高中物理 第13章 光 3 光的干涉課件 新人教版選修34

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1、3光的干涉光的干涉填一填練一練1.楊氏雙縫干涉實驗(見課本第54頁)(1)史實:1801年,英國物理學家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。(2)實驗過程:讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫的擋板上,兩條狹縫相距很近。如果光是一種波,狹縫就成了兩個波源,它們的頻率、相位和振動方向總是相同的。兩波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加,發(fā)生干涉現(xiàn)象:來自兩個光源的光在一些位置相互加強,在另一些位置相互削弱。(3)實驗現(xiàn)象:在屏上得到明暗相間的條紋。(4)實驗結論:證明光是一種波。填一填練一練2.光發(fā)生干涉的條件(見課本第54頁)(1)干涉條件:兩列光的頻率相同,振動方向相同,相位差恒定。(2)相

2、干光源:發(fā)出的光能夠發(fā)生干涉的兩個光源。3.出現(xiàn)明暗條紋的條件(見課本第55頁)當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時(即恰好等于波長的整數(shù)倍時),兩列光在這點相互加強,這里出現(xiàn)亮條紋;當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時,兩列光在這一點相互削弱,這里出現(xiàn)暗條紋。填一填練一練由兩個不同光源所發(fā)出的兩束白光落在同一點上,不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。這是因為()A.兩個光源發(fā)出光的頻率不同B.兩個光源發(fā)出光的強度不同C.兩個光源的光速不同D.這兩個光源是彼此獨立的,不是相干光源解析:本題考查相干光源的條件,題中兩光源發(fā)出的光都是白光,頻率不確定,沒法比較,選項A錯誤;光的強度對光是

3、否產(chǎn)生干涉沒有影響,所以B錯誤;光速在真空中是確定的,但它對光的干涉也沒影響,選項C錯誤;題中的是兩個獨立光源,二者產(chǎn)生的不是相干光,選項D正確。答案:D探究一探究二探究探究一楊氏雙縫干涉實驗原理透析楊氏雙縫干涉實驗原理透析問題導引問題導引波的干涉現(xiàn)象是兩列波在傳播中相遇疊加而形成的,是波的特性。產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是有相干波源頻率相等且振動情況相同的兩列波,干涉圖樣中的“明”“暗”條紋就是相干波源疊加形成的振動“加強區(qū)”和“減弱區(qū)”。在1801年英國物理學家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象,這對研究光的本性提供了什么樣的幫助作用?探究一探究二探究一探究二名師精講名師精講1.雙縫干涉實驗的

4、裝置示意圖:實驗裝置如圖所示,有光源、單縫、雙縫和光屏。(1)單縫屏的作用:獲得一個線光源,使光源有唯一的頻率和振動情況。(2)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。探究一探究二2.屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件:頻率相同的兩列波在同一點引起的振動的疊加,如亮條紋處某點同時參與的兩個振動步調(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:(1)亮條紋產(chǎn)生的條件: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|PS1-PS2|=k=2k (k=0,1,2,3

5、,)k=0時,PS1=PS2,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。k為亮條紋的級次。(2)暗條紋產(chǎn)生的條件: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|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展開。探究一探究二探究一探究二典例剖析典例剖析【例題1】 雙縫干涉實驗裝置如圖所示,當使用波長為610-7 m的橙光做實驗時,光屏P點及上方的P1點形成相鄰的亮條紋。若使用波長為410-7 m的紫光重復上述實驗,在P和P1點形成的亮、暗條紋的情況是()A.P和P1都是亮條紋B.P是亮條紋,P1是暗條

6、紋C.P是暗條紋,P1是亮條紋D.P和P1都是暗條紋探究一探究二解析:從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光,由題意,屏中央P到S1、S2距離相等,即由S1、S2分別射出的光到P的路程差為零,因此P處是亮紋中心,因而,無論入射光是什么顏色的光,波長多大,P處都是中央亮紋中心。而P1到S1、S2的路程差剛好是橙光的一個波長,即|P1S1-P1S2|=600 nm=橙,則兩列光波到達P1時的振動情況完全一致,振動得到加強,因此,出現(xiàn)亮條紋。當換用波長為400 nm的紫光時,|P1S1-P1S2|=600 nm= 紫,則兩列光波到達P1時振動情況完全相反,即由S1、S2射出的光波到達

7、P1時就相互削弱,因此,出現(xiàn)暗條紋。綜上所述,選項B正確。答案:B探究一探究二變式訓練1導學號38190086線光源a發(fā)出的光波長為480 nm,線光源b發(fā)出的光波長為672 nm,則()A.用a做雙縫實驗,屏上與雙縫距離差為s1=1.68 m的P處將出現(xiàn)暗紋B.用b做雙縫實驗,屏上與雙縫距離差為s2=1.68 m的P處將出現(xiàn)亮紋C.用a做雙縫實驗,屏上與雙縫距離差為s2=1.44 m的Q處將出現(xiàn)亮紋D.用b做雙縫實驗,屏上與雙縫距離差為s2=1.44 m的Q處將出現(xiàn)亮紋探究一探究二可見,用a、b兩光源做雙縫實驗時,屏上P處到雙縫的距離差都等于半波長的奇數(shù)倍,均為暗紋,故選項A正確,B錯誤;用

