4.4 光的干涉 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的干涉，涵盖双缝干涉现象、条纹规律及薄膜干涉应用，通过肥皂泡、油膜彩色条纹等生活现象导入，结合机械波干涉知识回顾，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点是以杨氏双缝实验为核心，通过实验装置分析、光程差推理等科学思维活动，结合劈尖干涉检查平整度、增透膜计算等实例，培养学生物理观念与科学探究能力。结构化小结梳理知识脉络，助力学生系统认知，也为教师提供清晰教学逻辑和丰富实例。

第四章 光及其应用 粤教版 选择性必修一 第四节 光的干涉 1 牛顿 微粒说 光的本性学说的发展史 惠更斯 波动说 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 干涉现象？干涉条件？ 知识回顾 机械波的干涉 水波的干涉 两列频率相同,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(波峰与波峰、波谷与波谷叠加)，某些区域的振动始终减弱(波峰与波谷叠加)，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。 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 思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？ 思考2：怎样可以获得满足条件的两列光波？ —— 相干光源 一、光的双缝干涉现象 两列光波的频率相同,振动方向相同,相位差恒定 天才的设想 单色光束 单缝 双缝 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。 一、光的双缝干涉现象 获得相干光源 (两列光波频率、振动情况相同) 获得线光源 (频率相同) (振动方向相同) 杨氏双缝干涉实验 滤光片 单缝 双缝 S1 S S2 屏 —— 证明光是一种波 1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到光的干涉 一、光的双缝干涉现象 杨氏双缝干涉实验 等间距、 中央亮条纹 特点：明暗相间、 为什么产生这样的干涉条纹？ ①若P点为振动加强点： （n = 0,1,2,……） 则有P点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍或半个波长的偶数倍。 加强点和减弱点的分布规律(两波源初相位相同) ②若P点为振动减弱点： 则有P点到两列波的波源的距离差等于半个波长的奇数倍。 （n = 0,1,2,……） 知识回顾 二、对光的双缝干涉现象的解释 S1 S2 双缝 屏幕 中央亮纹 P0 S1 S2 P0 光程差δ = S2P0－S1P0 =0 干涉条纹的形成原因分析: 二、对光的双缝干涉现象的解释 S1 S2 双缝 屏幕 λ S1 S2 P1 λ 第一亮纹 P1 中央亮纹 P0 S1 S2 P0 光程差δ = S2P1－S1P1 =λ 光程差δ = S2P0－S1P0 =0 干涉条纹的形成原因分析: 9 二、对光的双缝干涉现象的解释 S1 S2 双缝 屏幕 光程差δ = λ 第一亮纹 λ P1 中央亮纹 P0 光程差δ = 0 第二亮纹 P2 光程差δ = 2 λ 第三亮纹 P3 光程差δ = 3 λ 第一亮纹 P1’ 光程差δ = - λ 第二亮纹 P2’ 光程差δ = - 2 λ 第三亮纹 P3’ 光程差δ = - 3 λ 当光程差 δ = k λ ，出现亮纹 干涉条纹的形成原因分析: 10 二、对光的双缝干涉现象的解释 S1 S2 双缝 屏幕 光程差δ = λ 第一亮纹 λ P1 中央亮纹 P0 光程差δ = 0 第二亮纹 P2 光程差δ = 2 λ 第三亮纹 P3 光程差δ = 3 λ 第一亮纹 P1’ 第二亮纹 P2’ 第三亮纹 P3’ 光程差δ = - λ 光程差δ = - 2 λ 光程差δ = - 3 λ 当光程差 δ = k λ ，出现亮纹 干涉条纹的形成原因分析: 当光程差δ=(2k+1)λ /2 ，出现暗纹 光程差δ =λ 第一暗纹 Q1 光程差δ =λ 第二暗纹 Q2 光程差δ = - λ 第一暗纹 Q1’ 光程差δ = - λ 第二暗纹 Q2’ 等间距、 中央亮条纹 特点：明暗相间、 光程差δ =λ 第三暗纹 Q3 光程差δ = - λ 第三暗纹 Q3’ 11 产生明、暗条纹的条件： 亮纹：光程差 δ = k λ (k=0 , ± 1 , ± 2 , …） 暗纹：光程差 δ = (2k+1)λ/2 (k=0 , ± 1 , ± 2 , …） 1、两列光波在真空或空气中传播： 二、对光的双缝干涉现象的解释 S1 S2 双缝 屏幕 在相同时间内光线在真空中传播的距离。 数值上，光程等于介质折射率乘以光在 介质中传播的路程 Δ = n r 光程差 δ = 2、两列光波在其它介质中传播： 光程差 δ = 光程： 例1：如图所示，用频率为 f 的单色光（激光）垂直照射双缝，在光屏的P点出现第2条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为（　　） B 三、干涉条纹与光的波长之间的关系 x x 相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离 光的双缝干涉实验中，条纹间距的含义是什么？它可能与哪些因素有关？ S1 S2 双缝 屏幕 条纹间距x ： 猜想影响因素： 双缝到屏的距离、双缝间的距离、入射光的波长 14 θ 公式推导 d：双缝间距 L：挡板到屏的距离 三、干涉条纹与光的波长之间的关系 L 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 ① x＝l tan θ≈l sin θ ② 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 例2：如图是杨氏双缝干涉实验示意图，其中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为中央亮纹的中心，P1为第一级亮纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则（　　） A．