4.3 光的干涉（教学课件）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，涵盖双缝干涉条件、条纹与波长关系及薄膜干涉应用。课堂导入通过肥皂膜和油膜彩色条纹现象，结合波的干涉知识，搭建旧知与新知的学习支架。 其亮点在于以新课标核心素养为导向，学习目标分物理观念、科学思维等维度，探究新知通过实验现象分析和公式推导培养科学推理与模型建构能力，课堂练习结合实例强化科学论证。学生能提升逻辑思维与问题解决能力，教师可借助清晰结构高效教学。

第四章 光 人教版（2019）选择性必修 第一册 3 光的干涉 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 依托光波理想化模型，理解光的干涉现象，知道干涉是波的特有现象；认识相干光源的概念，理解产生光干涉的条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 理解双缝干涉条纹的形成机理，掌握双缝干涉条纹间距公式，分清亮纹、暗纹产生的条件；理解薄膜干涉的成因，区分增透膜、增反膜的原理；认识光的干涉本质是光波的叠加；能辨析干涉与光的反射、衍射现象的区别，建立光的波动性观念，为干涉在测量等实际应用建立认知。 科学思维 构建 “光源‑双缝‑光屏” 光路模型；运用叠加原理模型推理，分析两列相干光波相遇区域振动加强、振动减弱的逻辑；结合几何关系推导双缝干涉条纹间距公式；利用光路示意图，数形结合分析薄膜干涉光程差变化规律；通过对比分析，辨析什么条件出现亮条纹、什么条件出现暗条纹；借助模型解释肥皂膜干涉、薄膜增透等现象，锻炼运用波动光学模型开展抽象推理、逻辑辨析的能力。 科学探究 以小组形式开展双缝干涉动手探究实验；利用激光光源、双缝、遮光筒、光屏，观察双缝干涉明暗相间条纹；多次改变双缝间距、双缝到屏的距离、入射光波长，观测条纹间距的变化；估测光波波长；做单色光与复色光（白光）干涉对照实验；记录实验现象，归纳干涉产生条件与条纹间距规律；排查光源亮度不足、双缝不平行、装置偏移带来的实验误差，提升现象观察、动手操作、变量控制、对比归纳的探究能力。 科学态度与责任 完整经历实验操作、现象观察、数据估测、规律归纳、误差分析完整流程；体会理想化波动模型在研究光干涉中的作用；理性看待光源缺陷、仪器偏差带来的现象偏差，养成尊重客观实验事实、严谨求实的科学习惯；了解光干涉原理在精密测量、检测工件平整度、镀膜技术、光谱分析等生活工程场景的应用；感受波动光学技术对精密工业、现代科技发展的价值，建立物理服务社会的意识。。 学习目标 光的双缝干涉 01 教学内容 干涉条纹和光的波长之间的关系 02 薄膜干涉 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 掌握光的干涉产生条件，理解相干光源的概念，明确亮纹、暗纹的形成机理。 会利用双缝干涉条纹间距公式进行简单计算，能够识别双缝干涉、薄膜干涉现象。 结合光程差几何关系分析干涉条纹，区分光的干涉、衍射与反射现象，理解薄膜干涉中的半波损失问题。 重点难点 课堂导入——观察与思考 肥皂膜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。 这些彩色条纹或图样是怎样形成的？ 课堂导入——观察与思考 两列频率相同的水波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强,而在某些区域振动减弱;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。 干涉现象是波动独有的特征，光是一种电磁波，那么光也应该能发生干涉现象。怎样才能观察光的干涉现象呢？ 01 PART 01 第一部分 光的双缝干涉 探究新知 8 探究新知——问题与思考 光要发生干涉现象需要满足什么条件？ 频率和振动情况一致 相干光源 有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？ 天才的设想 巧妙解决了相干光问题 光束 单缝 双缝 红滤色片 (激光) 屏幕 s0 s1 s2 托马斯·杨 杨氏双缝实验被评为十大最美丽实验之一。 探究新知——光的双缝干涉 演示实验：观察光的干涉现象 探究新知——光的双缝干涉 实验现象分析 一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。 S 1 S 2 * * 屏幕 单色激光束 探究新知——光的双缝干涉 什么时候出现亮条纹，什么时候又出现暗条纹呢？ 红滤色片 单缝 S 1 S 2 S * * * 屏幕 探究新知——光的双缝干涉 S1 S2 P δ=0 由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动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，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。 实验现象解读——亮纹 P 中央亮纹 双缝 S1 S2 屏幕 探究新知——光的双缝干涉 实验现象解读——亮纹 S1 S2 P1 λ δ=λ 取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出现第一条亮纹。 