高中物理 第13章 光 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,填一填,練一練,1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(見課本第54頁) (1)史實(shí):1801年,英國物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。 (2)實(shí)驗(yàn)過程:讓一束平行的單色光投射到一個(gè)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(gè)波源,它們的頻率、相位和振動(dòng)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(gè)光源的光在一些位置相互加強(qiáng),在另一些位置相互削弱。 (3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:在屏上得到明暗相間的條紋。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dòng)方向相同,相位差恒定。 (2)相干光源:發(fā)出的光能夠發(fā)生干涉的兩個(gè)光源。 3.出現(xiàn)明暗條紋的條件(見課本第55頁) 當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍 時(shí)(即恰好等于波長的整數(shù)倍時(shí)),兩列光在這點(diǎn)相互加強(qiáng),這里出現(xiàn)亮條紋;當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時(shí),兩列光在這一點(diǎn)相互削弱,這里出現(xiàn)暗條紋。,,,,,,,,,填一填,練一練,由兩個(gè)不同光源所發(fā)出的兩束白光落在同一點(diǎn)上,不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。這是因?yàn)? ) A.兩個(gè)光源發(fā)出光的頻率不同 B.兩個(gè)光源發(fā)出光的強(qiáng)度不同 C.兩個(gè)光源的光速不同 D.這兩個(gè)光源是彼此獨(dú)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(xiàng)A錯(cuò)誤;光的強(qiáng)度對光是否產(chǎn)生干涉沒有影響,所以B錯(cuò)誤;光速在真空中是確定的,但它對光的干涉也沒影響,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;題中的是兩個(gè)獨(dú)立光源,二者產(chǎn)生的不是相干光,選項(xiàng)D正確。 答案:D,,,探究一,探究二,探究一楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理透析 問題導(dǎo)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(dòng)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(dòng)“加強(qiáng)區(qū)”和“減弱區(qū)”。在1801年英國物理學(xué)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 1.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖:實(shí)驗(yàn)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(gè)線光源,使光源有唯一的頻率和振動(dòng)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(dòng)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(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: (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|=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。,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,當(dāng)使用波長為6×10-7 m的橙光做實(shí)驗(yàn)時(shí),光屏P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋。若使用波長為4×10-7 m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),在P和P1點(diǎn)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(gè)波長,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,則兩列光波到達(dá)P1時(shí)的振動(dòng)情況完全一致,振動(dòng)得到加強(qiáng),因此,出現(xiàn)亮條紋。 當(dāng)換用波長為400 nm的紫光時(shí),|P1S1-P1S2|=600 nm= λ紫,則兩列光波到達(dá)P1時(shí)振動(dòng)情況完全相反,即由S1、S2射出的光波到達(dá)P1時(shí)就相互削弱,因此,出現(xiàn)暗條紋。綜上所述,選項(xiàng)B正確。 答案:B,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)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(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s1=1.68 μm的P處將出現(xiàn)暗紋 B.用b做雙縫實(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s2=1.68 μm的P處將出現(xiàn)亮紋 C.用a做雙縫實(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s2=1.44 μm的Q處將出現(xiàn)亮紋 D.用b做雙縫實(shí)驗(yàn),屏上與雙縫距離差為s2=1.44 μm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(shí)驗(yàn)時(shí),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(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;用a做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),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(yīng)為亮紋,選項(xiàng)C正確;用b做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),屏上Q處到雙縫的距離差不等于半波長的偶數(shù)倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:AC,,探究一,探究二,探究一,探究二,探究二雙縫干涉圖樣的特點(diǎn) 問題導(dǎo)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(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?,探究一,探究二,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(guān),波長越大,條紋間距越大。,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?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。,典例剖析 【例題2】 如圖甲為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖。圖乙為用綠光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),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(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的條紋情況,a'為中央亮條紋。若已知紅光、綠光和紫光的波長大小關(guān)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(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較長 B.丙圖可能為用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較長 C.丙圖可能為用紫光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較短 D.丙圖可能為用紅光實(shí)驗(yàn)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(diǎn),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(cuò)誤。 答案:A,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 導(dǎo)學(xué)號38190087關(guān)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(gè)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(gè)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(shí)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(xiàng)A錯(cuò)誤;入射光的波長越長,相鄰兩個(gè)亮條紋的間距越大,故選項(xiàng)B錯(cuò)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(yīng)為內(nèi)紫外紅,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:C,,,探究一,探究二,1 2 3 4 5,,,,,,1.下列說法中正確的是( ) A.機(jī)械波和光波本質(zhì)上不相同,但它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象 B.托馬斯·楊利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)有力地說明了光是一種波 C.光波和機(jī)械波一樣,依賴于介質(zhì)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(jī)械波和光波的產(chǎn)生機(jī)制不同,即本質(zhì)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(xiàng)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(xiàng)B正確;機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播,而光在真空中就可以傳播,所以選項(xiàng)C錯(cuò)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(gè)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(xiàng)D正確。 答案:ABD,,1 2 3 4 5,,,,,,2.兩盞普通白熾燈發(fā)出的光相遇時(shí),我們觀察不到干涉條紋,這是因?yàn)? ) A.兩盞燈亮度不同 B.燈光的波長太短 C.兩燈光的振動(dòng)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(gè)不同的光源發(fā)出的光或同一個(gè)光源的不同部分發(fā)出的光振動(dòng)情況往往是不同的,由點(diǎn)光源發(fā)出的光或同一列光分出的兩列光其振動(dòng)情況是相同的。 答案:C,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.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(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(xiàng)C正確。 答案:C,,1 2 3 4 5,,,,,,4.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λaλb,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;根據(jù) 得fafb,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。 答案:BC,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導(dǎo)學(xué)號38190088(選做題)頻率為6×1014 Hz的激光從S1和S2投射到屏上,若屏上的點(diǎn)P到S1與到S2的路程差為3×10-6 m,那么點(diǎn)P處是亮條紋還是暗條紋?設(shè)O為到S1和S2的路程相等的點(diǎn),則PO間有幾條暗條紋、幾條亮條紋?(不含O、P兩點(diǎn)處) 答案:亮條紋 6條暗條紋、5條亮條紋,,,