1、第第 1 节节 光的干涉光的干涉 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道光的干涉现象，知道光是一种 波。 2.理解相干光源和产生干涉现象的条 件。 3.理解明暗条纹产生的机理。 4.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干 涉现象及其应用。 1.科学探究 通过实验，探究双缝干涉中影响明暗条纹 间距的因素。 2.科学思维 类比与对比的思想。 3.关键能力 (1)建模能力。 (2)分析、综合能力。 一、光的干涉及其产生条件 1.干涉现象 两束光相遇时，如果满足一定的条件，会产生干涉现象，在屏上出现明暗相间的 干涉条纹。 2.相干条件 要使两列光波相遇时产生干涉现象，两列光波必须具有相同的频率和振动方向。
2、 3.由干涉现象得出的结论 干涉是波特有的一种现象，光具有波的特性。 判一判 (1)光的干涉现象说明光是一种波。() (2)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定。() (3)光的干涉现象中，亮条纹是光波振动加强的区域。() 二、光的双缝干涉 1.光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。 2.相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。 3.出现明暗条纹的条件 (1)亮条纹： 当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶(填“奇”或“偶”) 数倍时，出现亮条纹。 (2)暗条纹： 当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇(填“奇”或“偶”) 数倍时，出现暗条纹。
3、4.条纹间距公式 相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离 y 与入射光波长 之间的定量关系： 如图所示，双缝间距 d，双缝到屏的距离 l。双缝 S1、S2的连线的中垂线与屏的交 点为 P0。对屏上与 P0距离为 y 的一点 P，两缝与 P 的距离 PS1r1，PS2r2。在 线段 PS2上作 PMPS1，则 S2Mr2r1，因 dl，三角形 S1S2M 可看作直角三角 形。有 r2r1dsin (令S2S1M) 因为 yltan lsin 由得 r2r1dy l 若 P 处为亮条纹，则 dy l k(k0，1，2)，解得 y k l d(k0，1，2)，相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距 y l d。 做
4、一做 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，其他颜色的干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 答案 C 解析 分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不 能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮，选项 C 正确。 三、薄膜干涉及其应用 1.薄膜干涉中相干光的获
5、得 光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成 的，它们具有相同的频率，恒定的相位差及振动方向。 2.薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差 不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两 列波相遇后相互削弱，于是出现暗条纹。 3.薄膜干涉的应用 (1)用干涉法检查平面的平整度。 (2)光学仪器上的增透膜。 想一想 为什么竖直放置的肥皂液膜干涉的条纹沿水平方向？ 答案 由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，前、后表面反射的路程 差由膜的厚度决定。在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，来自前后两
6、表面的反 射光的路程差相同， 如果此时两反射光相互加强， 则此高度水平方向各处均加强， 如果此时两反射光相互减弱，则此高度水平方向各处均减弱，因此，明暗相间的 薄膜干涉条纹沿水平方向。 探究探究 1 光的双缝干涉光的双缝干涉 情境导入 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。 (1)两条狭缝起什么作用？ (2)在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？ 答案 (1)光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源。 (2)在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹。 归纳拓展 1.双缝
7、干涉的示意图 2.单缝的作用 用同一极小部分光源产生的光形成线光源，最大限度地保证光的相干性。 3.双缝的作用 平行光照射到单缝 S 上后，又照到双缝 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。 4.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是相反。 (1)亮条纹产生的条件：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： r|PS1PS2|k2k 2(k0，1，2，3，) (2)暗条纹产生的条件：屏上某点 P
8、 到两条缝 S1和 S2的路程差正好是半波长的奇 数倍。即： r|PS1PS2|(2k1) 2(k0，1，2，3，) 5.干涉图样的特点 (1)单色光的干涉图样特点：中央为亮条纹，两边是明、暗相间的条纹，且相邻亮 条纹与亮条纹中心间、相邻暗条纹与暗条纹中心间的距离相等。 (2)白光的干涉图样： 若用白光做实验， 则中央亮条纹为白色， 两侧出现彩色条纹， 彩色条纹显示不同颜色光的干涉条纹间距是不同的。 【例 1】 (2021 北京延庆期末)如图是双缝干涉实验装置的示意图， S 为单缝， S1、 S2为双缝，P 为光屏。用绿光从左边照射单缝 S 时，可在光屏 P 上观察到干涉条 纹。下列说法正确的
9、是( ) A.减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小 B.将绿光换为红光，干涉条纹间的距离增大 C.增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离减小 D.将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大 答案 B 解析 根据双缝干涉条纹的间距公式 y l d 可知，减小双缝间的距离，即 d 变 小，则干涉条纹间的距离增大，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间的距 离增大，增大双缝到屏的距离，即 L 增大，则干涉条纹间的距离增大，将绿光换 为紫光，波长变短，则干涉条纹间的距离减小，B 正确，A、C、D 错误。 【针对训练 1】 如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为 600 nm 的橙色光源 照射单缝 S，在光屏
