物理粵教版學(xué)案第章第四節(jié)光的干涉

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第四節(jié)光的干涉學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．能說出什么是光的干涉現(xiàn)象及發(fā)生干涉的條件．2．能說出雙縫干涉的規(guī)律和明（暗）條紋滿足的條件．3．能說出干涉圖樣的特征和條紋間距的決定因素．4．能說出薄膜干涉發(fā)生的原因并能解釋相關(guān)現(xiàn)象．重點(diǎn)：1．干涉圖樣的特征．2．根據(jù)明(暗)條紋滿足的條件判斷某點(diǎn)出現(xiàn)亮紋還是暗紋．難點(diǎn)：用薄膜干涉解釋相關(guān)現(xiàn)象．一、雙縫干涉1．干涉圖樣讓一束單色光照射在雙縫上，在和雙縫平面平行的墻壁上即可觀察到單色光的干涉圖樣—-明暗相間的條紋．2．雙縫干涉單色光經(jīng)過雙縫后成為兩列頻率相同的光,它們?cè)诳臻g產(chǎn)生干涉，某些區(qū)域得到了加強(qiáng)，出現(xiàn)明條紋；某些區(qū)域得到了削弱，出現(xiàn)暗條紋，明條紋和暗條紋相間分布的現(xiàn)象叫雙縫干涉．3．干涉條件光和機(jī)械波一樣，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣需要一定的條件:頻率相同，相差恒定，振動(dòng)方向相同,即光波為相干光波．4．明條紋和暗條紋滿足的條件明條紋:Δr＝kλ，（k＝0，±1，±2，……）暗條紋:Δr＝（2k＋1）eq\f（λ,2），（k＝0，±1，±2，……）5．條紋間距干涉圖樣中相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離Δx＝eq\f（L,d）λ，L為雙縫到屏的距離，d為雙縫間的距離．二、薄膜干涉1．發(fā)生薄膜干涉的原因在薄膜的內(nèi)、外兩個(gè)表面反射回來的光形成相干光，在膜的不同地方,其內(nèi)、外表面反射光的光程差不同，因而在不同地方形成明條紋和暗條紋．2．形成彩色條紋的原因太陽(yáng)光是由許多不同顏色的單色光組成的，在膜的同一位置，不同顏色的光的光程差不同，因此明條紋的位置可能不同，不同顏色的光的明條紋是錯(cuò)開的，從而形成彩色條紋．預(yù)習(xí)交流若用單色光作光源，干涉圖樣是明暗相間的條紋；若用白光作光源,干涉圖樣還是明暗相間的條紋嗎？答案：不是．用單色光作光源，到兩縫的路程差正好是波長(zhǎng)整數(shù)倍的地方出現(xiàn)亮條紋，到兩縫的路程差正好是半波長(zhǎng)奇數(shù)倍的地方出現(xiàn)暗紋,所以干涉圖樣是明暗相間的條紋；白光是由多種顏色的單色光組成的,屏的同一位置對(duì)各單色光的光程差不同,明條紋的位置不同,各單色光的明條紋是錯(cuò)開的，所以形成的干涉圖樣是彩色的，由于中央對(duì)各單色光都出現(xiàn)亮紋，所以中央出現(xiàn)白色明條紋．一、對(duì)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的理解1．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，讓一束紅色激光(單一頻率的光)照射擋板上的兩條平行的狹縫，在后面的屏上觀察到光的干涉現(xiàn)象,兩狹縫為什么需相距很近？楊氏那時(shí)沒有激光，他用什么方法獲得相干光源的？答案：兩狹縫相距很近，使光波通過狹縫時(shí)的振動(dòng)情況總是相同的．楊氏用了“一分為二”法,即用強(qiáng)光先照到一條狹縫上,從而獲得單一頻率的光，再通過雙縫，發(fā)生了干涉．2．為什么一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象？答案:由于不同光源發(fā)出的光頻率不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相差，故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象．3．干涉現(xiàn)象對(duì)認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)有什么意義？答案：干涉是波的特征，光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波．4．學(xué)生討論：如圖所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的示意圖,在圖中，單縫、雙縫各起什么作用?答案：?jiǎn)慰p的作用是獲得一個(gè)線光源，有唯一的頻率和振動(dòng)情況．雙縫的作用是把一束光分成兩束頻率和振動(dòng)情況完全一致的相干光．如圖所示是研究光的雙縫干涉用的示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1和S2發(fā)出的兩列波到達(dá)屏上時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，已知入射激光的波長(zhǎng)為λ,屏上的P點(diǎn)到兩縫S1和S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記作第0號(hào)亮紋，由P向上數(shù),與0號(hào)亮紋相鄰的亮紋為1號(hào)亮紋，與1號(hào)亮紋相鄰的亮紋為2號(hào)亮紋，則P1處的亮紋恰好是10號(hào)亮紋．設(shè)直線S1P1的長(zhǎng)度為δ1，S2P1的長(zhǎng)度為δ2,則δ1－δ2等于（）．A．9λB．10λC．11λD．18λ答案:B解析:出現(xiàn)明條紋的條件是:光程差δ1－δ2＝nλ，n＝0時(shí)，出現(xiàn)0號(hào)亮紋；n＝1時(shí)，出現(xiàn)1號(hào)亮紋；…；n＝10時(shí)，出現(xiàn)10號(hào)亮紋．1．頻率相同的兩列波在屏上的同一點(diǎn)引起的振動(dòng)疊加,若該點(diǎn)同時(shí)參與的兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)總是一致，則出現(xiàn)亮條紋；若同時(shí)參與的兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)總相反，則出現(xiàn)暗條紋．