8、a做雙縫實驗時,屏上Q處到雙縫的距離差恰等于半波長的偶數(shù)倍,Q處應為亮紋,選項C正確;用b做雙縫實驗時,屏上Q處到雙縫的距離差不等于半波長的偶數(shù)倍,選項D錯誤。答案:AC探究一探究二探究一探究二探究探究二雙縫干涉圖樣的特點雙縫干涉圖樣的特點問題導引問題導引如圖所示,幾種單色光的雙縫干涉圖樣,請問:(1)單色光干涉時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驗時干涉圖樣完全一樣嗎?探究一探究二名師精講名師精講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,兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長有關,波長越大,條紋間距越

9、大。探究一探究二2.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。這是因為:(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,從而復合成白色條紋。(2)兩側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。典例剖析典例剖析【例題2】 如圖甲為雙縫干涉實驗的裝置示意圖。圖乙為用綠光進行實驗時,在屏上觀察到的條紋情況,a為中央亮條紋,丙圖為換用另一顏色的單色光做實驗時觀察到的條紋情況,a為中央亮條紋。若已知紅光、綠光和紫光的波長

10、大小關系為紅光的波長最長,紫光的波長最短。則以下說法正確的是()A.丙圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較長B.丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較長C.丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較短D.丙圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較短探究一探究二探究一探究二解析:根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點,入射光的波長越長,同一裝置產(chǎn)生的雙縫干涉圖樣中條紋的間距就越大。由本題的條件可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長長,因此A正確,B、C、D錯誤。答案:A探究一探究二變式訓練2導學號38190087關于光的干涉,下列說法中正確的是()A.在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩

11、暗條紋的間距是不等的B.在雙縫干涉現(xiàn)象中,把入射光由波長較長的紅光換成波長較短的紫光,相鄰兩個亮條紋間距將變寬C.在雙縫干涉現(xiàn)象中,將綠光換為紅光,相鄰兩個亮條紋間距將變寬D.在雙縫干涉現(xiàn)象中,入射光為白光時得到的彩色條紋為內(nèi)紅外紫解析:在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的,故選項A錯誤;入射光的波長越長,相鄰兩個亮條紋的間距越大,故選項B錯誤,C正確;由于各色條紋間距不同,且紅光條紋最寬,紫光條紋最窄,故彩色條紋應為內(nèi)紫外紅,選項D錯誤。答案:C探究一探究二1 2 3 4 51.下列說法中正確的是()A.機械波和光波本質上不相同,但它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象

12、B.托馬斯楊利用雙縫干涉實驗有力地說明了光是一種波C.光波和機械波一樣,依賴于介質傳播D.頻率相同的不同種波,也能發(fā)生干涉1 2 3 4 5解析:機械波和光波的產(chǎn)生機制不同,即本質上有所區(qū)別,但都有波的共性,即能發(fā)生反射、折射、衍射及干涉現(xiàn)象,選項A正確;干涉是波特有的現(xiàn)象,只要是波就都能發(fā)生干涉現(xiàn)象,托馬斯楊利用光通過雙縫裝置成功地觀察到了干涉圖樣,這就有力地說明了光是一種波,所以選項B正確;機械波是機械振動在介質中的傳播,而光在真空中就可以傳播,所以選項C錯誤;頻率相同的不同種波,也能發(fā)生干涉是正確的,形成干涉的兩個必要條件是頻率相同和相位差恒定,而沒有限制波的種類,因此,選項D正確。答案

13、:ABD1 2 3 4 52.兩盞普通白熾燈發(fā)出的光相遇時,我們觀察不到干涉條紋,這是因為()A.兩盞燈亮度不同B.燈光的波長太短C.兩燈光的振動情況不同D.電燈發(fā)出的光不穩(wěn)定解析:一般情況下,兩個不同的光源發(fā)出的光或同一個光源的不同部分發(fā)出的光振動情況往往是不同的,由點光源發(fā)出的光或同一列光分出的兩列光其振動情況是相同的。答案:C1 2 3 4 53.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

14、涉條紋消失B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失,其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在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1 2 3 4 5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,因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋,但因有紅光和綠光通過雙縫照到屏上,所以屏上有光亮,故只有選項C正確。答案:C1 2 3 4 54.a光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示,若只將a光換成b光照射同一干涉儀,形成的光的干涉圖樣如圖乙所示。則下述正確的是()A.a光的頻率較大B.b光的頻率較大C.a光的波長較大D.b光的波長較大解析:由干涉圖樣可知a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距,所以有ab,選項C正確,D錯誤;根據(jù) 得fafb,選項A錯誤,B正確。答案:BC1 2 3 4 55.導學號38190088(選做題)頻率為61014 Hz的激光從S1和S2投射到屏上,若屏上的點P到S1與到S2的路程差為310-6 m,那么點P處是亮條紋還是暗條紋?設O為到S1和S2的路程相等的點,則PO間有幾條暗條紋、幾條亮條紋?(不含O、P兩點處)答案:亮條紋6條暗條紋、5條亮條紋