第4章 4.1 光的干涉

1、.4.1光的干預(yù)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.認(rèn)識光的干預(yù)現(xiàn)象及光發(fā)生干預(yù)的條件.重點(diǎn)2.理解光的干預(yù)條紋的形成原因及干預(yù)現(xiàn)象的本質(zhì)，認(rèn)識干預(yù)條紋的特征.重點(diǎn)3.理解光的干預(yù)條紋的特點(diǎn)，理解用雙縫干預(yù)測光波波長的原理.難點(diǎn)4.理解薄膜干預(yù)產(chǎn)生的原因，知道薄膜干預(yù)的應(yīng)用.難點(diǎn)楊 氏 雙 縫 干 涉 實(shí) 驗(yàn)1.史實(shí)托馬斯·楊在歷史上第一次解決了相干光源問題，成功做出了光的干預(yù)實(shí)驗(yàn).光的干預(yù)現(xiàn)象微粒說無法解釋，而波動說可做出完善解釋，使人們認(rèn)識到光具有波動性.2.產(chǎn)生條件頻率一樣、相差恒定、振動方向在同一直線上.3.在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中得到的干預(yù)圖樣有如下特點(diǎn)1單色光產(chǎn)生的干預(yù)條紋都是間距一

2、樣的明暗相間的條紋，且中央為亮條紋.當(dāng)兩縫到屏上某點(diǎn)的路程差等于半波長的奇數(shù)倍時(shí)，該處出現(xiàn)暗條紋. 2假設(shè)用白光做實(shí)驗(yàn)，中央條紋是白色，中央條紋兩側(cè)，各單色光所形成條紋疏密不同而出現(xiàn)彩色條紋重疊的現(xiàn)象.4.假如兩個(gè)光源發(fā)出的光可以產(chǎn)生干預(yù)，這樣的兩個(gè)光源叫做相干光源.1.任意兩個(gè)光源發(fā)出的光疊加后都會發(fā)生穩(wěn)定干預(yù)現(xiàn)象.×2.兩列光的波峰與波峰疊加為亮條紋，波谷與波谷疊加為暗條紋.×3.光的干預(yù)現(xiàn)象證明光具有波動性.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

3、？【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)的示意圖如圖4­1­1所示圖4­1­11單縫屏的作用：獲得一個(gè)有唯一頻率和振動情況的線光源.2雙縫屏的作用：平行光照到單縫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情況完全一致的相干光. 2.產(chǎn)生干預(yù)的條件1兩列光的頻率一樣.2兩列光的振動方向一樣且相位差恒定.發(fā)生干預(yù)的兩列波稱為相干波，發(fā)生干預(yù)的兩個(gè)光源稱為相干光源.相干光源可用同一束光分成兩列的方法來獲得.圖4­1­23由于不同光源發(fā)出的光頻率一般不同，即使是

4、同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有一樣的頻率和恒定的相位差.4光屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件：光的干預(yù)跟波的干預(yù)一樣，也有加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)，加強(qiáng)區(qū)照射到光屏上出現(xiàn)亮條紋，減弱區(qū)照射到光屏上出現(xiàn)暗條紋.假如光屏上某點(diǎn)到兩個(gè)光源的路程差是波長的整數(shù)倍，那么該點(diǎn)就是加強(qiáng)點(diǎn)；假如光屏上某點(diǎn)到兩個(gè)光源的路程差是半波長的奇數(shù)倍，那么該點(diǎn)就是減弱點(diǎn).因此，光屏上出現(xiàn)亮條紋的條件是：路程差r|r2r1|kk0,1,2，；光屏上出現(xiàn)暗條紋的條件是：路程差r|r2r1|2k1k0,1,2，.3.雙縫干預(yù)條紋的特點(diǎn)1單色光的干預(yù)圖樣假設(shè)用單色光作光源，那么干預(yù)條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等.中央為亮條紋，

5、兩相鄰亮紋或暗紋間間隔 與光的波長有關(guān)，波長越大，條紋間距越大.圖4­1­32白光的干預(yù)圖樣假設(shè)用白光作光源，那么干預(yù)條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的.這是因?yàn)椋簭碾p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.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預(yù)條紋.1.在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干預(yù)條紋，假設(shè)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，紅