屏上干涉条纹的间距将变小 B．屏上O点仍然为中央亮条纹的中心 C．屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心 D．屏上P1位置可能为暗条纹的中心 BD (1)对于同一干涉装置和同一单色光，条纹之间的距离相等. (2)对于不同颜色的光，波长不同，由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，即用红光时条纹之间的距离 ，用紫光时条纹之间的距离 . 红光干涉条纹 紫光干涉条纹 蓝光干涉条纹 最大 最小 λ 增大 三、干涉条纹与光的波长之间的关系 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？ 18 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。 红光条纹间距最大 紫光条纹间距最小 λ 增大 新课导入 这些彩色条纹或图样是怎样形成的？ 肥皂泡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或图样 四、薄膜干涉 肥皂液膜 肥皂液膜 空气 薄膜 透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层 (一)肥皂泡薄膜干涉 光从薄膜的前后两个表面反射出来两列光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。 前表面 后表面 四、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。 玻璃 玻璃 空气薄膜 注：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 (二)劈尖干涉 四、薄膜干涉 将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入一薄片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 薄片 思考2：条纹间距怎么求？减小薄片厚度，条纹间距如何变化？ 思考1：如何判断亮暗条纹的位置？ d1 d2 l θ θ 两处光程差为1=2d1+/2，2=2d2+/2 2－1=，所以d2－d1= /2 由几何关系可得 即 结论：当减小薄片厚度时，θ减小，l增大，即条纹变稀疏。 亮纹1 亮纹2 3 面 4 面 1 面 2 面 当用单色光从上面照射时，入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是从反射光中看到干涉条纹。 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； 应用：检查工件表面的平整程度 (二)劈尖干涉 四、薄膜干涉 如果观察到的干涉条纹不平行，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。 被测表面有凹下，亮条纹提前出现 被测表面有凸起，亮条纹延后出现 1、增透膜： (三)镜头镀膜 四、薄膜干涉 镜头镀膜：在透镜表面涂上一层薄膜，薄膜的前后表面反射的两列光波形成相干光源，相互叠加， 增加反射、减少透射‌（干涉相长） 当光程差为半波长的偶数倍时，在两个表面反射的光相互增强，反射光的能量增强，透射光减弱。 2、增反膜： 减少反射、增加透射‌（干涉相消） 当光程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光相互抵消，反射光的能量几乎为零，透射光增强； 思考： ①若增透膜的厚度为d，光在真空中的波长为λ，那么d 和λ应满足什么关系？ ②若增反膜的厚度为d，光在真空中的波长为λ，那么d和λ应满足什么关系？ (三)镜头镀膜 四、薄膜干涉 光程差 (k＝0, 1, 2, 3…)， 故 (k＝0, 1, 2, 3…) 光程差 (k＝0, 1, 2, 3…)，故 (k＝0, 1, 2, 3…) 课本P130 18. (2)为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10-7m的绿光在垂直表面人射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度 课本P110 4. 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力.有人想利用薄膜干涉的原理设计一种“增反膜”，以减小紫外线对眼睛的伤害.他选用的薄膜材料的折射率为n =1.5，所要消除的紫外线的频率为 v = 8.1×1014 Hz. (1) 他设计的这种"增反膜"所依据的是什么原理? (2) 这种"增反膜"的厚度至少是多少? 用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，在日光下或用白光照射时，可以看到接触点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。 中央疏、边沿密的同心圆环 (四)牛顿环 四、薄膜干涉 目标二： 干涉条纹和光的波长之间的关系 目标一：光的双缝干涉 光的干涉 目标三： 薄膜干涉 ∆ x ＝ λ 干涉原理 应用 检查平面的平整度 增透膜和增反膜 实验现象 干涉条件 相干光源 亮暗条纹条件 路程差为半波长偶数倍——亮条纹 路程差为半波长奇数倍——暗条纹 频率相同、振动方向相同、相位差恒定 课堂小结 Lavf58.29.100 $