第四章 第四节 光的干涉（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（粤教版）

该高中物理课件聚焦“光的干涉”，系统讲解双缝干涉现象及条件、条纹间距与波长关系、薄膜干涉及应用，通过托马斯·杨实验导入，衔接光的波动性，搭建从波的干涉到光的干涉的学习支架。 其亮点在于结合实验分析（如双缝干涉条纹推导）、应用实例（增透膜、平面平整度检查），渗透科学思维（模型建构、科学推理）与科学探究。通过讨论交流、易错辨析及分层练习，助学生深化物理观念，教师可依托此资料提升教学效率。

光的干涉 第四节 第 四 章 1.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(重点)。 2.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(重难点)。 3.通过实例分析，理解薄膜干涉及其应用(难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、光的双缝干涉现象及条件 二、条纹间距与波长的关系 三、薄膜干涉 < 一 > 光的双缝干涉现象及条件 1.光的双缝干涉现象 (1)1801年，物理学家 首次在实验室 成功观测到光的双缝干涉现象，直接证明了光 的 特性。 (2)实验现象 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 ，如果把单缝撤去，单色光直接照射在双缝上，则 (填“能”或“不能”)观察到该现象。 说明：单色光的干涉图样，是等间距的明暗相间的条纹。 托马斯·杨 波动 明暗相间的条纹 不能 2.光产生干涉的条件 (1)条件：两列光波的 ， ， ，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________ (或半波长的 )，即满足 明条纹：Δr=______________________ 暗条纹：Δr=(2k+1)(k=0，±1，±2，…) 频率相同 相位差恒定 振动方向相同 整数倍 奇数倍 kλ(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)=______________________ 暗条纹：Δ(nr)=(2k+1)(k=0，±1，±2，…) 说明：其中k为明(暗)条纹的级次；Δ(nr)为两列相干光到达明(暗)干涉条纹处的路径与 乘积的差值，叫作光程差。 kλ(k=0，±1，±2，…) 绝对折射率 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？ 讨论与交流 答案　通过双缝出来的光能保证频率相同、振动方向相同，同时两束光的相位差由屏到双缝的距离L以及双缝之间的距离d决定，故可以保证相位差恒定，从而满足干涉的条件——频率相同，振动方向相同，相位差恒定。 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。故两支激光笔发出的光不是相干光，在同一空间不出现干涉条纹。 (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。(　　) × × × 易错辨析 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1 √ 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。 　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2 答案　见解析 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。 返回 < 二 > 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。 说明：(1)条纹间距是指相邻两条明条纹(或暗条纹)中心之间的距离。 (2)对于不同颜色的光，波长不同，由Δx=λ知条纹之间的距离与光波的 波长成正比。对于同一装置，所用光源的波长越长，条纹之间的距离越大，即在可见光中，用红光时条纹之间的距离最 ，用紫光时条纹之间的距离最 。 大 小 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？ 讨论与交流 答案　会得到中央条纹是白色两侧为彩色条纹的干涉条纹，而且同一级条纹内紫外红。因为白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成明条纹，从而复合成白色条纹。两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。 (2024·广州大学附属中学高二月考)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.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光 例3 √ 根据光的干涉产生的条纹间距公式Δx=λ可知，增加S1与S2的间距，条 纹间距减小，A错误； 减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，B错误； 将绿光换成红光，波长增加，条纹间距增大，C正确； 绿光换成紫光，波长变小，条纹间距减小，D错误。 返回 < 三 > 薄膜干涉 1.薄膜干涉中相干光波的来源：薄膜前后两个表面 的两组光波。 2.由于 的作用，从膜的上部到膜的下部呈现楔形。在膜不同的地方，其内、外表面反射光的 不同，故总有一些地方的光程差满足明、暗条纹条件。 反射回来 重力 光程差 3.薄膜干涉的应用——增透膜 (1)特征：减少光的 损失，增强光的 强度。 (2)厚度与波长的关系：当光由空气射向镜头上的增透膜时，膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程为膜厚度的两倍。所以膜 厚度应为光在薄膜介质中波长的，使两反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d=(其中n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长)。 