高中物理 第4章 光的波动性 4.1 光的干涉学案 沪科版选修.doc

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1、1　光的干涉[学习目标定位]　1.知道什么是相干光源以及光产生干涉现象的条件.2.观察光的干涉现象，认识双缝干涉条纹的特点及其明暗条纹的位置特点.3.观察薄膜干涉现象，知道薄膜干涉条纹的特点，并能用它解释生活中的相关现象．1．波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉．2．杨氏双缝干涉实验(1)史实：1801年，英国物理学托马斯·杨做了著名的光的双缝干涉实验，成功地观察到了光的干涉现象．(2)双缝干涉图样：如图1所示，用单色光去照射双缝，屏幕上就会出现

2、明暗相间的等距离的条纹．图1(3)干涉条件：两列光的频率相同，振动方向一致，且相位差恒定．(4)能发生干涉的两束光称为相干光．(5)意义：光的干涉现象充分表明光是一种波．3．明暗条纹位置的判断方法当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的偶数倍(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹．4．奇妙的薄膜干涉(1)观察薄膜干涉：如图2所示，把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像时会发现水平方向的明暗相间的条纹．图2(2)相干光源：

3、液膜前后两表面反射的两列光波．(3)薄膜干涉的成因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光程差不同，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，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹.一、杨氏双缝干涉实验[问题设计]麦克斯韦预言光是一种电磁波．光若是一种波，它就应该有衍射、干涉现象，托马斯·杨通过双缝实验观察到了光的干涉现象，从而证明了光具有波动性．波发生干涉的必要条件是什么？托马斯·杨如何得到两个相干光源的？答案　波发生干涉的必要条件是两列波频率相同．托马斯·杨通过两个狭缝获得了两个相干光源．[

4、要点提炼]1．杨氏双缝干涉实验示意图，如图3所示．图32．单缝的作用：获得线光源．3．双缝的作用：获得两个相干光源．4．实验现象：在屏上出现一系列明暗相间的条纹．5．实验结论：光具有波动性．例1　在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏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．有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有

5、光亮D．屏上无任何光亮解析　两列光波发生干涉的条件之一是频率相等．利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红滤光片和绿滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，故选C.答案　C二、光屏上出现明暗条纹的条件[问题设计]机械波发生干涉现象时，形成的图样有什么特点？光发生干涉现象时为什么会出现明暗相间的条纹？答案　机械波的干涉图样的特点是：振动加强区和振动减弱区相互间隔，其分布不变．光发生干涉现象时，振动加强区和振动减弱区也会交替分布．反映在屏上，振动加强区，光能量较强——亮

6、；振动减弱区，光能量较弱——暗，即得到明暗相间的干涉条纹．[要点提炼]屏上某处出现亮、暗条纹的条件1．出现亮条纹的条件：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：

7、PS1－PS2

8、＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)2．出现暗条纹的条件：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：

9、PS1－PS2

10、＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)例2　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4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，

11、则(　　)图4A．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解析　振动方向一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件需满足ΔL＝kλ(k＝0,1,2,3…)．答案　BD三、奇妙的薄膜干涉[问题设计]如图5所示，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，放在酒精灯旁，膜上就会出现灯焰的像．肥皂膜上为什么会出现灯焰的像呢？这个像有什么特点？图5答案　液膜上的像是液膜前后两个面反射的光形成的．特点：此像由明暗相间的

12、水平条纹组成．[要点提炼]1．薄膜干涉的原理与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光(用图6中实线和虚线来代表)所走的路程差不同．路程差是光在介质中波长的整数倍的位置上时，