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

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1、3 光 的 干 涉,一、楊氏干涉實(shí)驗(yàn),1.物理史實(shí):1801年，英國物理學(xué)家___________成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，開始讓人們認(rèn)識到光的波動性。,托馬斯楊,2.雙縫干涉實(shí)驗(yàn): (1)實(shí)驗(yàn)過程: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___。 二、光發(fā)生干涉的條件 1.干涉條件:兩列光的_____相同、_____方向

2、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。,明暗相間,波,頻率,振動,恒定,干涉,【思考辨析】 (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加強(qiáng)的位置，可能是

3、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。,知識點(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，請問在該實(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情況的線光源；雙縫屏是為了獲得兩束頻率相同、振動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)沒有激光，因此他用強(qiáng)光照射一條

4、狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫產(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)引起的振動的疊加，如亮條紋處某點(diǎn)同時(shí)參與的兩個(gè)振動步調(diào)總是一致，即振動方向總是相同；暗條紋處振動步調(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的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍。即:|PS1-PS2| =k=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

5、亮條紋。k為亮條紋的級次。,(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的奇數(shù)倍。即:|PS1-PS2|= (2k-1) (k=1，2，3)k為暗條紋的級次， 從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開。,【典題通關(guān)】 【典例】(2015全國卷)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x1與綠光的干涉條紋間距x2相比，x1______(選填“”“<”或“=”) x2。若實(shí)驗(yàn)中紅光的波長為630 nm，雙縫與屏幕,的距離為1.00 m，測得第一條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm，則雙縫之間的距離為________mm。,

6、【正確解答】根據(jù)x= ，因?yàn)榧t光的波長比綠 光的長，所以紅光的干涉條紋間距x1比綠光的干涉 條紋間距x2大；由題意得相鄰亮條紋的間距為 x= =2.110-3 m，再由x= 可以解得d=0.300 mm。 答案:0.300,【過關(guān)訓(xùn)練】 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.光波的半波長的奇數(shù)倍B.光波的波長的奇數(shù)倍 C.光波的半波長的偶數(shù)倍D.光波的波長的偶數(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的奇數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)為減弱點(diǎn)，出現(xiàn)暗條紋

7、。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.某同學(xué)自己動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)他用一束陽光照射到A上時(shí)，屏C上并沒有出現(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；太陽光可以作光源，屏上將出現(xiàn)彩色條紋，D錯(cuò)誤。,2.(多

8、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=0.6 m。若分別用頻率為f1=5.01014 Hz和頻率為f2=7.51014 Hz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=f可得= ，故單色光的波 長分別為1= m=610-7 m，2= =410-7 m；故雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差d分別是 兩種單色光波長的倍數(shù) =1.5；所以，用頻率為f1的單色光照射時(shí)

9、，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，下列說法正確的是 (n為自然數(shù)，為光波波長)() 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n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 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x為波長的整數(shù)倍時(shí)，即x=k，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x為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，即 x=(2k+1) ，k=0，1，2，3這些點(diǎn)為減弱點(diǎn)， 該處出現(xiàn)暗條

10、紋；故選項(xiàng)B、D正確，A、C錯(cuò)誤。,知識點(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，請問:,(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)間距離與光的波長有關(guān)，波長越大，條紋間距越大。,2.白光的干涉圖樣:若用

11、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。,【典題通關(guān)】 【典例】(多選)(2018臺州高二檢測)在“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)調(diào)節(jié)后在目鏡中觀察到如圖甲所示的單色光干涉條紋，僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如圖乙所示的條紋，則改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是(),A.減小光源到單縫的距離 B.增大

12、雙縫之間的距離 C.增大雙縫到光屏之間的距離 D.將紅色濾光片改為綠色濾光片,【正確解答】選B、D。由圖可知，甲圖中條紋的間距比 乙圖大，根據(jù)雙縫干涉的條紋間距公式x= 知， 乙圖中可能是光的波長變短，也可能縫與屏間距減 小，也可能雙縫間距增大。由上公式可知，條紋間距 與光源到單縫的距離無關(guān)，故A錯(cuò)誤；增大雙縫之間的 距離，可以減小條紋間距，故B正確；增大雙縫到光屏,之間的距離，可以增大條紋間的距離，故C錯(cuò)誤；將紅色濾光片改為綠色濾光片，波長變短，故條紋間距變小，故D正確。故選B、D。,【過關(guān)訓(xùn)練】 (2018成都高二檢測)如圖所示的4種明暗相間的條紋，是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形

13、成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則在下面的四個(gè)圖中從左往右排列，哪個(gè)圖是黃光形成的條紋(),【解析】選D。雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故A、C是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長越長，中央亮條紋越粗，故B、D是衍射圖樣，紫光波長較短，則中央亮條紋較細(xì)，故B是紫光的衍射條紋，D是黃光的衍射條紋。故選D。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.(多選)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，綠光通過單縫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，光通過雙縫

14、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，紅光的波長最長，藍(lán)光的波長最短，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；波長越長，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

15、。,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的中央對稱軸位置處稍微向上移動，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S后，沒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

16、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:見正確解答,