2017-2018学年高中物理（沪科版,选修3-4）课件+教师用书+练习:第4章 4.1 光的干涉 （3份打包）

4.1　光的干涉 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.认识光的干涉现象及光发生干涉的条件.(重点) 2.理解光的干涉条纹的形成原因及干涉现象的本质，认识干涉条纹的特征.(重点) 3.了解光的干涉条纹的特点，理解用双缝干涉测光波波长的原理.(难点) 4.了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉的应用.(难点) 杨 氏 双 缝 干 涉 实 验 1.史实 托马斯·杨在历史上第一次解决了相干光源问题，成功做出了光的干涉实验.光的干涉现象微粒说无法解释，而波动说可做出完善解释，使人们认识到光具有波动性. 2.产生条件 频率相同、相差恒定、振动方向在同一直线上. 3.在双缝干涉实验中得到的干涉图样有如下特点 (1)单色光产生的干涉条纹都是间距相同的明暗相间的条纹，且中央为亮条纹.当两缝到屏上某点的路程差等于半波长的奇数倍时，该处出现暗条纹. (2)若用白光做实验，中央条纹是白色，中央条纹两侧，各单色光所形成条纹疏密不同而出现彩色条纹重叠的现象. 4.如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源叫做相干光源. 1.任意两个光源发出的光叠加后都会发生稳定干涉现象.(×) 2.两列光的波峰与波峰叠加为亮条纹，波谷与波谷叠加为暗条纹.(×) 3.光的干涉现象证明光具有波动性.(√) 1.做双缝干涉实验时必须具备什么条件才能观察到干涉条纹？ 【提示】　必须是相干光源，且双缝间的间距必须很小. 2.一般情况下光源发出的光很难观察到干涉现象，这是什么原因？ 【提示】　光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相差，不具备相干光源的条件. 1.双缝干涉的示意图(如图4­1­1所示) 图4­1­1 (1)单缝屏的作用：获得一个有唯一频率和振动情况的线光源. (2)双缝屏的作用：平行光照到单缝S上后，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光. 2.产生干涉的条件 (1)两列光的频率相同. (2)两列光的振动方向相同且相位差恒定.发生干涉的两列波称为相干波，发生干涉的两个光源称为相干光源.相干光源可用同一束光分成两列的方法来获得. 图4­1­2 (3)由于不同光源发出的光频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差. (4)光屏上某处出现亮、暗条纹的条件：光的干涉跟波的干涉一样，也有加强区和减弱区，加强区照射到光屏上出现亮条纹，减弱区照射到光屏上出现暗条纹.如果光屏上某点到两个光源的路程差是波长的整数倍，那么该点就是加强点；如果光屏上某点到两个光源的路程差是半波长的奇数倍，那么该点就是减弱点.因此，光屏上出现亮条纹的条件是：路程差Δr＝|r2－r1|＝kλ(k＝0,1,2，…)；光屏上出现暗条纹的条件是：路程差Δr＝|r2－r1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…). 3.双缝干涉条纹的特点 (1)单色光的干涉图样 若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等.中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大. 图4­1­3 (2)白光的干涉图样 若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的.这是因为： ①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹.各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹. ②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹. 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)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时在屏上可看到什么现象？ 【解析】　两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，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，但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍有亮光. 【答案】　见解析 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f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是： 单色光f1照射时出现______条纹，单色光f2照射时出现______条纹. 【解析】　本题考查双缝干涉实验中屏上出现明、暗条纹的条件.根据波的叠加知识，可知与两个狭缝的光程差是波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹.据λ＝λ2. m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm，即d＝λ1，d＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，λ2＝＝可得λ1