P1 第一亮纹 双缝 S1 S2 屏幕 探究新知——光的双缝干涉 P2 第二 亮纹 双缝 S1 S2 屏幕 2λ 实验现象解读——亮纹 P3 第三 亮纹 双缝 S1 S2 屏幕 3λ 屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝4λ的P2点，δ= S1－S2＝5λ的P3点……等处的第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P的下方可找到δ= S1－S2＝λ的P1/点，δ= S1－S2＝2λ的P2/点，δ= S1－S2＝3λ的P3/点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。 探究新知——光的双缝干涉 由此可以得出出现亮条纹的规律是什么？ 双缝 S1 S2 屏幕 P1 第一亮纹 δ=λ P 中央亮纹 δ=0 P2 第二亮纹 δ=2λ P3 / 第三亮纹 δ=3λ P3 第三亮纹 δ=3λ P2 / 第二亮纹 δ=2λ P1 / 第一亮纹 δ=λ n=0、1、2、3…… 亮纹规律： 光程差是半波长的的偶数倍或波长的整数倍时出现亮条纹。 探究新知——光的双缝干涉 实验现象解读——暗纹 Q1 第一暗纹 双缝 S1 S2 屏幕 λ/2 P 中央亮纹 S1 S2 P1 λ/2 取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。 探究新知——光的双缝干涉 实验现象解读——暗纹 Q2 第二暗纹 双缝 S1 S2 屏幕 3λ/2 Q1 P 中央亮纹 屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗纹。 探究新知——光的双缝干涉 Q2 第二暗纹 Q 1 第一暗纹 Q3 第三暗纹 Q3 / 第三暗纹 Q2 / 第二暗纹 Q1 / 第一暗纹 δ=5λ/2 δ=λ/2 δ=3λ/2 δ=5λ/2 δ=3λ/2 δ=λ/2 双缝 S1 S2 屏幕 P1 第一亮纹 δ=λ P 中央亮纹 δ=0 P2 第二亮纹 δ=2λ P3 / 第三亮纹 δ=3λ P3 第三亮纹 δ=3λ P2 / 第二亮纹 δ=2λ P1 / 第一亮纹 δ=λ 由此可以得出出现暗条纹的规律是什么？ 暗纹规律： n=0、1、2、3…… 光程差是半波长的的奇数倍时出现暗条纹。 探究新知——典例分析 【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)？ 探究新知——典例分析 【解析】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。故用频率为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 PART 02 第二部分 干涉条纹和光的波长之间的关系 探究新知 22 探究新知——亮（暗）纹间距的公式推导 如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为与波长有什么关系？ 在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1， 有：r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ) ① 另：x＝ltan θ≈lsin θ ② 当两列波的路程差为波长的整数倍，即 时才会出现亮条纹，亮条纹位置为： 相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为 S1 S2 P1 P l 探究新知——亮（暗）纹间距的公式推导 相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为 S1 S2 P1 P l d （2）双缝之间的距离d: （3）双缝与屏间的距离 l : 波长越大，相邻的亮纹间距越大 （1）波长λ: d越小，相邻的亮纹间距越大 l越大，相邻的亮纹间距越大 由此可以得出，相邻明（暗）纹间的距离大小受哪些因素的影响？ 探究新知——干涉条纹和光的波长之间的关系 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 （1）相同介质中，不同的光波长不同：λ红>λ橙>λ黄>λ绿>λ青>λ蓝>λ紫 （2）相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同： Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫 2、不同单色光干涉条纹宽度： 同一个装置，不同单色光干涉条纹宽度大小规律是怎样的？ 探究新知——干涉条纹和光的波长之间的关系 3.白光的干涉图样特点： 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？ 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亮条纹，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。 探究新知——典例分析 【例2】某同学利用图示装置探究双缝干涉，S为某一频率的光源，双缝之间的距离为d，双缝与光屏之间的距离为l，A0为光屏的中心。SA0⊥S1S2。则下列判断正确的是 A.若仅将S沿中线向右平移少许，则相邻两亮 条纹的间距将减小 B.若仅增大光源的频率，则相邻两亮条纹的 间距将减小 C.若仅增大l，光屏上相邻两亮条纹的间距将减小 D.若仅在双缝和光屏之间充满某种透明介质，则相邻两亮条纹的间距将 增大 探究新知——典例分析 【解析】在光的双缝干涉实验中，相邻两亮条纹或暗条纹间距公式Δx=λ，光源S沿中线平移，不会影响l、λ、d三个数值，相邻两亮条纹的间距不变，A错误； 仅增大光源的频率时，光的波长减小，则相邻两亮条纹间距将减小，B正确； 若仅增大l，光屏上相邻两亮条纹的间距将增大，C错误； 在双缝和光屏之间放入某种介质，光在介质中的波长λ减小，所以相邻两亮条纹的间距将减小，D错误。 