教科版 (2019)选择性必修 第一册4 光的干涉图片ppt课件

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1.知道光的双缝干涉现象和产生干涉现象的条件。(物理观念)2.理解亮暗条纹的成因及出现亮暗条纹的条件。(科学思维)3.掌握干涉条纹间距和光的波长之间的关系。(科学思维)4.了解薄膜干涉的现象和应用。(科学思维)
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一、双缝干涉1.双缝干涉实验(1)实验:如图所示,让一束平行的红色激光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两狭缝相距很近,两狭缝就成了两个波源,它们的振动情况总是相同的,两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加。(2)现象:屏幕上得到了　　　　　　　　的条纹。 (3)结论:证明光是一种波。 因为干涉是波特有的现象
2.出现亮、暗条纹的条件
(2)光干涉的必要条件是两列光的　　　　相同。能发生干涉的两束光称为相干光。 
二、薄膜干涉1.定义由薄膜两个表面　　　　回来的光波相遇而产生的干涉现象。 2.应用(1)检查平面的　　　　　　　　。 (2)光学镜头上的　　　　　　。 
情境链接在公路积水表面的油膜上可以看到彩色的条纹,这些彩色条纹是如何形成的?
提示 由薄膜干涉造成的。白光照射在油膜表面,被薄膜前、后表面反射的两列反射波叠加,形成干涉条纹。由于白光中的各色光波长不同,发生干涉后的条纹间距不同,薄膜上就会出现彩色花纹。
教材拓展阅读教材P111“发展空间”——“增透膜与反射膜”,完成下列问题。如图所示,增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波,相互叠加,当路程差为半波长的奇数倍时,两个表面反射的光互为反向,相互抵消,从而使反射的两列光波产生相消干涉,反射光的能量几乎等于零。如果用白光照到膜上,能全部相互抵消吗?
提示 不能。厚度d满足2d= (此波长为光在该种介质中的波长),由于白光中含有多种波长的光,所以增透膜只能使其中一定波长的光相互抵消。
易错辨析(1)直接用强光照射双缝,发生干涉。(　　)(2)两只手电筒射出的光束在空间相遇,能观察到光的干涉现象。(　　)(3)用单色光作光源,干涉条纹是明暗相间的条纹。(　　)
探究点一　对双缝干涉实验原理的理解
导学探究如图为双缝干涉的示意图,单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上,狭缝就成了两个波源,发出的光向右传播,在后面的屏上观察光的干涉情况。在屏幕上观察到什么现象?两条狭缝起什么作用?
提示 屏幕上出现明暗相间的条纹。光线照到两狭缝上,两狭缝成为振动情况完全相同的光源。
知识归纳1.相干光能发生干涉的两列波称为相干波,能发生干涉的两束光称为相干光,相干光可用同一束光分成两列来获得。2.杨氏双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图如图所示,有光源、单缝、双缝和光屏。(2)单缝屏的作用:获得一个线光源,使光源有唯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。托马斯·杨的时代没有激光,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。
特别提示　(1)双缝干涉的条件是必须有相干光,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,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。(3)在单色光的干涉条纹中,两相邻亮条纹或暗条纹间的距离是相等的,不同色光的条纹间距不相等。
应用体验【例1】 在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),已知红光与绿光的频率、波长均不相等,这时(　　)A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在D.至少有一种颜色的双缝干涉条纹
解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相同,利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率不同,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹,故选项C正确。
对点演练1某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象, 其中A为单缝屏,B为双缝屏,C为光屏。当让一束阳光照射A屏时,C屏上并没有出现干涉条纹,移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是(　　)A.单缝S太窄B.单缝S太宽C.S到S1和S2距离不相等D.阳光不能作为光源
解析 双缝干涉实验中单缝的作用是获得线光源,而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的,单缝的宽度应比较小,由题意知,这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽,得不到线光源,故选项B正确。
探究点二　双缝干涉中亮暗条纹的判断
导学探究从实验可知,在双缝后的光屏上可以看到明暗相间的干涉条纹,相邻两条亮条纹(或暗条纹)中线的距离称为条纹间距,间距的大小与光屏到双缝的距离l、双缝的间距d以及入射光的波长λ有关,它们之间到底是什么关系?
