第5章 1 光的干涉

1、.1光的干預(yù)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.觀察光的干預(yù)現(xiàn)象，知道光的干預(yù)條件重點(diǎn)2.知道楊氏干預(yù)實(shí)驗(yàn)和決定干預(yù)條紋間距的條件，認(rèn)識出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的位置特點(diǎn)難點(diǎn)3.理解薄膜干預(yù)實(shí)驗(yàn)的原理和現(xiàn)象重點(diǎn)、難點(diǎn)4.理解干預(yù)現(xiàn)象的應(yīng)用增透膜與反射膜原理.雙 縫 干 涉 1雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)：如圖5­1­1，讓一束平行的單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個(gè)波源，它們的振動(dòng)情況總是一樣的，兩個(gè)波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加圖5­1­12現(xiàn)象：屏上得到了明暗相間的條紋3結(jié)論：證明光是一種波2出現(xiàn)明、暗條紋的條件1當(dāng)光從兩狹縫到屏

2、上某點(diǎn)的路程差為波長的整數(shù)倍時(shí)，這些點(diǎn)出現(xiàn)明條紋；當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，這些點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋2和一般波的干預(yù)一樣，光干預(yù)的條件是兩列光的頻率一樣，能發(fā)生干預(yù)的兩束光稱為相干光3計(jì)算波長的公式設(shè)兩縫間距為d，兩縫到屏的間隔 為l，當(dāng)d和l一定時(shí)，計(jì)算說明：當(dāng)ld時(shí)，相鄰兩條明條紋或暗條紋的間距為x.利用此式，測出條紋間間隔 x，即可求出光的波長1直接用強(qiáng)光照射雙縫，發(fā)生干預(yù)×2兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能觀察到光的干預(yù)現(xiàn)象×3用單色光作光源，干預(yù)條紋是明暗相間的條紋1做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須具備什么條件才能觀察到干預(yù)條紋？【提示】必須是相干光源，且雙縫間的間距必須很小2一

3、般情況下光源發(fā)出的光很難觀察到干預(yù)現(xiàn)象，這是什么原因？【提示】光源不同部位發(fā)出的光不一定具有一樣的頻率和恒定的相差，不具備相干光源的條件1雙縫干預(yù)示意圖圖5­1­22單、雙縫的作用平行光照射到單縫S上后，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率一樣和振動(dòng)情況完全一致的相干光3明、暗條紋產(chǎn)生的條件1亮條紋屏上某點(diǎn)P到兩縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半個(gè)波長的偶數(shù)倍即|PS1PS2|k2k·k0,1,2,3時(shí)出現(xiàn)亮條紋2暗條紋屏上某點(diǎn)到兩縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍即：|PS1PS2|2k1k0,1,2,3時(shí)出現(xiàn)暗條紋4干預(yù)圖樣的特點(diǎn)1單

4、色光：干預(yù)條紋是間距相等、明暗相間的條紋，且中央為亮紋紅光的條紋間距最大，紫光的條紋間距最小2白光：干預(yù)條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的原因是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，除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，便形成了兩側(cè)的彩色條紋3條紋間距：條紋間距與波長成正比，x·其中d為兩逢間距，l為兩縫到屏的間隔 ，為光的波長1以下關(guān)于雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)的說法中正確的選項(xiàng)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)情況一樣的相干光源C光屏上距兩縫的路程差等于半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋D在光屏上能看到光的干預(yù)圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干預(yù)發(fā)

5、生E用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，不同顏色的光產(chǎn)生的干預(yù)條紋間距不同【解析】在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，單縫的作用是獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況，雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況完全一樣的相干光源，應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確在兩個(gè)相干光源完全一樣的情況下，光屏上距兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗紋，選項(xiàng)C正確兩列光波只要相遇就會(huì)疊加，滿足相干條件就能發(fā)生干預(yù)，所以在雙縫與光屏之間的空間也會(huì)發(fā)生光的干預(yù)，用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便，應(yīng)選項(xiàng)D錯(cuò)誤不同顏色的光波長不同，根據(jù)y知，E正確【答案】BCE2.在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，屏上一點(diǎn)P到雙縫的間隔 之差為1.5×106 m假設(shè)用頻率為5.0×

6、;1014 Hz的單色光照射雙縫，該點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？從屏中心算起這是第幾條什么條紋？【解析】該單色光的波長 m6×107 m，P點(diǎn)到雙縫的間隔 差與波長的大小關(guān)系為1.5×106 m2.5，即間隔 差為半波長的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處是暗條紋令2.52k1k1,2,3，得k3，這是第3條暗條紋【答案】暗條紋第3條暗條紋分析雙縫干預(yù)中明暗條紋問題的步驟1由題設(shè)情況依真n介，求得光在真空或空氣中的波長2由屏上出現(xiàn)明暗條紋的條件判斷光屏上出現(xiàn)的是明條紋還是暗條紋3根據(jù)明條紋的判斷式rkk0,1,2或暗條紋的判斷式r2k1k0,1,2，判斷出k的取值，從而判斷條紋數(shù)薄 膜 干 涉 1

