄膜不是均匀增厚的，从上到下薄膜厚度增加地越来越快，故明暗相间的条纹不是等间距的，而是上疏下密，故C正确； 换用蓝光照射，则波长变短，条纹间距变小，故D错误。 当堂巩固 5. (2025·河北省高二期中)如图所示的实验装置中，单色线光源S垂直纸面水平放置，平面镜水平放置在桌面上。单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上，下列说法正确的是 A.由于光源在镜子上方，因此光屏上不能呈现条纹 B.光屏上的条纹会与平面镜镜面平行，这是光的衍射现象 C.将光屏沿水平方向远离线光源S，相邻条纹间距减小 D.将线光源S沿竖直方向靠近平面镜，相邻条纹间距增大 √ 当堂巩固 【解析】根据光的反射，可知通过水平放置的平面镜反射的光可等效为光源在平面镜中所成的虚像发出的光，即可以将光源和其虚像等效为双缝干涉中的双缝，即类似于双缝干涉装置，故能在光屏上观察到与平面镜镜面平行的干涉条纹，属于光的干涉现象，故A错误； 以上分析可知，光屏上的条纹会与平面镜镜面平行，属于光的干涉现象，故B错误； 根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，将光屏沿水平方向远离线光源，相当于增大了l，故相邻条纹间距变大，故C错误； 将线光源沿竖直方向靠近平面镜，相当于减小d，相邻条纹间距增大，故D正确。 当堂巩固 6. (2024·济南市高二期末)如图所示为双缝干涉装置示意图，双缝到光屏的距离为L，双缝的中垂线与光屏交于O点。某种单色光照射到双缝上，观察到光屏上O处为第0级亮纹的中心位置，A点为第2级亮条纹的中心位置，图中黑色表示亮条纹。现将光屏缓慢向左平移，该过程中A点由亮变暗的次数为 A.4次 B.3次 C.2次 D.1次 √ 当堂巩固 【解析】根据双缝干涉条纹间距公式有Δx1＝λ，令A到O的间距为h，则有h＝2Δx1，光屏缓慢向左平移，则有Δx2＝λ，解得＝4，因原来OA之间有2条暗纹，现在变为4条暗纹，可知该过程中A点由亮变暗的次数为2次。故选C。 当堂巩固 Lavf58.30.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.30.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $