高二物理课件 13.3 光的干涉 （人教版选修3-4）

\n\n\n\n\n\n\n\n一、杨氏双缝干涉实验原理透析\n1.双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏.\n2.单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有惟一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏.杨氏那时没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光.3.双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光.\n4.屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反.具体产生亮、暗条纹的条件为：(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即：|PS1-PS2|=kλ=2k·(k=0，1，2，3，…)k=0时，PS1=PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.k为亮条纹的级次.\n(2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍.即：|PS1-PS2|=(2k-1)·(k=1，2，3，…)k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.(3)时间上的关系①亮条纹：Δt=nT(n=0,1,2,3,…)②暗条纹：Δt=(2n+1)·(n=0,1,2,3,…)式中Δt表示两列光波到同一点的时间差；T=为光波的周期.\n(1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小.(2)光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源.\n【典例1】(2011·萍乡高二检测)在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m，如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝，试问：(1)该黄光的波长是多少？(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹？【解题指导】(1)双缝干涉中的加强和减弱的条件.(2)第n条亮纹处对应的Δx=nλ.(3)第n条暗纹处对应的Δx=\n【标准解答】(1)(2)Δx=所以是暗条纹.答案：(1)5×10-7m(2)暗条纹\n【变式训练】(2011·济宁高二检测)用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，则()A.O到达a、b的路程差为零B.M、N到达b的路程差为λC.O到达a、c的路程差为4λD.M、N到达e的路程差为2λ\n【解析】选B、D.振动一致的两光源在空间发生干涉,得到亮条纹的条件满足Δx=nλ(n=0，1，2，3…).\n【规律方法】(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值.(2)要记住：路程差等于波长整数倍处出现亮条纹；等于半波长奇数倍处为暗条纹.(3)上述结论成立的条件是：两个光源情况完全相同.\n【变式备选】如图所示，用激光束照射双缝干涉实验装置，后面屏上出现干涉条纹，其中单缝的作用是产生线光源，单缝、双缝应平行放置.若将单缝绕中心轴旋转(不超过90°)条纹将发生什么变化？若将双缝绕中心旋转(不超过90°)条纹将发生什么变化？\n【解析】在双缝干涉实验中，单缝的作用是形成线光源，双缝的作用是形成振动情况相同的相干光源，当单缝旋转时，双缝被照亮的面积减小，双缝虽然仍能形成相干光源，但由于通过双缝的光能量减少，所以屏上仍能产生干涉条纹，但条纹变暗.当双缝旋转时，同样会导致干涉条纹变暗.同时，干涉条纹保持与双缝平行，也随双缝的旋转而旋转.\n二、双缝干涉图样的特点1.单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等.中央为亮条纹,两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大.\n2.白光的干涉图样若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的.这是因为：\n(1)从双缝射出的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹,各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹.(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹.\n用白光做干涉实验，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是从大到小，屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红.\n【典例2】(2011·福州高二检测)一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()A.各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B.各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C.各色光的强度不同，造成条纹的间距不同D.各色光通过双缝到达一确定点的距离不同\n【解题指导】(1)白光和单色光做双缝干涉时的干涉图样不同.(2)干涉条纹的宽度与单色光的波长的关系.\n【标准解答】选A.各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹.\n【变式训练】关于光的干涉，下列说法中正确的是()A.在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B.在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个明条纹间距将变宽C.只有频率相同的两列光波才能产生干涉D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定【解析】选C.在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹间距是相等的，入射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，两列波产生干涉时，频率必须相同.