7、定義由薄膜兩個(gè)面反射的光波相遇而產(chǎn)生的干預(yù)現(xiàn)象2應(yīng)用1檢查平面的平整程度2光學(xué)鏡頭上的增透膜3太陽鏡片上的反射膜1薄膜干預(yù)是通過兩個(gè)外表折射的光線產(chǎn)生的×2增透膜的厚度應(yīng)等于光在空氣中的波長的四分之一×3水面上漂浮的油膜出現(xiàn)彩色條紋是薄膜干預(yù)現(xiàn)象1如圖5­1­3所示是幾種常見的薄膜干預(yù)圖樣，這些干預(yù)圖樣是怎樣形成的呢？圖5­1­3【提示】是由薄膜上、下外表反射光束相遇而產(chǎn)生的干預(yù)2兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能否觀察到光的干預(yù)現(xiàn)象？【提示】兩只手電筒射出的光束在空間相遇，不滿足光發(fā)生干預(yù)的條件，不能觀察到光的干預(yù)現(xiàn)象1薄膜干預(yù)原理

8、光照在厚度不同的薄膜上時(shí)，在薄膜的不同位置，前后兩個(gè)面的反射光的路程差不同，在某些位置兩列波疊加后互相加強(qiáng)，于是出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，兩列波相遇后被互相削弱，于是出現(xiàn)暗條紋2薄膜干預(yù)的應(yīng)用1用干預(yù)法檢查平面原理：如圖5­1­4所示，在被測平面上放一個(gè)透明的樣板，在樣板的一端墊一個(gè)薄片，使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄層用單色光照射時(shí)，空氣層的上、下兩個(gè)外表反射的兩列光波發(fā)生干預(yù)空氣厚度一樣的地方，兩列波的路程差一樣，兩列波疊加時(shí)互相加強(qiáng)或減弱的情況一樣，因此假設(shè)被測面是平的，干預(yù)條紋就是一組平行的直線，假如干預(yù)條紋是彎曲的，就說明被測外表不平圖5

9、3;1­4判斷法矮人行走法，即把干預(yù)條紋看成“矮人的行走軌跡讓一個(gè)小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走，始終保持腳踏被檢板，頭頂樣板，在行走過程中：圖5­1­5a假設(shè)遇一凹下，他必向薄膜的尖端去繞，方可按上述要求過去，即條紋某處彎向薄膜尖端，該處為一凹下如圖5­1­5中P點(diǎn)b假設(shè)某處有一凸起，他要想過去，必向薄膜底部去繞，即條紋某處彎向薄膜底部方向時(shí)，該處必為一凸起如圖5­1­5中Q點(diǎn)2增透膜增透膜的厚度：膜厚為入射光在薄膜中波長的.增透膜增透的原理：因增透膜的厚度為入射光在薄膜中波長的，從介質(zhì)膜前后兩個(gè)面反射的光的路程差為，

10、所以兩列光波互相削弱，使反射光的強(qiáng)度大大降低，透射光的強(qiáng)度得到加強(qiáng)對“增透的理解：假如用宏觀的思維方式來理解，兩束反射光互相抵消，并沒有增加透射光的強(qiáng)度，因此，此過程只是“消反，卻不能“增透總的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增強(qiáng)增透膜是通過“消反來確?！霸鐾傅?.如圖5­1­6所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜，以下說法正確的選項(xiàng)是圖5­1­6A人從右側(cè)向左看，可以看到彩色條紋B人從左側(cè)向右看，可以看到彩色條紋C彩色條紋程度排列D彩色條紋豎直排列E肥皂膜的彩色條紋是前后兩外表反射的光干預(yù)形成的【解析】一束白光射到薄膜上，經(jīng)前后兩

11、個(gè)界面反射回來的光相遇，產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象，我們由左向右看可以看到彩色條紋，應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；由于薄膜同一程度線上的厚度一樣，所以彩色條紋是程度排列的，應(yīng)選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤肥皂膜的彩色條紋是前后兩外表反射的光干預(yù)形成的，選項(xiàng)E正確【答案】BCE4劈尖干預(yù)是一種薄膜干預(yù)，其裝置如圖5­1­7甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃外表之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干預(yù)條紋如圖5­1­7乙所示，干預(yù)條紋有如下特點(diǎn)：1任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；2任意相鄰亮條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定現(xiàn)假設(shè)在圖甲裝置中抽去一張紙片，那么當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干預(yù)條紋會(huì)發(fā)生怎樣變化？甲 乙圖5­1­7【解析】光線在空氣膜的上、下外表發(fā)生反射，并發(fā)生干預(yù)，從而形成干預(yù)條紋設(shè)空氣膜頂角為，d1、d2處為兩相鄰亮條紋，如下圖，那么此兩處的光程分別為1