2018-2019版高中物理 第五章 光的波動性 1 光的干涉課件 教科版選修3-4.ppt

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1、1光的干涉,第五章光的波動性,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.知道光的干涉現(xiàn)象和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件，知道光是一種波. 2.理解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件. 3.理解明暗條紋的成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件. 4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用.,內(nèi)容索引,重點探究 啟迪思維 探究重點,達(dá)標(biāo)檢測 檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、雙縫干涉 1.1801年，英國物理學(xué)家 在實驗室里成功地觀察到了光的干涉. 2.雙縫干涉實驗 (1)實驗過程：激光束垂直射到兩條狹縫S1和S2上，S1和S2相當(dāng)于兩個完全相同的光源，從S1和S2發(fā)出的光在擋板后面的空間疊加而發(fā)生 現(xiàn)象. (2)實驗

2、現(xiàn)象：在屏上得到 的條紋. (3)實驗結(jié)論：光是一種 .,托馬斯楊,干涉,明暗相間,波,3.出現(xiàn)明、暗條紋的條件 光從兩狹縫到屏上某點的路程差為半波長 的 (即波長的 )時，這些點出現(xiàn)明條紋；當(dāng)路程差為_時，這些點出現(xiàn)暗條紋.,偶數(shù)倍,整數(shù)倍,二、薄膜干涉 1.原理：以肥皂膜為例，單色光平行入射到肥皂泡液薄膜上，由液膜前后兩個表面反射回來的兩列光是相干光，它們相互疊加產(chǎn)生干涉，肥皂泡上就出現(xiàn)了 的條紋或區(qū)域. 2.圖樣：以光照射肥皂泡為例，如果是單色光照射肥皂泡，肥皂泡上就會出現(xiàn)明暗相間的條紋或區(qū)域；如果是白光照射肥皂泡，液膜上就會出現(xiàn)彩色條紋. 3.應(yīng)用：檢查平面的平整程度.原理：空氣層的上

3、下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生 .,明暗相間,干涉,1.判斷下列說法的正誤. (1)兩只相同的手電筒射出的光在同一區(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣的原因是干涉圖樣太細(xì)小看不清楚.() (2)屏上到雙縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍，此處為暗條紋.() (3)水面上的油膜呈現(xiàn)彩色條紋，是油膜表面反射光與入射光疊加的結(jié)果. () (4)觀察薄膜干涉條紋時，應(yīng)在入射光的另一側(cè).(),即學(xué)即用,答案,2.如圖1所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30107 m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95107 m.則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是_(填“亮條紋”或“暗條紋”).,答案,圖1,暗條紋,重點探究,一、雙縫干

4、涉實驗,導(dǎo)學(xué)探究如圖2為雙縫干涉的示意圖，單縫發(fā)出的單色光投射到相距很近的兩條狹縫S1和S2上，狹縫就成了兩個波源，發(fā)出的光向右傳播，在后面的屏上觀察光的干涉情況.,(1)兩條狹縫起什么作用？ 答案光線照到兩狹縫上，兩狹縫成為振動情況完全相同的光源. (2)在屏上形成的光的干涉圖樣有什么特點？ 答案在屏上形成明暗相間、等間距的干涉條紋.,答案,圖2,知識深化 1.楊氏雙縫干涉實驗 (1)雙縫干涉的裝置示意圖 實驗裝置如圖3所示，有光源、單縫、雙縫和光屏.,圖3,(2)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況.也可用激光直接照射雙縫. (3)雙縫的作用：將一束光分成兩束頻率相同且

5、振動情況完全一致的相干光. 2.光產(chǎn)生干涉的條件 兩束光的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同.楊氏雙縫干涉實驗是靠“一分為二”的方法獲得兩個相干光源的. 3.干涉圖樣 (1)單色光的干涉圖樣：干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋. (2)白光的干涉圖樣：中央條紋是白色的，兩側(cè)干涉條紋是彩色條紋.,解析分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但仍有光亮.,例1在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相

6、等，這時 A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失 B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在 C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上無任何光亮,答案,解析,兩束光發(fā)生干涉的條件是兩束光的頻率相同、相位差恒定、振動情況相同.,二、雙縫干涉圖樣中的亮、暗條紋的判斷,如圖4所示，設(shè)屏上的一點P到雙縫的距離分別為r1和r2，路程差rr2r1. (1)亮條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍.即：rk,圖4,k0時，PS1PS2，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋.

7、k為亮條紋的級次. (2)暗條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍.即：r k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開.,例2如圖5所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600 nm 的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點上方的P1點出現(xiàn)第一條亮條紋(即P1到S1、S2的路程差為一個波長)，現(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則 A.P和P1仍為亮條紋 B.P為亮條紋，P1為暗條紋 C.P為暗條紋，P1為亮條紋 D.P、P1均為暗條紋,答案,解析,圖5,解析從單縫S射出的光被S1、S2兩縫分成兩束相干光，由題意知屏中央P點到S1、S2距

8、離相等，即分別由S1、S2射出的光到P點的路程差為零，因此中央是亮條紋，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點都是中央亮條紋.而分別由S1、S2射出的光到P1點的路程差剛好是橙光的一個波長，即|P1S1P1S2|600 nm橙.當(dāng)換用波長為400 nm的紫光時，|P1S1P1S2|600 nm 則兩列光波到達(dá)P1點時振動情況完全相反，即分別由S1、S2射出的光到達(dá)P1點時相互削弱，因此，在P1點出現(xiàn)暗條紋.綜上所述，選項B正確.,判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差與波長的比值，要記住路程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋，還要注意這一結(jié)