\n【典例】两盏相同的普通白炽灯发出的光相遇时，下列说法中正确的是()A.两盏白炽灯相同，为相干光源，故能产生干涉现象B.只要两盏灯亮度相同，就能产生干涉现象C.由于两灯光的振动情况不同，故不能产生干涉现象D.以上说法都不正确\n【解题指导】(1)应知道光产生干涉的条件.(2)生活中任何两个各自独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会发生干涉，这是由物体发光机理决定的.【标准解答】选C.相干光源发出的光频率相同、振动方向相同、相位差恒定，一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一光源的不同部位发出的光振动情况往往是不同的，由点光源发出的光或同一列光发出的两列光振动情况是相同的.\n一、选择题1.能发生干涉的两束光应是()A.亮度一样B.颜色一样C.频率相等D.传播方向相同【解析】选C.产生干涉的条件是两光源的频率相同，振动方向相同，相位差恒定.\n2.在杨氏双缝干涉实验中，用红光照射双缝得到的干涉图样是()A.一系列明暗相间的同心圆B.一些杂乱无章的点C.平行、等间距的明暗相间的条纹D.条纹中间宽、两边窄【解析】选C.单色光的双缝干涉条纹为平行、等距、明暗相间的条纹.故C对，A、B、D错.\n【方法技巧】光的干涉条件的分析生活中任何两个各自独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉，这是由物体的发光机理决定的，即任何两个各自独立的光源都不是相干光源.所以杨氏双缝干涉中单缝的作用就是从同一光源得到线光源，以便能有相同的频率和振动规律.双缝是由同一个狭缝照亮的，所以双缝也就成了一对相干光源.光的相干条件中频率相同是光发生干涉的必要条件，要发生干涉，两光源还必须具有相同的振动方向和恒定相位差.通常的问题中对相干光源的条件说法比较含蓄，要注意挖掘.\n3.已知红光、绿光和紫光三种色光的波长大小关系为：红光最长，紫光最短.那么我们用包含有红光、绿光、紫光三种色光的复色光做相干光源，所产生的干涉条纹中两相邻条纹间隔最近的干涉条纹是()A.紫色条纹B.绿色条纹C.红色条纹D.都一样近【解析】选A.光的波长越长，干涉条纹间距越大.在红光、绿光和紫光三种色光中，紫光的波长最短，其相邻的干涉条纹中紫光亮条纹间距最小.故A对.\n4.光通过双缝后在屏上产生彩色条纹，若用红色和绿色玻璃分别挡住双缝，则屏上将出现()A.黄色的干涉条纹B.红绿相间的条纹C.黑白相间的条纹D.无干涉条纹【解析】选D.红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象，故不能产生干涉条纹.\n5.(2011·温州高二检测)如图(甲)所示为双缝干涉实验时用绿光进行实验，在屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，(乙)图为换用另一种颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹.若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为：红光的波长最长，紫光的波长最短.则下列说法正确的是()A.(乙)图可能为用红光时产生的条纹，表明红光波长较长B.(乙)图可能为用紫光时产生的条纹，表明紫光波长较长C.(乙)图可能为用红光时产生的条纹，表明红光波长较短D.(乙)图可能为用紫光时产生的条纹，表明紫光波长较短\n【解析】选A.根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由题意可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此B、C、D错，A对.\n6.(2011·石家庄高二检测)如图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则()\nA.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变C.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向上移D.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移【解析】选D.仍能满足干涉条件，所以仍可以产生干涉条纹.由于单缝稍微向上移动，从双缝射出的光路程相等的位置将稍微下移，所以中央亮纹P的位置略向下移，故选项D正确.\n7.(2011·哈尔滨高二检测)先后用两种不同的单色光，在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中间距较大的那种单色光比另一种单色光()A.在真空中的波长较短B.在玻璃中传播速度较大C.在玻璃中传播时，折射率较大D.其光子的能量较小\n【解析】选B、D.干涉条纹间距越大，光波波长越长，频率越小，折射率越小，在介质中传播速度越大，故A、C错误，B对；频率越小，能量越小，故D对.\n8.(2011·菏泽高二检测)在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是()A.单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B.单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C.单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D.单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹\n【解析】选C.λ1==0.6×10-6m，λ2==0.4×10-6m.单色光f1照射时，Δs=0.6μm=λ1，是明条纹；单色光f2照射时，Δs=0.6μm=，是暗条纹.\n二、非选择题9.(2010·福州高二检测)频率为6×1014Hz的单色光从S1和S2投射到屏上，并且S1与S2振动相同.则这种色光的波长为_____；若屏上的点P到S1与P到S2的路程差为3×10-6m，则P点是_____(选填“亮条纹”或“暗条纹”).【解析】λ==5×10-7m；Δx=3×10-6m=6λ，所以是亮条纹.答案：5×10-7m亮条纹\n10.如图所示，在双缝干涉中，若用λ1=5.0×10-7m的光照射，屏上O为中央亮条纹，屏上A为第二级亮条纹所在处.若换用λ2=4.0×10-7m的光照射时，屏上O处是什么情况？屏上A处又是什么情况？\n【解析】双缝到O点的路程差为零，换用λ2=4.0×10-7m的光照射时，屏上O处仍是亮条纹.Δx=2λ1=nλ2，解得即路程差等于两个半波长，所以A处是第三级暗条纹.\nThankyou!\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全