1、,第十三章 光,3光的干涉,1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件,知道光是一种波. 2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.,学科素养与目标要求,物理观念:,科学探究:,做杨氏双缝干涉实验,在屏上得到明暗相间的条纹,说明光是一种波.,科学态度与责任:,体会物理学的发展改变了人类对自然界的认识.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,1.1801年,英国物理学家 成功地观察到了光的干涉现象,人们开始认识到光具有 . 2.双缝干涉实验 (1)实验过程:让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S
2、2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 . (2)实验现象:在屏上得到 的条纹. (3)实验结论:光是一种 .,一、杨氏干涉实验,托马斯杨,波动性,干涉现象,明暗相间,波,二、决定条纹间距的条件,1.干涉条件:两波源的 、 和 方向都相同. 2.出现明暗条纹的判断 (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 (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 (填“奇”或“偶”)数倍时,出现暗条纹.,频率,相位,振动,偶,奇,1.判断下列说
3、法的正误. (1)用白光做双缝干涉实验时屏幕各处均是彩色条纹.() (2)频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定.() (3)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹.() (4)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹.(),即学即用,2.如图1所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为5.30107 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95107 m.则在这里出现的应是_(填“亮条纹”或“暗条纹”).,图1,暗条纹,重点探究,如图为双缝干涉的示意图,单缝发出的单色光投射到
4、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.,一、杨氏干涉实验,答案光线照到两狭缝上,两狭缝成为振动情况完全相同的光源.,导学探究,(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?,答案在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹.,1.杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的装置示意图 实验装置如图2所示,有光源、单缝、双缝和光屏.,知识深化,图2,(2)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.也可用激光直接照射双缝. (3)双缝的作用:将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光.,2.光产生干涉的条件
5、 两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同.杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的. 3.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.,例1(2018北京卷)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后 A.干涉条纹消失 B.彩色条纹中的红色条纹消失 C.中央条纹变成暗条纹 D.中央条纹变成红色,解析在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只透过红光,屏上出现红光(单色光)的干涉条纹,中央条纹变成红色.,例2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
6、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,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.,学科素养例2回顾了双缝干涉实验,两束光发生干涉的条件是两束光的频率相同、相位差恒定、振动情况相同.一方面让学生对物理规律的认识更加深刻,另一方面也让学
7、生进一步熟悉了双缝干涉发生的条件.这很好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.,二、决定条纹间距的条件,导学探究,(1)若屏上某点是两列光波的波峰与波峰相遇,该点的振动是加强还是减弱?若屏上某点是两列光波的波峰与波谷相遇,该点的振动是加强还是减弱?,答案波峰与波峰相遇,振动加强;波峰与波谷相遇,振动减弱.,(2)如图所示是几种单色光的双缝干涉图样.,答案红光的条纹间距最宽,紫光的条纹间距最窄.,用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样有什么不同?,如果将屏幕远离双缝移动,条纹间距如何变化?,答案屏幕离双缝越远,条纹间距越大.,答案双缝间距越大,条纹间距越小.,改变双缝间的距离,条纹间距如何变
8、化?,双缝干涉条纹的间距与哪些因素有关?,答案与光波波长、双缝到屏的距离及双缝间距离有关.,1.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大. 白光的干涉条纹的中央是白色的,两侧是彩色的,这是因为:各种色光都能形成明暗相间的条纹,都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹.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.,知识深化,2.亮、暗条纹的判断 如图3所示,设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2,路程差rr2r1.,(1)若满足路程差为波长的整数倍,即rk(其中k0,1,2,3,),则出现亮条纹.k0时,PS1PS2,此时P点
9、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.,图3,(2)若满足路程差为半波长的奇数倍,即r (其中k1,2,3,),则出现暗条纹.k为暗条纹的级次,从第1级暗条纹开始向两侧展开.,例3在光的双缝干涉现象里,下列描述正确的是 A.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光 B.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光 C.相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的 D.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽,解析条纹间距与光的波长成正比,在可见光中,红光波长最长,紫光波长最短,故偏离中央亮条纹最
10、远的是红光,A正确,B错误; 双缝干涉现象中,相邻两亮条纹或两暗条纹是等宽间距的,故C错误; 红光的波长比紫光的波长大,所以换成紫光后,相邻两亮条纹间距将变窄,故D错误.,例4如图4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,图4,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、
11、S2距离相等,即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零,因此中央是亮条纹,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点的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1P1S2|600 nm橙.当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1P1S2|600 nm 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.,针对训练如图5所示,用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝,在光屏的P点出现第3条暗条纹,已知光速为c,则P到双缝S1、S2的路程差|r1r2|应为,图5
12、,达标检测,1.(杨氏双缝干涉实验)在杨氏双缝干涉实验中,如果 A.用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹 B.用红光作为光源,屏上将呈现红黑相间的条纹 C.若仅将入射光由红光改为紫光,则条纹间距一定变大 D.用红光照射一条狭缝,用紫光照射另一条狭缝,屏上将呈现彩色干涉条纹,1,2,3,4,解析用白光做杨氏双缝干涉实验,屏上将呈现彩色条纹,A错; 用红光作为光源,屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间的条纹,B对; 若仅将入射光由红光改为紫光,波长变小,条纹间距变小,C错; 红光和紫光频率不同,不能产生干涉条纹,D错.,2.(决定条纹间距的条件)(2018北京101中学高二下学期期中)
13、如图6所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样,甲图为绿光进行实验的图样,乙为换用另一种单色光进行实验的图样,则以下说法中正确的是 A.乙图可能是用红光进行实验产生的条纹,表明红光波长较长 B.乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹,表明紫光波长较长 C.乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹,表明紫光波长较短 D.乙图可能是用红光进行实验产生的条纹,表明红光波长较短,1,2,3,4,图6,解析题图乙中条纹的间距比题图甲大,故题图乙中光的波长较长,即比绿光的波长长.红光的波长比绿光长,紫光的波长比绿光短,A正确.,3.(亮、暗条纹的判断)如图7所示,用单色光做双缝干涉实验,P处为第二条暗条纹,改用频率较低的
14、单色光重做上述实验(其他条件不变,屏足够大),则同侧第二条暗条纹的位置 A.仍在P处 B.在P点上方 C.在P点下方 D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到,图7,1,2,3,4,4.(亮、暗条纹的判断)在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 m,若分别用频率为f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现亮、暗条纹的情况是 A.用单色光f1和f2分别照射时,均出现亮条纹 B.用单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹 C.用单色光f1照射时出现亮条纹,用单色光f2照射时出现暗条纹 D.用单色光f1照射时出现暗条纹,用单色光f2照射时出现亮条纹,1,2,3,4,1,2,3,4,因P点到双缝的距离之差x0.6 m1, 所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹. 又x0.6 m 2,所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹,故选项C正确.,