9、論成立的條件是：兩個光源為相干光源.,針對訓(xùn)練如圖6所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1r2|應(yīng)為,答案,解析,圖6,三、薄膜干涉,導(dǎo)學(xué)探究小朋友吹出的肥皂泡、熱菜湯表面的油花、馬路上積水表面的油膜，都會看到彩色的條紋，這些彩色條紋是如何形成的呢？,答案由薄膜干涉造成的.白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，被薄膜前、后表面反射的兩列光疊加，形成干涉條紋.由于白光中的各色光波長不同，干涉后的條紋間距不同，薄膜上就會出現(xiàn)彩色條紋.,答案,知識深化薄膜干涉中的色散 (1)薄膜干涉中相干光的獲得 光照射到薄膜上，在薄膜

10、的前、后兩個面反射的光是由同一個實際的光源分解而成的，它們具有相同的頻率、恒定的相位差. (2)薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上時，前、后兩個面的反射光的路程差等于相應(yīng)位置膜厚度的2倍，在某些位置，兩列波疊加后相互加強，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，兩列波疊加后相互削弱，于是出現(xiàn)暗條紋.,(3)薄膜干涉是經(jīng)薄膜前后面反射的兩束光疊加的結(jié)果：出現(xiàn)亮條紋的位置，兩束光的路程差rk(k0,1,2，3，)，出現(xiàn)暗條紋的位置，兩束光的路程差r,解析由于在光的干涉中亮、暗條紋的位置取決于兩列光波相遇時通過的路程差，則在薄膜干涉中取決于入射點處薄膜的厚度.因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一個上薄下厚的楔

11、形膜，厚度相等的位置在同一條水平線上，故同一條干涉條紋必然是水平的，由此可知只有選項B正確.,例3用單色光照射位于豎直平面內(nèi)的肥皂液薄膜，所觀察到的干涉條紋為,答案,解析,1.由于薄膜干涉是經(jīng)薄膜前、后表面反射的兩束光疊加而形成的，所以觀察時眼睛與光源應(yīng)在膜的同一側(cè). 2.在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一亮條紋或同一暗條紋應(yīng)出現(xiàn)在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一條紋都是水平的. 3.用單色光照射得到明暗相間的條紋，用白光照射得到彩色條紋.,A.N的上表面A處向上凸起 B.N的上表面B處向上凸起 C.N的上表面A處向下凹陷 D.N的上表面B處向下

12、凹陷,例4(多選)如圖7甲所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到如圖乙所示條紋中的P和Q情況，這說明,答案,解析,圖7,解析空氣薄膜厚度從左向右依次增大，又因為同一條亮(暗)條紋上各處空氣薄膜厚度相同，因此可知被檢查平面發(fā)生彎曲的P處的空氣厚度本應(yīng)該比同一條紋上其他位置的空氣厚度小，而實際上厚度一樣，故A處存在凹陷，同理可知B處存在凸起.,薄膜干涉的應(yīng)用 1.檢查平面平整度的原理 光線經(jīng)空氣薄膜的上、下兩面的反射，得到兩束相干光，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉條紋是等間距的.如果被檢測平面某處凹下，則對應(yīng)條紋提前出現(xiàn)，如果某處凸起，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn). 2.增

13、透膜的原理 在增透膜的前、后表面反射的兩列光波形成相干波，當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時，兩光波相互削弱，反射光的能量幾乎等于零.,達(dá)標(biāo)檢測,1,2,3,4,解析兩燈泡不是相干光源，故選C.,1.(雙縫干涉實驗)用兩個紅燈泡照射白墻，在墻上看到的是 A.明暗相間的條紋 B.彩色條紋 C.一片紅光 D.晃動的條紋,答案,解析,1,2,3,4,2.(亮、暗條紋的判斷)在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6 m，若分別用頻率為f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點出現(xiàn)亮、暗條紋的情況是 A.用單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)亮條紋 B.用單色光f1

14、和f2分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋 C.用單色光f1照射時出現(xiàn)亮條紋，用單色光f2照射時出現(xiàn)暗條紋 D.用單色光f1照射時出現(xiàn)暗條紋，用單色光f2照射時出現(xiàn)亮條紋,答案,解析,1,2,3,4,因P點到雙縫的距離之差x0.6 m1， 所以用單色光f1照射時P點出現(xiàn)亮條紋.,所以用單色光f2照射時P點出現(xiàn)暗條紋，故選項C正確.,1,2,3,4,3.(薄膜干涉)用如圖8所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象.圖(a)是點燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈.將金屬線圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是 A.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)30時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30 B.當(dāng)金

15、屬線圈旋轉(zhuǎn)45時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90 C.當(dāng)金屬線圈旋轉(zhuǎn)60時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30 D.干涉條紋保持不變,答案,解析,圖8,1,2,3,4,解析在重力作用下肥皂液薄膜的豎截面是梯形，前后兩面的反射光疊加而形成干涉條紋，金屬線圈在其所在平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)并不能影響肥皂液薄膜的豎截面，故金屬線圈在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時干涉條紋保持不變.,A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的上、下 兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果 B.干涉條紋中的暗條紋是由于上述兩列反射光的波 谷與波谷疊加的結(jié)果 C.將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動 D.觀察薄膜干涉條紋時，應(yīng)在入射光的另一側(cè),1,2,3,4,4.(薄膜干涉)(多選)把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖9所示，這時可以看到明暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說法中正確的是,答案,解析,圖9,1,2,3,4,解析根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜上、下兩表面反射的兩列光疊加而成的，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時，振動加強，形成亮條紋，所以A項正確，B項錯誤； 因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，故D項錯誤； 根據(jù)條紋的位置與空氣膜的厚度是對應(yīng)的，當(dāng)上玻璃板平行上移時，同一厚度的空氣膜向劈尖移動，故條紋向著劈尖移動，故C項正確.,