10、中央 P 处观察到亮条纹，在位于 P 点上方的 P1点出现第一条 亮条纹(即 P1到 S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为 400 nm 的紫光源照 射单缝，则( ) A.P 和 P1仍为亮条纹 B.P 为亮条纹，P1为暗条纹 C.P 为暗条纹，P1为亮条纹 D.P、P1均为暗条纹 答案 B 解析 从单缝 S 射出的光波被 S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央 P 点 到 S1、S2距离相等，即分别由 S1、S2射出的光到 P 点的路程差为零，因此屏中央 P 处是亮条纹，无论入射光是什么颜色的光、波长多大，P 点都是中央亮条纹。 而分别由 S1、S2射出的光到 P1点的路程差刚
11、好是橙色光的一个波长，即|P1S1 P1S2|600 nm橙。当换用波长为 400 nm 的紫光时，|P1S1P1S2|600 nm3 2 紫，则两列光波到达 P1点时振动情况完全相反，即分别由 S1、S2射出的光到达 P1 点时相互削弱，因此，在 P1点出现暗条纹。综上所述，选项 B 正确。 探究探究 2 薄膜干涉薄膜干涉 归纳拓展 1.薄膜干涉的成因 如图所示，竖直放置的肥皂液膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在 薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加。在某些位置，这两 列波叠加后相互加强，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后相互削弱，则出现 暗条纹。故在单色光照射下，
12、就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下， 则出现彩色干涉条纹。 2.薄膜干涉的应用 (1)用干涉法检查平面：如图甲所示，被检查平面 B 与标准样板 A 之间形成了一个 楔形的空气薄膜，用单色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列 光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一 条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的 干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。 (2)增透膜：照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的薄膜，一般增透膜的厚度 是光在薄膜介质中传播的波长的1 4，即 d 4。 【例 2】 (多选)(2021 北京人大附中期末)把
13、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中正确的是( ) A.干涉条纹的产生是由于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.干涉条纹中的暗纹是由于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，条纹间距变小 D.观察薄膜干涉条纹时，眼睛应在入射光的另一侧 答案 AC 解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象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，A 正确，B 错误；当增大薄片的厚度，即增大空气薄层的宽
14、度，导致同级的光程差 的间距变小，则干涉条纹间距会变小，C 正确；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，D 错误。 【针对训练 2】 (多选)(2021 中国地质大学附属中学期末)如图所示是一竖立的肥 皂液薄膜的横截面，关于在竖直放置的肥皂膜上产生的干涉现象，下列说法正确 的是( ) A.干涉条纹的产生是由于光线在膜前后表面反射形成的两列光波的叠加 B.用蓝光照射产生的干涉条纹间距比黄光照射时产生的条纹间距窄 C.干涉条纹间的亮纹是由于两反射光叠加减弱产生的 D.薄膜上干涉条纹基本上是水平的 答案 ABD 解析 由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，干涉条纹的产生是由
15、于 光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加，A 正确；条纹间距与光的波 长成正比，由于蓝光波长短，故蓝光条纹间距窄，B 正确；干涉条纹间的亮纹是 由于两反射光叠加相互加强产生的，C 错误；薄膜的干涉是等厚干涉，同一条纹 厚度相同，条纹是水平的，D 正确。 1.(光的双缝干涉)(2021 江苏鼓楼期末)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
16、为绿色滤光片后，得到的条纹间距变大 答案 C 解析 根据 y l d 可知， 增加光源与单缝之间的距离后， 得到的条纹间距不变， 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，A、B、D 错误。 2.(光的双缝干涉)(多选)如图所示为探究“双缝干涉”的示意图。现用蓝光照射单 缝 S 时， 在光屏 P 上得到相应的干涉条纹。 若要使光屏 P 上的相邻条纹间距变大， 可采用的方法为( ) A.减小双缝 S1与 S2的间距 B.增大双缝到光屏的距离 C.减小单缝 S 到双缝 S1、S2的距离 D.将蓝光换为红光 答案 ABD 解析 根据双缝干涉条纹的间距公式 y l d 知， 减
17、小双缝间的距离， 即 d 减小， 则干涉条纹间距增大， 增大双缝到光屏的距离， 即 l 增大， 则干涉条纹间距增大， 减小单缝 S 到双缝 S1、S2的距离，干涉条纹间距不受影响，将蓝光换为红光，波 长变长，则干涉条纹间距变大，故 A、B、D 正确，C 错误。 3.(薄膜干涉)(多选)(2021 辽宁沈阳铁路实验中学月考)在研究 A 物体材料的热膨 胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法，A 的上表面是一光滑平面，在 A 的上 方放一个两面平行的玻璃板 B，B 与 A 的上表面平行，在它们之间形成一厚度均 匀的空气薄膜。现用波长为 的单色光垂直照射玻璃板 B，同时给 A 缓慢加热， 在 B 的上
18、方观察到 B 板的亮度发生周期性变化。当温度为 t1时最亮，然后亮度逐 渐减弱至最暗；当温度升到 t2时，亮度再一次增到最亮，则( ) A.出现最亮时，B 上表面反射光与 B 下表面反射光叠加后加强 B.出现最暗时，B 下表面反射光与 A 上表面反射光叠加后减弱 C.温度从 t1升至 t2过程中，A 的高度增加 4 D.温度从 t1升至 t2过程中，A 的高度增加 2 答案 BD 解析 出现最亮时， 是 B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉， 叠加后加强， A 错误；出现最暗时，是 B 下表面的反射光与 A 上表面的反射光叠加后减弱，B 正确；温度从 t1升到 t2的过程中，亮度由最亮又变到最亮，当路程差(即薄膜厚度 的 2 倍)等于半波长的偶数倍， 出现明条纹， 知路程差减小， 则 A 的高度增加 2， C 错误，D 正确。