2．光的干涉也遵循能量守恒原則，干涉現(xiàn)象只是光能量的重新分配，亮條紋處并不是光的干涉可以產(chǎn)生能量，而是按波的傳播規(guī)律，到達(dá)該處的光能量比較集中,而暗條紋處很少有光能量傳到該處．二、雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)1．當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差為零時(shí),該點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？答案:兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，包括了距離之差為零這種情況．這時(shí)出現(xiàn)亮條紋．2．通過觀察，說明干涉圖樣有何特點(diǎn)？答案：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．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．3．觀察課本87頁(yè)圖4－4－2的雙縫干涉圖樣，討論交流該干涉圖樣有什么特點(diǎn)?答案：該干涉圖樣中條紋間距相等,明條紋和暗條紋相間分布，且中央為亮條紋．關(guān)于光的干涉，下列說法中正確的是（)．A．在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的B．在雙縫干涉現(xiàn)象里,入射光波長(zhǎng)變短，相鄰兩個(gè)明條紋間距將變寬C．只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉D．頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定答案:C解析：在雙縫干涉現(xiàn)象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的，A錯(cuò)誤；入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，相鄰兩個(gè)明條紋間距越大，故B錯(cuò)誤;兩列波產(chǎn)生干涉時(shí)，頻率必須相同,故C正確，D錯(cuò)誤．1．單色光的干涉圖樣是明暗相間的條紋，條紋間距相等，中央為亮紋．2．白光的干涉圖樣是彩色條紋,中央是白色亮條紋．3．由Δx＝eq\f（L，d)λ知在L和d相同時(shí)單色光波長(zhǎng)越大，條紋間距也越大．1．從兩只手電筒射出的光，當(dāng)它們照射到同一點(diǎn)時(shí)看不到干涉條紋，這是因?yàn)椋ǎ瓵．手電筒射出的光不是單色光B．周圍環(huán)境漫反射的光太強(qiáng)C．干涉圖樣太細(xì)小看不清楚D．兩個(gè)光源是非相干光源答案：D解析：本題雖然強(qiáng)調(diào)兩只相同的手電筒,但它們發(fā)出的光仍然頻率不同,兩束光的頻率不同，不滿足干涉產(chǎn)生的條件，所以看不到干涉圖樣，所以選項(xiàng)D正確,A、B、C都是錯(cuò)誤的．2．如下圖所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜,下列說法中正確的是（）．A．人從右側(cè)向左看,可看到彩色條紋B．人從左側(cè)向右看，可看到彩色條紋C．彩色條紋水平排列D．彩色條紋豎直排列答案：BC解析：一束白光照到薄膜上,經(jīng)薄膜前后兩個(gè)界面上反射回來的光再相遇時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，這樣人從左側(cè)向右看時(shí)，可以看見干涉條紋，故B項(xiàng)正確．由于重力作用薄膜自上向下逐漸加厚，在同一水平線上的厚度相同,故彩色條紋是水平排列的，故C正確．3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差Δx＝0.6μm；若分別用頻率為f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是（）．A．用頻率為f1的單色光照射時(shí),出現(xiàn)明條紋B．用頻率為f2的單色光照射時(shí)，出現(xiàn)明條紋C．用頻率為f1的單色光照射時(shí)，出現(xiàn)暗條紋D．用頻率為f2的單色光照射時(shí),出現(xiàn)暗條紋答案：AD解析：本題知道頻率和光程差，應(yīng)先利用波速公式計(jì)算出波長(zhǎng)，將光程差和波長(zhǎng)進(jìn)行比較，就可得出結(jié)論．根據(jù)c＝λf，可得兩種單色光的波長(zhǎng)分別為λ1＝eq\f（c,f1)＝eq\f(3×108，5.0×1014)m＝0。6μmλ2＝eq\f（c，f2）＝eq\f(3×108，7.5×1014)m＝0.4μm與跟題給條件Δx＝0。6μm比較可知Δx＝λ1,Δx＝eq\f(3，2）λ2故用頻率為f1的光照射雙縫時(shí),P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋；用頻率為f2的光照射雙縫時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋,該題的正確選項(xiàng)是A、D．4．如圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用單色光是普通光源通過濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是哪兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的（）．A．a(chǎn)的上表面和b的下表面B．a(chǎn)的上表面和b的上表面C．a(chǎn)的下表面和b的上表面D．a(chǎn)的下表面和b的下表面答案：C解析：干涉法的原理是利用單色光的薄膜干涉，這里的薄膜指的是樣板與待測(cè)玻璃之間的空氣層，空氣層的上表面和下表面分別反射的光會(huì)發(fā)生干涉,觀察干涉后形成的條紋是否為平行直線,可以斷定厚玻璃的上表面是否平整．因此選項(xiàng)C是正確的．5．為了減少光在透鏡表面由于反射帶來的損失，可在透鏡表面涂上一層增透膜，一般用折射率為1.38的氟化鎂，為了使波長(zhǎng)為5.52×10－7m的綠光在垂直表面入射時(shí)使反射光干涉相消，求所涂的這種增透膜的厚度．答案:1×10