知识归纳1.亮条纹产生的条件屏上某点P到两狭缝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,…)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。
2.暗条纹产生的条件屏上某点P到两狭缝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.相邻亮条纹(暗条纹)间的距离Δx与波长λ的关系
特别提示　分析双缝干涉中亮暗条纹问题的步骤(1)由题设情况依据λ真=nλ介,求得光在真空(或空气)中的波长。(2)由屏上出现亮暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。(3)根据亮条纹的判断式Δr=±kλ(k=0,1,2,…)或暗条纹的判断式Δr=±(2k-1) (k=1,2,3,…),判断出k的取值,从而判断条纹亮暗情况。
应用体验【例2】 如图所示,在双缝干涉实验中,S1、S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P到S1、S2的距离之差为2.1 μm,现分别用A、B两束单色光在空气中做双缝干涉实验。(1)若A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m,则P点是亮条纹还是暗条纹?(2)若B光在某介质中的波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°,则P点是亮条纹还是暗条纹?(sin 37°=0.6)
答案 (1)暗条纹　(2)亮条纹解析 (1)由于光从一种介质进入另一种介质中频率不变故λA=nλ1=6×10-7 m根据PS1-PS2=kλA求得k=3.5于是P点出现暗条纹。
故λB=n1λ2=5.25×10-7 m根据PS1-PS2=k1λB求得k1=4于是P点出现亮条纹。
对点演练2如图所示,当使用波长为6×10-7 m的橙光做双缝干涉实验时,光屏中心点P及其上方的P1点形成两条相邻的亮条纹;若换用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条纹情况是(　　)A.P和P1都是亮条纹B.P是亮条纹,P1是暗条纹C.P是暗条纹,P1是亮条纹D.P和P1都是暗条纹
解析 根据形成亮、暗条纹的条件可知,无论换用哪种波长的色光,都有Δx0=PS1-PS2=0,故P点总是亮条纹。橙色光在P1点形成第一级亮条纹,有Δx=P1S2-P1S1=nλ=1×6×10-7 m=6×10-7 m,对紫光来说,P1S2-P1S1=1.5λ紫,故P1为暗条纹。综上分析,B正确。
探究点三　对薄膜干涉的理解及应用
导学探究在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜,把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像,如图所示。这个像与直接看到的灯焰有什么不同?如果用白光做实验情况又会如何?
提示 灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成。如果用白光做实验,肥皂膜上会出现彩色水平条纹。
知识归纳1.薄膜干涉形成原因如图所示,照射到液膜上的光线从前、后两个表面反射回来,形成两列光波。由于这两列光波是由同一入射光波产生的,因此频率相同、相位差恒定,满足干涉条件。
2.用干涉法检查平面平整度如图甲所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检测平面是光滑的,得到的干涉图样必是等间距的。如果被测表面某处凹下,则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现,如图乙中P条纹所示;如果某处凸起来,则对应条纹延后出现,如图乙中Q条纹所示。(注:“提前”与“延后”不是指在时间上,而是指由左到右的位置顺序上)
特别提示　被测平面凹下或凸起的形象判断法被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法,即把干涉条纹看成“矮人”的直立行走轨迹,让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被测板,头顶样板。在行走过程中:(1)若遇一凹下,他必向薄膜的尖端去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,该处为凹下。(2)若遇一凸起,他必向薄膜的底部去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜底部,该处为凸起。因此,条纹向薄膜尖端弯曲时,说明下凹,反之,则上凸。
