2018-2019學(xué)年高中物理 第13章 光 13.3 光的干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

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3光的干涉,,一、楊氏干涉實(shí)驗(yàn)1.物理史實(shí):1801年,英國(guó)物理學(xué)家___________成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象,開(kāi)始讓人們認(rèn)識(shí)到光的波動(dòng)性。,托馬斯楊,,2.雙縫干涉實(shí)驗(yàn):(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程:讓一束平行的_________的單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上,兩狹縫相距很近,兩狹縫就成了兩個(gè)波源,它們的頻率、相位和振動(dòng)方向總是相同的,兩個(gè)光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加發(fā)生_____。,完全相同,干涉,,(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:在屏上得到_________的條紋。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:光是一種___。,明暗相間,波,,二、光發(fā)生干涉的條件1.干涉條件:兩列光的_____相同、_____方向相同、相位差_____。2.相干光源:發(fā)出的光能夠發(fā)生_____的兩個(gè)光源。,頻率,振動(dòng),恒定,干涉,,【預(yù)習(xí)診斷】1.請(qǐng)判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光是一種波。()(2)在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)狹縫之間的距離可以是任意的。()(3)實(shí)驗(yàn)中觀察到的明條紋一定是波峰與波峰相遇的位置。(),,(4)在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,不需要單縫也能完成該實(shí)驗(yàn)。()(5)在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,雙縫的作用是產(chǎn)生兩列相干光源。(),,提示:(1)√。干涉現(xiàn)象是波所特有的一種現(xiàn)象。(2)。在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中,兩個(gè)狹縫之間的距離必須足夠小才能觀察到明顯的干涉現(xiàn)象。(3)。實(shí)驗(yàn)中觀察到的明條紋是振動(dòng)加強(qiáng)的位置,可能是波峰與波峰相遇的位置,也可能是波谷與波谷相遇的位置。,,(4)。光源直接照射到雙縫上,很難得到相干光源。(5)√。雙縫的作用就是把同一列光分成兩列相干光源。,,2.(多選)下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是()A.單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源B.雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源,,C.頻率相同、相位差恒定的兩列單色光能夠產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D.光屏上距離中心點(diǎn)越遠(yuǎn)的點(diǎn),兩條狹縫射來(lái)的光的路程差越小,,【解析】選B、C。在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,單縫的作用是獲得一個(gè)線光源,雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;頻率相同、相位差恒定的兩列光可以發(fā)生干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)C正確;兩條狹縫射來(lái)的光的路程差,在中心點(diǎn)時(shí)最小為0,距離中心點(diǎn)越遠(yuǎn),兩光的路程差越大,D錯(cuò)誤。,,3.(多選)關(guān)于光的干涉,下列說(shuō)法中正確的是()A.只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉B.頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,只是不穩(wěn)定,,C.兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋D.兩個(gè)完全相同的相干光源做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋,,【解析】選A、C。發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)兩列光的頻率必須相同,選項(xiàng)A正確;頻率不同的兩列光波不能產(chǎn)生干涉,而不是干涉不穩(wěn)定,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;干涉發(fā)生時(shí)出現(xiàn)亮條紋的條件是路程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或者半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍,選項(xiàng)C正確;干涉發(fā)生時(shí)出現(xiàn)暗條紋的條件是路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,知識(shí)點(diǎn)一楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理探究導(dǎo)入:如圖所示是楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的示意圖,請(qǐng)問(wèn)在該實(shí)驗(yàn)中單縫屏和雙縫屏分別所起的作用是什么?,,提示:單縫屏是為了獲得具有唯一頻率和振動(dòng)情況的線光源;雙縫屏是為了獲得兩束頻率相同、振動(dòng)情況完全一致的相干光。,,【歸納總結(jié)】1.主要實(shí)驗(yàn)器材:光源、單縫屏、雙縫屏和光屏。2.單縫屏的作用:獲得一個(gè)線光源,使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況。如果用激光直接照射雙縫,可省去單縫屏。楊氏那時(shí)沒(méi)有激光,因此他用強(qiáng)光照射一條狹縫,通過(guò)這條狹縫的光再通過(guò)雙縫產(chǎn)生相干光。,,3.雙縫屏的作用:平行光照射到單縫S上,又照射到雙縫S1、S2上,這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動(dòng)情況完全一致的相干光。,,4.