6、光與綠光頻率、波長均不相等，這時(shí)在屏上可看到什么現(xiàn)象？【解析】兩列光波發(fā)生干預(yù)的條件之一是頻率相等，利用雙縫將一束光分成可以發(fā)生疊加的兩束光，在光屏上形成干預(yù)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)生干預(yù)，因此屏上不會出現(xiàn)干預(yù)條紋，但屏上仍有亮光.【答案】見解析2.在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的間隔 之差為0.6 m，假設(shè)分別用頻率f15.0×1014Hz和f27.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，那么P點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是：單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)_條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)_條紋.【解析】此題考察雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中屏上出現(xiàn)明、暗

7、條紋的條件.根據(jù)波的疊加知識，可知與兩個(gè)狹縫的光程差是波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，與兩個(gè)狹縫的光程差是半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋.據(jù)可得1 m0.6×106 m0.6 m，2 m0.4×106 m0.4 m，即d1，d2.【答案】亮暗雙縫干預(yù)中亮條紋或暗條紋的判斷方法1.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)光源雙縫的光程差與波長的比值.2.出現(xiàn)亮條紋的條件是光程差等于波長的整數(shù)倍.3.出現(xiàn)暗條紋的條件是光程等于半波長的奇數(shù)倍，而不是整數(shù)倍.薄 膜 干 涉1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在酒精燈旁豎直放置的肥皂膜上，會出現(xiàn)明暗相間的條紋.2.薄膜干預(yù)的成因豎直放置的肥皂液膜由于受重力的作

8、用，下面厚，上面薄，因此，在膜上不同位置，來自前后兩個(gè)面的反射光所走的路程差不同，在某些位置，這兩列波疊加后互相加強(qiáng)，于是出現(xiàn)了亮條紋，因此，薄膜上出現(xiàn)了亮暗相間的燭焰的像.1.用紅光照射薄膜時(shí)，會出現(xiàn)彩色條紋.×2.用白光照射薄膜時(shí)，會出現(xiàn)彩色條紋.3.只能用肥皂膜，其他薄膜不會出現(xiàn)薄膜干預(yù)現(xiàn)象.×如圖4­1­4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4­1­4【提示】是由薄膜上、下外表反射光束相遇而產(chǎn)生的干預(yù).1.薄膜干預(yù)現(xiàn)象1成因如圖4­1­5所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下

9、面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，從膜的前、后外表反射的兩列光波疊加.在某些位置，這兩列波疊加后互相加強(qiáng)，那么出現(xiàn)亮條紋；在另一些地方，疊加后互相削弱，那么出現(xiàn)暗條紋.故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干預(yù)條紋；假設(shè)在白光照射下，那么出現(xiàn)彩色干預(yù)條紋.圖4­1­52現(xiàn)象每一條紋呈程度狀態(tài)排列.由于各種色光干預(yù)后相鄰兩亮紋中心的間隔 不同，所以假設(shè)用白光做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，會觀察到彩色干預(yù)條紋.2.薄膜干預(yù)的應(yīng)用1增透膜照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭外表常鍍一層透光的膜，膜的上外表與玻璃外表反射的光發(fā)生干預(yù)，由于只有一定波長一定顏色的光干預(yù)時(shí)才會互相加強(qiáng)，所以鍍膜鏡頭看起來是有顏色的.鍍

10、膜厚度不同，鏡頭的顏色也不一樣.一般增透膜的厚度是光在薄膜介質(zhì)中傳播的波長的，即d，假設(shè)厚度為綠光在薄膜中波長的，那么鏡頭看起來呈淡紫色.2用干預(yù)法檢查平面如圖4­1­6所示，被檢查平面B與標(biāo)準(zhǔn)樣板A之間形成了一個(gè)楔形的空氣薄膜，用單色光照射時(shí)，入射光從空氣膜的上、下外表反射出兩列光波，形成干預(yù)條紋.被檢查平面假設(shè)是平的，空氣膜厚度一樣的各點(diǎn)就位于一條直線上，干預(yù)條紋平行；假設(shè)被檢查外表某些地方不平，那里的空氣膜產(chǎn)生的干預(yù)條紋將發(fā)生彎曲.圖4­1­63.如圖4­1­7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4­

11、;1­7A.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，E正確.【答案】BCE4.劈尖干預(yù)是一種薄膜干預(yù)，其裝置如圖4­1­8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)條紋會發(fā)生怎樣變化？甲 乙圖4­1­8【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12d1，22d2.因?yàn)楣獬滩?1，所以d