反射 透射 有人想利用薄膜干涉的原理设计一种“增反膜”来增加反射，减少透射，若膜的折射率为n，空气中的波长为λ，这种“增反膜”的厚度至少是多少？ 讨论与交流 答案　要使反射光加强，两列光波的光程差(大小等于薄膜厚度的2倍) 至少应等于光在薄膜中的波长λ'，即2d=λ'=，膜的厚度为光在薄膜中波长的，即d=。 (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 例4 √ 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。 干涉法检查平面平整度 1.如图甲所示，两平面之间形成一楔形空气薄层，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，空气层厚度相同的地方，两列波光程差相同，两列波叠加时相互加强或相互削弱的情况也相同。如果被测表面是平整的，得到的干涉图样必是一组平行的直线。如果被测表面某处凹陷，则对应明条纹(或暗条纹)向左弯曲，如图乙中P处所示；如果某处凸起，则对应明条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图乙中Q处所示。 总结提升 2.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。 总结提升 返回 < 四 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 D BD C B A AC D B B 题号 10 11 12 答案 AC (1)4.75×10-7 m　(2)3.65×10-7 m　9.13×10-8 m D 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 考点一　光的双缝干涉现象及条件 1.从两支手电筒射出的光照到同一点上时，看不到干涉条纹，因为 A.手电筒发出的光不是单色光 B.干涉图样太小，看不清楚 C.周围环境的漫反射光太强 D.两个光源是非相干光源 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 两只相同的手电筒发出的光包含各种频率不同的光，不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样，D正确，A、B、C错误。 2.(多选)已知白光中含有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，其波长依次减小。在杨氏双缝干涉实验中，如果 A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉 条纹 D.用白光作为光源，屏上将呈现彩色的条纹 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 用白光作为杨氏双缝干涉实验的光源，屏上将呈现彩色条纹，A错误，D正确； 用红光作为光源，屏上将呈现相间的红色条纹与暗条纹(即黑条纹)，B正确； 红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错误。 3.在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10-7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的单色光照射双缝，则 A.单色光的波长是2×10-7 m，P点出现暗条纹 B.单色光的波长是2×10-7 m，P点出现亮条纹 C.单色光的波长是5×10-7 m，P点出现暗条纹 D.单色光的波长是5×10-7 m，P点出现亮条纹 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 根据c=λf，则有波长λ== m=5×10-7 m，P点到双缝的路程差跟光的波长之比为n===1.5，即路程差为光的半波长的奇数倍， 因此P点出现暗条纹，故C正确，A、B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 考点二　条纹间距与波长的关系 4.(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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 5.(2024·佛山市纪念中学高二月考)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 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 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减小，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。 考点三　薄膜干涉 6.(多选)雨后，小明放学时发现马路积水的表面上浮有一层油膜的地方会呈现出彩虹似的颜色，从泡泡枪中吹出的肥皂泡上也有这样的彩色条纹。下列说法中正确的是 A.彩色条纹是光的干涉现象，说明光是一种波 B.彩色条纹是因为光穿过肥皂膜时发生了色散现象 C.出现彩色条纹是因为肥皂膜的厚度不同 D.光照射肥皂膜时，前后两个面反射回来的光不是相干光 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 马路上出现的彩色油膜和肥皂泡膜的彩色条纹都是光的干涉现象，不是光的色散造成的，光的干涉说明光是一种波，选项A正确，B错误； 不同位置的肥皂膜厚度不同，因此在膜上的不同位置，来自前后两个面的反射光的光程差不同，导致从肥皂膜的前后两面反射的光在不同位置相互加强从而出现明条纹，又由于太阳光是由许多不同颜色的单色光组成的，不同的光在不同的位置满足明条纹和暗条纹条件，不同颜色的光的明、暗条纹是错开的，因此肥皂膜出现彩色条纹，选项C正确； 光照射肥皂膜时，前后两个面反射回来的光频率相同，振动方向相同，具有稳定的光程差，是相干光，选项D错误。 7.