產(chǎn)生亮、暗條紋的條件:頻率相同的兩列波在同一點(diǎn)引起的振動(dòng)的疊加,如亮條紋處某點(diǎn)同時(shí)參與的兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)總是一致,即振動(dòng)方向總是相同;暗條紋處振動(dòng)步調(diào)總是相反。具體產(chǎn)生亮、暗條紋的條件為,,(1)亮條紋產(chǎn)生的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍。即:|PS1-PS2|=kλ=2k(k=0,1,2,3…)k=0時(shí),PS1=PS2,此時(shí)P點(diǎn)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(jí)亮條紋。k為亮條紋的級(jí)次。,,(2)暗條紋產(chǎn)生的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。即:|PS1-PS2|=(2k-1)(k=1,2,3…)k為暗條紋的級(jí)次,從第1級(jí)暗條紋開(kāi)始向兩側(cè)展開(kāi)。,,【典題過(guò)關(guān)】【典例】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫,在雙縫后的屏幕上,紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比,Δx1______(選填“>”“0.300,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】(2018揚(yáng)州高二檢測(cè))如圖所示是雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)裝置,其光屏上P處發(fā)現(xiàn)明條紋,則雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為()A.光波的半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍B.光波的波長(zhǎng)的奇數(shù)倍C.光波的半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍D.光波的波長(zhǎng)的偶數(shù)倍,,【解析】選C。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí),該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn),出現(xiàn)亮條紋;光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),該點(diǎn)為減弱點(diǎn),出現(xiàn)暗條紋。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.某同學(xué)自己動(dòng)手利用如圖所示的器材,觀察光的干涉現(xiàn)象,其中,A為單縫屏,B為雙縫屏,C為像屏。當(dāng)他用一束陽(yáng)光照射到A上時(shí),屏C上并沒(méi)有出現(xiàn)干涉條紋。他移走B后,C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因,最大的可能是(),,A.單縫S太窄B.單縫S太寬C.S到S1和S2距離不等D.太陽(yáng)光不能作光源,,【解析】選B。本實(shí)驗(yàn)中,單縫S應(yīng)非常窄,才可看作“理想線光源”,也才能成功地觀察到干涉現(xiàn)象,移走B屏后,在C上出現(xiàn)一窄亮斑,說(shuō)明單縫S太寬,故B正確,A錯(cuò)誤;S到S1和S2距離不等時(shí),也能出現(xiàn)干涉條紋,但中央不一定是亮紋,C錯(cuò)誤;太陽(yáng)光可以作光源,屏上將出現(xiàn)彩色條紋,D錯(cuò)誤。,,2.(多選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差d=0.6μm。若分別用頻率為f1=5.01014Hz和頻率為f2=7.51014Hz的單色光垂直照射雙縫,則P點(diǎn)出現(xiàn)條紋的情況是()A.用頻率為f1的單色光照射時(shí),P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋B.用頻率為f1的單色光照射時(shí),P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋,,C.用頻率為f2的單色光照射時(shí),P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋D.用頻率為f2的單色光照射時(shí),P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋,,【解析】選B、C。由c=λf可得λ=,故單色光的波長(zhǎng)分別為λ1=m=610-7m,λ2==410-7m;故雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差d分別是兩種單色光波長(zhǎng)的倍數(shù)所以,用頻率為f1的單色光照射時(shí),P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋;用頻率為f2的單色光照射時(shí),P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋;故選項(xiàng)B、C正確,A、D錯(cuò)誤。,,3.(多選)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是(n為自然數(shù),λ為光波波長(zhǎng))()A.在距雙縫的路程相等的點(diǎn)形成暗條紋B.在距雙縫的路程差為nλ的點(diǎn)形成亮條紋C.在距雙縫的路程差為n的點(diǎn)形成亮條紋D.在距雙縫的路程差為λ的點(diǎn)形成暗條紋,,【解析】選B、D。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)某處距雙縫距離之差Δx為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),即Δx=kλ,k=0,1,2,3,……這些點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn),該處出現(xiàn)亮條紋;當(dāng)某處距雙縫距離之差Δx為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),即Δx=(2k+1),k=0,1,2,3……這些點(diǎn)為減弱點(diǎn),該處出現(xiàn)暗條紋;故選項(xiàng)B、D正確,A、C錯(cuò)誤。,,知識(shí)點(diǎn)二雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)探究導(dǎo)入:如圖所示是幾種單色光的雙縫干涉圖樣,請(qǐng)問(wèn):,,(1)單色光干涉時(shí)相鄰兩亮條紋的間距和相鄰兩暗條紋的間距相等嗎?(2)用不同顏色的光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)干涉圖樣完全一樣嗎?,,提示:(1)由圖可知,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋之間的距離都是相等的。(2)由圖可知,用不同顏色的光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),不同顏色的干涉圖樣條紋間距不同。