应用体验【例3】 劈尖干涉是一种薄膜干涉。如图甲所示,将一块标准样板a放置在厚玻璃b上,在一端夹入两张纸片,当单色光从上方入射后,从上往下可以看到干涉条纹,如图乙所示。下列说法正确的是(　　)A.干涉条纹是由图甲中a、b上表面反射光的叠加产生的B.相邻的暗条纹对应位置下方的空气膜厚度差相同C.若抽去一张纸片,条纹变密D.若观察到的条纹如图丙所示,则厚玻璃板上表面有上凸的位置
解析 干涉条纹是空气层上、下两个表面反射的光叠加产生的,A错误;根据劈尖干涉条纹特点可知,任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等,任意相邻的亮条纹或者暗条纹对应的薄膜厚度差恒定,B正确;干涉条纹光程差Δx=2d,即光程差为空气层厚度的2倍,当满足Δx=nλ时,表现为亮条纹,故相邻亮条纹间的空气厚度为 ,若抽去一张纸倾角减小,故亮条纹之间距离增大,因此干涉条纹变疏,C错误;若观察到的条纹如题图丙所示,可知检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,则厚玻璃板上表面有下凹的位置,D错误。
对点演练3(多选)把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入(如图),这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法正确的是(　　)A.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时,条纹变疏B.将薄片远离劈尖移动使劈角变小时,条纹变疏C.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时,条纹变密D.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时,条纹不变
解析 由于薄膜干涉中相邻亮条纹对应的薄膜厚度差恒定,将薄片向着劈尖移动使劈角变大时,相邻亮条纹间距变小,所以干涉条纹会变密;将薄片远离劈尖移动使劈角变小时,相邻亮条纹间距变大,所以干涉条纹会变疏;故A、D错误,B、C正确。
1.(双缝干涉的理解)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是(　　)A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝到光屏之间的距离C.减小双缝之间的距离D.换用频率更低的单色光源
解析 根据双缝干涉条纹间距关系式,可得Δx= λ,减小光源到单缝的距离,不会改变条纹间距,故A错误;减小双缝到光屏之间的距离L,会使条纹间距变小,故B正确;减小双缝之间的距离d,会使条纹间距变大,故C错误;换用频率更低的单色光源,即光源的波长变长,会使条纹间距变大,故D错误。
2.(双缝干涉中亮暗条纹的判断)(多选)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.由O到达a、b的路程差为零B.由M、N到达b的路程差为λC.由O到达a、c的路程差为4λD.由M、N到达e的路程差为2λ
解析 从O到达某点可以经过M也可以经过N,故无法比较从O到达某两点的路程差,故A、C错误;b为中央亮条纹旁边的第一条亮条纹,由N、M到达b的路程差为波长λ,故B正确;e为中央亮条纹旁边的第二条亮条纹,由N、M到达e的路程差为2λ,故D正确。
3.(薄膜干涉的应用)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图所示,这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法正确的是(　　)A.干涉条纹的产生是光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果B.干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C.增大薄片的厚度,条纹间距变大D.观察薄膜干涉条纹时,眼睛应在入射光的另一侧
解析 根据薄膜干涉的产生原理,干涉条纹是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时,振动加强,形成亮条纹,故A正确,B错误;增大薄片的厚度,即增大空气层的厚度,导致同级的光程差的间距变小,则干涉条纹间距会变小,故C错误;因相干光是反射光,故观察薄膜干涉时,应在入射光的同一侧,故D错误。
4.(薄膜干涉的应用)利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度,还可以制成镜头增透膜。图甲中,让单色光从上方射入,这时从上方看可以看到明暗相间的条纹,下列说法正确的是(　　)A.图甲中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时,条纹变疏B.图甲中将样板微微平行上移,条纹疏密不变C.在图甲中如果看到的条纹如图乙所示,说明被检平面在此处凸起D.图丙中镀了增透膜的镜头看起来是有颜色的,那是增透了这种颜色的光的缘故