(2024·佛山市高二期中)为了提高光的利用率，生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，原理如图所示，入射光会分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光发生干涉相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度；已知某单色光在薄膜中的波长为λ，则关于增透膜的最小厚度d，正确的是 A.d=λ B.d= C.d= D.d= √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 入射光分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，当光到薄膜的前表面和后表面的光程差为半波长的奇数倍时，两束反射光发生干涉相互抵 消，可知增透膜的最小厚度d=，故选D。 8.(2025·深圳市高二期中)如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，a≪l，镜面与光屏垂直。下列说法正确的是 A.若将光屏向右移动，光屏上条纹间距减小 B.若将平面镜向下移动一个微小距离，光屏上条纹 间距减小 C.若将平面镜向右移动，光屏上条纹间距增大 D.若将平面镜向右移动，光屏上条纹间距减小 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 S发出的光经平面镜反射后，相当于从S关于平面镜的对称点S'发出的，如图所示，两个光源是相干光源，两个光源的距离为2a，利用双缝干涉条纹间距公式可知，相 邻两条亮纹(或暗纹)间的距离为Δx=λ，若将光屏向右 移动，则l增大，光屏上条纹间增大，故A错误； 若将平面镜向下移动一个微小距离，则a增大，光屏上条纹间距减小，故B正确； 若将平面镜向右移动，则l、a均不变，光屏上条纹间距不变，故C、D错误。 9.如图所示，把一个上表面为平面、下表面为球面的凸透镜放在水平玻璃板上。现用单色光垂直于透镜的上表面向下照射，从上向下观察，可以看到一系列明暗相间的同心圆环状条纹，这些同心圆环状条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是 A.条纹是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面 反射光叠加形成的 B.条纹是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C.这是光的干涉现象，同心圆环状条纹间距相等 D.照射单色光的波长增大，相应条纹间距保持不变 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉条纹是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的；因为圆面是曲面不是平面，所以光程差不是均匀增加的，所以从凸透镜中心向外，圆环半径不是均匀增大，而是越来越密集，故B正确，A、C错误； 若照射单色光的波长增大，则会造成相应条纹间距增大，故D错误。 10.(多选)(2024·广东省深圳翠园中学高二月考)利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差(约为微米量级)，实验装置如图甲所示。T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶，A0为标准金属丝，直径为D0；A为待测金属丝，直径为D；两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹如图乙所示，测得相邻两条亮条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是 A.= B.A与A0直径相差越大，ΔL越大 C.轻压T1右端，若ΔL增大，则D>D0 D.A与A0直径相等时可能产生图乙中的干涉条纹 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 设两个具有标准平面的玻璃平晶之间的夹角为θ，由题意可知，tan θ= ，由空气薄膜干涉的条件可知2ΔLtan θ=λ，则ΔL==，故A正确； 由上述分析可知，A0与A直径相差越大，θ越大，ΔL越小，故B错误； 轻压T1右端，若ΔL增大，则θ减小，说明D>D0，故C正确； 当A与A0直径相等时，tan θ为0，不能形成题图乙中的干涉条纹，故D错误。 11.一实验小组用某一单色光做双缝干涉实验时，在距离双缝为1.0 m处的光屏上，测得1至5条亮条纹间的距离为7.6 mm。已知所用的双缝间距为0.25 mm。 (1)求这种单色光的波长； 答案　4.75×10-7 m 条纹间距Δx= m=1.9×10-3 m， 因Δx=，则λ=Δx 代入数据解得单色光的波长λ=4.75×10-7 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 (2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则这种光在增透膜中的波长是多少？增透膜的厚度至少应取多少？(结果均保留3位有效数字) 答案　3.65×10-7 m　9.13×10-8 m 因n===，则该光在增透膜中的波长 λ'== m≈3.65×10-7 m 增透膜的厚度至少为d'== m≈9.13×10-8 m。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 12.(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 尖子生选练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 返回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 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时此处为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为λ，在题图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，则薄膜的厚度变化率逐渐变小，因条纹宽度逐渐变宽，则厚度不是均匀变小，故选D。 本课结束 第 四 章 $