,,【歸納總結(jié)】1.單色光的干涉圖樣:若用單色光作光源,則干涉條紋是明暗相間的條紋,且條紋間距相等。中央為亮條紋,兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān),波長(zhǎng)越大,條紋間距越大。,,2.白光的干涉圖樣:若用白光作光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中央條紋是白色的。這是因?yàn)?(1)從雙縫射出的兩列光波中,各種色光都能形成明暗相間的條紋,各種色光都在中央條紋處形成亮條紋,從而復(fù)合成白色條紋。,,(2)兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比,即紅光的亮條紋間距寬度最大,紫光的亮條紋間距寬度最小,即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合,這樣便形成了彩色干涉條紋。,,【典題過(guò)關(guān)】【典例】(多選)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)證明光的確是一種波,一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上,兩狹縫就成了兩個(gè)光源,它們發(fā)出的光波發(fā)生干涉,產(chǎn)生的干涉圖樣如圖所示,在這兩列光波相遇的區(qū)域中,實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,如果放置光屏,在下列說(shuō)法正確的(),,A.A點(diǎn)出現(xiàn)明條紋B.B點(diǎn)出現(xiàn)明條紋C.C點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋D.C點(diǎn)出現(xiàn)明條紋,,【正確解答】選A、B、C。波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動(dòng)加強(qiáng),所以A、B點(diǎn)出現(xiàn)明條紋,波峰與波谷疊加振動(dòng)減弱,所以C點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋,故選項(xiàng)A、B、C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】如圖所示,用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),P處為第二暗條紋,改用頻率較低的單色光重做上述實(shí)驗(yàn)(其他條件不變)時(shí),則同側(cè)第二暗條紋的位置(),,A.仍在P處B.在P點(diǎn)上方C.在P點(diǎn)下方D.要將屏向雙縫方向移近一些才能看到,,【解析】選B。由c=λf得λ=,故頻率越低,波長(zhǎng)越大,在干涉圖樣中相鄰兩暗條紋間的距離越大,故選項(xiàng)B對(duì),選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)(2018開(kāi)封高二檢測(cè))雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,綠光通過(guò)單縫S后,投射到具有雙縫的擋板上,雙縫S1和S2與單縫S的距離相等,光通過(guò)雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點(diǎn)到兩縫的距離相,,等,P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋。已知紅光、綠光和藍(lán)光三種色光比較,紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),藍(lán)光的波長(zhǎng)最短,那么如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光,討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋情況,下列敘述正確的是(),,A.O點(diǎn)出現(xiàn)紅光的亮條紋B.紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方C.O點(diǎn)不出現(xiàn)藍(lán)光的亮條紋D.藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方,,【解析】選A、B。中央O點(diǎn)到S1、S2的路程差為零,所以換不同顏色的光時(shí),O點(diǎn)始終為亮條紋,選項(xiàng)A正確,C錯(cuò)誤;波長(zhǎng)越長(zhǎng),條紋間距越寬,所以紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)上方,藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)下方,選項(xiàng)B正確,D錯(cuò)誤。,,2.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,如果不用激光光源而用一般的單色光源,為了完成實(shí)驗(yàn)可在雙縫前邊加一單縫獲得線光源,如圖所示,在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),若單縫S從雙縫S1、S2的中央對(duì)稱軸位置處稍微向上移動(dòng),則(),,A.不再產(chǎn)生干涉條紋B.仍可產(chǎn)生干涉條紋,且中央亮紋P的位置不變C.仍可產(chǎn)生干涉條紋,中央亮紋P的位置向上移D.仍可產(chǎn)生干涉條紋,中央亮紋P的位置略向下移,,【解析】選D。本實(shí)驗(yàn)中單縫S的作用是形成頻率一定的線光源,雙縫S1、S2的作用是形成相干光源,稍微移動(dòng)S后,沒(méi)有改變傳到雙縫的光的頻率,由S1、S2射出的仍是相干光,由單縫S發(fā)出的光到達(dá)屏幕上P點(diǎn)下方某點(diǎn)光程差為零,故中央亮紋下移。,,【拓展例題】考查內(nèi)容:干涉實(shí)驗(yàn)裝置改變時(shí)的條紋情況【典例】如圖所示,用激光束照射雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,后面屏上出現(xiàn)干涉條紋。其中單縫的作用是產(chǎn)生線光源,單縫、雙縫應(yīng)平行放置。若將單縫繞中心軸旋轉(zhuǎn)(不超過(guò)90),條紋將發(fā)生什么變化?若將雙縫繞中心軸旋轉(zhuǎn)(不超過(guò)90),條紋將發(fā)生什么變化?,【正確解答】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,單縫的作用是形成線光源,雙縫的作用是形成振動(dòng)情況相同的相干光源。當(dāng)單縫旋轉(zhuǎn)時(shí),雙縫被照亮的面積減小,雙縫雖然仍能形成相干光源,但由于通過(guò)雙縫的光能量減少,所以屏上仍能產(chǎn)生干涉條紋,但條紋變暗。當(dāng)雙縫旋轉(zhuǎn)時(shí),同樣會(huì)導(dǎo)致干涉條紋變暗。同時(shí),干涉條紋保持與雙縫平行,也隨雙縫的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。答案:見(jiàn)正確解答,