第3节　光的干涉.docx

第3节　光的干涉学习目标要求核心素养和关键能力1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道光的干涉现象说明光是一种波2.掌握光的双缝干涉现象的产生，出现亮、暗条纹的位置3.知道产生干涉条纹的条件，能进行干涉条纹间距的计算4.知道薄膜干涉现象以及相关的应用1.与机械波的干涉进行比较2.通过干涉图样的观察，体会物理现象之美知识点一　光的双缝干涉　如图所示，灯泡发出的光照射到带有双缝的挡板上，挡板后面光屏上将呈现什么现象？提示　光屏上将呈现彩色条纹❶物理史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性❷双缝干涉实验(1)装置示意图如图所示，由光源、单缝、双缝和光屏组成2)实验过程：让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉现象3)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹4)实验结论：光是一种波❸干涉条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定❹相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源1．单缝的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。

2．双缝的作用平行光通过单缝S后，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相同的相干光3．光屏上某处出现亮、暗条纹的条件(如装置示意图所示)(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两缝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|＝nλ＝2n·(n＝0，1，2，3…)n＝0 时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，n为亮条纹的级次2)暗条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝(2n－1)·(n＝1，2，3…)n为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开4．干涉图样(1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹　对双缝干涉实验的理解【例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．阳光不能作为光源答案　B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　双缝干涉中明暗条纹的判断【例2】 在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？(光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s)答案　见解析解析　如图所示，双缝S1、S2到光屏上任意一点P的路程之差Δr＝S2S2′，当Δr等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现亮条纹；当Δr等于单色光半个波长的奇数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相抵消，出现暗条纹频率为f1的单色光的波长λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm频率为f2的单色光的波长λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm即Δr＝λ1，Δr＝λ2可见，用频率为f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹，且为第一亮条纹；用频率为f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为第二暗条纹训练1】 (2022·浙江杭州期末)如图是双缝干涉实验装置示意图，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏中心P点出现亮条纹，位于P点上方的P1点到S1、S2的路程差恰为600 nm。

现改用波长为400 nm的紫色光照射，则 (　　)A．P和P1处都出现亮条纹B．P处为亮条纹，P1处为暗条纹C．P处为暗条纹，P1处为亮条纹D．P处和P1处都是暗条纹答案　B解析　P点到S1、S2的路程差为0，在P处出现亮条纹P1点到S1、S2的路程差为600 nm＝3× nm，为紫色光半波长的奇数倍，则P1处出现暗条纹，B正确知识点二　干涉条纹和光的波长之间的关系如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？(2)用不同颜色的光做双缝干涉实验时干涉图样完全一样吗？提示　(1)相等　(2)不一样，条纹间距不同❶若设双缝间距为d，双缝到屏的距离为l，光的波长为λ，则双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为Δx＝λ❷用不同颜色的光进行干涉实验，条纹间距不同，红光条纹间距最大，黄光条纹间距比红光小，用蓝光时更小1．由Δx＝λ知两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大2．白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：(1)白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。

2)各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央形成亮条纹，从而复合成白色条纹3)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹例3】 (多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是 (　　)A．改用红色激光B．减小双缝间距C．将屏幕向远离双缝的位置移动D．将光源向远离双缝的位置移动答案　ABC解析　根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，要使Δx增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A、B、C正确，D错误训练2】 (2022·江苏鼓楼高二期末)用双缝干涉实验装置得到红光的干涉条纹先增加光源与单缝之间的距离，再将光源与单缝之间的红色滤光片换为绿色滤光片，下列说法正确的是(　　)A．增加光源与单缝之间的距离后，得到的条纹间距变大B．增加光源与单缝之间的距离后，得到的条纹间距变小C．换为绿色滤光片后，得到的条纹间距变小D．换为绿色滤光片后，得到的条纹间距变大答案　C解析　根据Δx＝λ可知，增加光源与单缝之间的距离后，得到的条纹间距不变，选项A、B错误；换为绿色滤光片后，波长变短，则得到的条纹间距变小，选项C正确，D错误。

知识点三　薄膜干涉用铁环粘上肥皂液，用白炽灯光照射，从反射光的方向去看，呈现如图所示的现象，最上部是较宽的黑色条纹，其下是若干彩色条纹为什么下部的条纹宽度不一样？提示　由于重力作用，肥皂液逐渐向下流动，形成上薄下厚的形状，上部的肥皂膜变得越来越薄，从膜的前、后表面反射回来的光的光程差不同，所以形成的彩色条纹宽度不同❶薄膜干涉是液膜前后两个面反射的光共同形成的❷不同位置液膜前后两个面的反射光的路程差不同，某些位置两列波叠加后相互加强，出现亮条纹，另一些位置，两列波叠加后相互削弱，出现了暗条纹1．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹2．形成亮、暗条纹的条件薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝nλ(n＝0，1，2，3…)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝λ(n＝0，1，2，3…)3．薄膜干涉的应用(1)检查平面平整度的原理光线经空气薄膜的上、下两面的反射，得到两束相干光，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉条纹是等间距的。

如果被检测平面某处凹下，则对应条纹提前出现，如果某处凸起，则对应条纹延后出现2)增透膜的原理在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零例4】 (多选)(2022·福建福州一中高二期末)利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜图1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1中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏B．图1中将样板微微平行上移，条纹疏密不变C．在图1中如果看到的条纹如图2所示，说明被检平面在此处是凹下D．图3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答案　BC解析　当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；将样板平行上移，导致原来满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；从弯曲的条纹可知，此处检查平面左边处的空气膜厚度与右面的空气膜厚度相同，知此处凹陷，故C正确；照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种膜称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因该种颜色的光没有增透造成的，故D错误。

训练3】 (2022·上海市南洋模范中学月考)如图所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单色光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环以下说法正确的是 (　　)A．干涉现象是凸透镜下表面反射光和凸透镜上表面反射光叠加形成的B．干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C．形成的干涉条纹是不等间距的D．若将该装置放到真空中观察，就无法看到牛顿环 答案　C解析　凸透镜下表面和玻璃上表面之间形成空气薄膜，干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，A、B错误；凸透镜下表面是曲面，导致空气薄膜厚度不均匀变化，因为光程差为波长的整数倍时会出现亮条纹，因此在相邻的亮条纹之间，它们对应的水平距离越来越小，从而观察到牛顿环为内疏外密的同心圆环条纹，C正确；若将该装置放到真空中观察，根据干涉原理可知仍然可以看到牛顿环，D错误1．(光的双缝干涉)下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(　　)A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹　D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉现象发生答案　B解析　在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得线光源，使光有唯一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故A项错误，B项正确；在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，C项错误；两列光波相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察方便，故D项错误。

2．(干涉条纹和波长之间的关系)(2022·山东烟台期末)在双缝干涉实验中，用波长为5×10－7 m的黄光照射双缝已知两缝间的间距为0.3 mm，双缝到光屏的距离为1.2 m，光屏上P点到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7 m，则下列说法中正确的是(　　)A．P点。