高中物理 光的干涉課件 魯科版選修3-4.ppt

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高中物理 選修3 4 魯科版 第5章光的干涉衍射偏振第1講光的干涉 目標(biāo)定位 1 知道光的干涉現(xiàn)象 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 了解雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理 能夠利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量單色光的波長(zhǎng) 5 理解薄膜干涉的成因 知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用 頻率 振動(dòng)方向 整數(shù) 奇數(shù) 想一想實(shí)驗(yàn)中為什么不直接測(cè)出相鄰兩條亮條紋間的距離 y 而要測(cè)出n個(gè)亮條紋間的距離 再求平均值 答案由于光的波長(zhǎng)很小 實(shí)驗(yàn)中條紋寬度很小 直接測(cè)出一條條紋的寬度不準(zhǔn)確或較難實(shí)現(xiàn) 只能先測(cè)出n個(gè)條紋間距 再求相鄰亮條紋間的距離 這樣既便于測(cè)量 又可以減小誤差 三 薄膜干涉及其應(yīng)用1 薄膜干涉 由兩個(gè)面反射的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象 2 成因豎直放置的肥皂薄膜受到重力作用 下面厚 上面薄 因此在膜上不同的位置 來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光所走的路程不同 這兩列波在一些地方疊加后相互 出現(xiàn)亮條紋 在另一些位置 疊加后相互 出現(xiàn)暗條紋 薄膜 加強(qiáng) 削弱 3 常見(jiàn)的薄膜干涉現(xiàn)象 1 白光照射肥皂液膜出現(xiàn)彩色條紋 2 蚌殼內(nèi)表面透明薄膜上呈現(xiàn)各種色彩 3 有些昆蟲(chóng)薄而透明的翅翼上出現(xiàn)彩色光帶 4 有透明薄膜保護(hù)層的激光唱片呈現(xiàn)彩色 4 應(yīng)用 檢查平面的程度 平整 想一想熱菜湯表面的油花 馬路上積水表面的油膜 都會(huì)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 白光照射在油膜表面 被薄膜前 后表面反射的兩列反射波疊加 形成干涉條紋 由于白光中的各色光波長(zhǎng)不同 干涉后的條紋間距不同 薄膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色花紋 一 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1 雙縫干涉的裝置示意圖圖5 1 1 實(shí)驗(yàn)裝置如圖5 1 1所示 有光源 單縫 雙縫和光屏 1 單縫的作用 獲得一個(gè)線光源 使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況 也可用激光直接照射雙縫 2 雙縫的作用 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 2 產(chǎn)生干涉的條件 兩列光的頻率相同 相位差恒定 振動(dòng)方向相同 本實(shí)驗(yàn)中是靠 一分為二 的方法獲得兩個(gè)相干光源的 3 干涉圖樣 1 若用單色光作光源 則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋 2 若用白光作光源 則干涉條紋是彩色條紋 且中間條紋是白色的 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 證明光是一種波 例1 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(guò)紅光 另一縫前放一綠色濾光片 只能透過(guò)綠光 已知紅光與綠光頻率 波長(zhǎng)均不相等 這時(shí) 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(wú)任何光亮 解析兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等 利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光 在光屏上形成干涉條紋 但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(huì)出現(xiàn)干涉條紋 但仍有光亮 故C對(duì) 答案C 借題發(fā)揮明確兩列光波發(fā)生干涉的條件 知道不同色光的頻率不同 是對(duì)此類問(wèn)題做出正確判斷的關(guān)鍵 該知識(shí)點(diǎn)必須記住 例2 如圖5 1 2所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置 使用波長(zhǎng)為600nm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(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋中心 即P1到S1 S2的光程差為一個(gè)波長(zhǎng) 現(xiàn)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光源照射單縫 則 圖5 1 2 A P和P1仍為亮點(diǎn)B P為亮點(diǎn) P1為暗點(diǎn)C P為暗點(diǎn) P1為亮點(diǎn)D P P1均為暗點(diǎn)解析從單縫S射出的光波被S1 S2兩縫分成兩束相干光 由題意知屏中央P點(diǎn)到S1 S2距離相等 即分別由S1 S2射出的光到P點(diǎn)的路程差為零 因此是亮條紋中心 因而 無(wú)論入射光是什么顏色的光 波長(zhǎng)多大 P點(diǎn)都是中央亮條紋中心 借題發(fā)揮判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋 要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源 雙縫 的路程差 光程差 與波長(zhǎng)的比值 要記住光程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處為暗條紋 還要注意這一結(jié)論成立的條件是 兩個(gè)光源情況完全相同 2 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按如圖5 1 3所示安裝儀器 圖5 1 3 2 將光源中心 單縫中心 雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線上 3 使光源發(fā)光 在光源和單縫之間加紅 綠 色濾光片 讓通過(guò)后的條形光斑恰好落在雙縫上 通過(guò)遮光筒上的測(cè)量頭 仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡 觀察單色光的干涉條紋 撤去濾光片 觀察白光的干涉條紋 彩色條紋 4 加裝濾光片 通過(guò)目鏡觀察單色光的干涉條紋 同時(shí)調(diào)節(jié)手輪 分劃板的中心刻線對(duì)齊某一條紋的中心 記下手輪的讀數(shù) 然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使分劃板移動(dòng) 直到分劃板的中心刻線對(duì)齊另一條紋中心 記下此時(shí)手輪讀數(shù)和移過(guò)分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n 例3 現(xiàn)有毛玻璃屏A 雙縫B 白光光源C 單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件 要把它們放在圖5 1 4所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置 用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng) 1 將白光光源C放在光具座最左端 依次放置其他光學(xué)元件 由左至右 表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C A 圖5 1 4 2 本實(shí)驗(yàn)的步驟有 取下遮光筒左側(cè)的元件 調(diào)節(jié)光源高度 使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮 按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件 并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上 用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離 用測(cè)量頭 其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器 測(cè)量數(shù)條亮紋間的距離 在操作步驟 時(shí)還應(yīng)注意 3 將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊 將該亮紋定為第1條亮紋 此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖5 1 5甲所示 然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭 使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對(duì)齊 記下此時(shí)圖5 1 5乙中手輪上的示數(shù) mm 求得相鄰亮紋的間距 y為 mm 圖5 1 5 4 已知雙縫間距d為2 0 10 4m 測(cè)得雙縫到屏的距離l為0 700m 由計(jì)算式 求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為 nm 解析 1 濾光片E是從白光中選出單色紅光 單縫屏是獲取線光源 雙縫屏是獲得相干光源 最后成像在毛玻璃屏 所以排列順序?yàn)?C E D B A 四 對(duì)薄膜干涉的理解1 現(xiàn)象 光照到薄膜上 從膜的前表面和后表面反射回來(lái)的光再次相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象 兩反射光的光程差等于膜厚度的2倍 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(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋 如果是白光照射肥皂泡 液膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋 且每一條紋呈水平分布 3 應(yīng)用 用干涉法檢查平面的平整程度 光學(xué)鏡頭上的增透膜 例4 如圖5 1 6所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置 P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈 S是一點(diǎn)燃的酒精燈 往火焰上撒些鹽后 在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的 圖5 1 6 解析鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚 在同一水平線上厚度基本一致 如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng) 那么這一水平線上同一厚度處光波會(huì)加強(qiáng) 所以干涉條紋應(yīng)是水平的 答案D 借題發(fā)揮在光的薄膜干涉中 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 由于光波波長(zhǎng)極短 因此做薄膜干涉所用的介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄 才能觀察到干涉條紋