03 PART 03 第二部分 薄膜干涉 探究新知 29 探究新知——观察与思考 观察实验：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。 现象：观察到灯焰的像出现了明暗相间的干涉条纹。 该条纹是怎样形成的？ 该条纹是由液膜前后两个面反射的光相互叠加发生干涉形成的。 探究新知——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，产生干涉。 薄膜干涉成因 前表面 后表面 探究新知——薄膜干涉 光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。 光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。 白光照射时是彩色条纹 探究新知——薄膜干涉的应用 1.检查表面的平整程度 如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。 (a) (b) (c) 单色光 标准样板 薄片 被检测平面 探究新知——薄膜干涉的应用 2.增透膜 因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。 照相机的增透膜 镀层薄膜 在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。 探究新知——薄膜干涉的应用 3.牛顿环 将一块半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。 空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。 探究新知——典例分析 【例3】 (多选)(2025·郑州市高二期中)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，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。如图乙所示，将一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将单色光从上方入射，可以看到明暗相间的条纹。下列说法正确的是 A.图甲中的环状条纹内疏外密 B.图甲中的环状条纹间距相等 C.图乙中仅增加薄片厚度，条纹间距减小 D.图乙中仅增大入射光频率，条纹间距增大 探究新知——典例分析 【解析】从空气膜的上下表面反射的两列光为相干光，空气膜以中心为圆心的圆周各点是等厚的，则干涉条纹是环状条纹，由薄膜干涉的条纹间距Δx=可知，从中心到边缘平薄凸透镜与平板间的夹角θ变大，tan θ增大，条纹间距将减小，干涉条纹越来越密集，为内疏外密的环状条纹，故A正确，B错误； 仅增加薄片厚度，tan θ增大，条纹间距将减小，故C正确； 仅增大入射光频率，则波长变小，条纹间距减小，故D错误。 课堂小结 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 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf58.20.100 1.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(　　) A. B. C. D. 2.（2025-2026·河北邢台高二下期中）把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示。这时可以看到明暗相间的条纹。下列关于条纹的说法正确的是(  ) A.观察薄膜干涉条纹时，眼睛应在入射光的另一侧 B.干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C.干涉条纹是光在空气劈尖膜的上、下两表面反射形成的两列光波叠加的结果 D.将上玻璃板平行上移，条纹可能向任意方向移动 3.（2025·重庆卷）杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为l，波长为λ的激光垂直入射到双缝上，在屏上出现如图所示的干涉图样。某同学在光屏上标记两条亮纹中心位置并测其间距为a，则 （      ）  A.相邻两亮条纹间距为 B.相邻两暗条纹间距为 C.双缝之间的距离为λ D.双缝之间的距离为λ 4.（2024-2025·河南南阳高二下期末）如图所示，将平板玻璃1放置在另一平板玻璃2之上，在一端加入两张纸片，用单色光从上面照射，可以观察到明暗相间的条纹。图中a、b为平板玻璃1的上、下表面，c、d为平板玻璃2的上、下表面，则（  ） A.明暗相间的条纹是由b、c面上的反射光干涉形成的 B.明暗相间的条纹是由a、d面上的反射光干涉形成的 C.若抽出一张纸，则条纹间距变大 D.若抽出一张纸，则条纹间距变小 5.（2023-2024·四川高二月考）光的干涉现象在技术中有重要应用，例如：在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度。如图甲所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，从样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线(如图乙)，则(　　) A.若要使条纹变疏，可以将薄片向左移动 B.如果干涉条纹如图丙所示发生弯曲，就表明被测平面表面弯曲对应位置向下凹 C.将样板平行上移，条纹向着劈尖移动 D.用黄光照射形成的干涉条纹间距比用绿光照射时小 $