2018-2019高中物理 第13章 光 13.3 光的干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、3 光的干涉,【自主預習】 1.楊氏干涉實驗: (1)史實:1801年,英國物理學家___________成功地觀 察到了光的干涉現(xiàn)象。,托馬斯楊,(2)實驗示意圖:,(3)實驗過程:如圖,讓一束平行的_______投射到一個 有兩條狹縫S1和S2的擋板上,狹縫S1和S2相距_____,兩 條狹縫就產生兩個光源,它們的振動情況總是_______, 兩光源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相_____。 (4)實驗現(xiàn)象:在屏上得到_________的條紋。 (5)實驗結論:證明光是一種___。,單色光,很近,相同的,疊加,明暗相間,波,2.決定明暗條紋的條件: (1)出現(xiàn)亮條紋條件:當兩個光源與屏上某點

2、的距離之 差等于半波長的_______時(即恰好是波長的_______ 時),兩列光在這點相互加強,這里出現(xiàn)_______。 (2)出現(xiàn)暗條紋條件:當兩個光源與屏上某點的距離之 差等于半波長的_______時,兩列光在這點相互削弱,這 里出現(xiàn)_______。,偶數倍,整數倍,亮條紋,奇數倍,暗條紋,【預習小測】 1.由兩只手電筒射出的光,當它們照射到同一點時看不到干涉條紋,是因為 ( ) A.手電筒射出的光不是單色光 B.周圍環(huán)境的漫反射光太強 C.干涉圖樣太細小看不清楚 D.兩個光源是非相干光源,【解析】選D。兩個手電筒發(fā)出的光是由兩個獨立光源發(fā)出的光,它們不具備相干條件,所以在兩個光源照到

3、同一位置,也看不到干涉條紋,選項D正確。,【補償訓練】 由兩個不同光源所發(fā)出的兩束白光落在同一點上,不會產生干涉現(xiàn)象。這是因為 ( ) A.兩個光源發(fā)出光的頻率不同 B.兩個光源發(fā)出光的強度不同 C.兩個光源的光速不同 D.這兩個光源是彼此獨立的,不是相干光源,【解析】選D。題中兩光源發(fā)出的光都是白光,頻率不確定沒法比較,選項A錯誤。光的強度對光是否產生干涉沒有影響,所以B錯誤。光速在真空中是確定的,但它對光的干涉也沒影響,選項C錯誤。題設中的是兩個獨立光源,根據物體的發(fā)光機理(原子躍遷),二者產生的不是相干光,選項D正確。,2.某同學自己動手利用如圖所示器材,觀察光的干涉現(xiàn)象。其中,A為單縫

4、屏,B為雙縫屏,C為像屏。當他用一束陽光照射到A上時,屏C上并沒有出現(xiàn)干涉條紋。他移走B后,C上出現(xiàn)一窄亮斑。分析實驗失敗的原因,最大的可能是 ( ),A.單縫S太窄 B.單縫S太寬 C.S到S1和S2距離不等 D.太陽光不能作光源,【解析】選B。因為移走B屏后,在C上出現(xiàn)一窄亮斑,說明單縫S太寬。本實驗中,單縫S應非常窄,才可看作“理想線光源”,也才能成功地觀察到干涉現(xiàn)象,故B正確,A錯誤;S到S1和S2距離不等時也能出現(xiàn)干涉條紋,但中央不一定是亮紋,C錯誤;太陽光是復色光,可出現(xiàn)彩色干涉條紋,D錯誤。,3.如圖所示的楊氏干涉的實驗中,如果光屏上的P點是亮條紋,那么光波從縫S1、S2到P

5、的光程差Δs應是( ) A.波長的整數倍 B.半波長的整數倍 C.只是波長的奇數倍 D.只是半波長的奇數倍,【解析】選A。在楊氏雙縫干涉的實驗中,S1、S2兩縫發(fā)出的光具備干涉條件,P點是亮條紋,則兩列光在P點疊加過程中相互加強,光程差Δs應為半波長的偶數倍,即波長的整數倍,A正確。,4.在雙縫干涉實驗中,雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6μm,若分別用頻率為f1=5.01014Hz和f2=7.5 1014Hz的單色光垂直照射雙縫,則P點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是 ( ) A.單色光f1和f2分別照射時,均出現(xiàn)明條紋 B.單色光f1和f2分別照射時,均出現(xiàn)暗條紋,C.單色光f1照射時出現(xiàn)明條紋,單

6、色光f2照射時出現(xiàn)暗條紋 D.單色光f1照射時出現(xiàn)暗條紋,單色光f2照射時出現(xiàn)明條紋,【解析】選C。判定某處是明條紋還是暗條紋,關鍵是看該處到兩光源的路程差是該光波長的倍數情況,若是整數倍,該處為明條紋;若為整數倍加半個波長,則為暗條紋。,單色光f1的波長λ1= m=0.6μm。 單色光f2的波長λ2= m=0.4μm。 可見Δr=λ1,Δr= λ2,故用f1照射時,P點出現(xiàn)明條 紋,f2照射時,P點出現(xiàn)暗條紋。則C正確,A、B、D錯 誤。,主題一 楊氏干涉實驗 【互動探究】 1.1801年,英國物理學家托馬斯楊把點光源發(fā)出的光通過一狹縫,形成一束光,該束光再通過兩個狹縫,他成功地觀察

7、到了光的干涉現(xiàn)象。那么,單縫屏和雙縫屏的作用是什么?,提示:(1)單縫屏的作用:獲得一個線光源,有唯一的頻率和振動情況。 (2)雙縫屏的作用:平行光照射到單縫S上后,又照到雙縫S1、S2上,這樣一束光被分成兩束頻率、相位和振動方向都相同的相干光。,2.干涉現(xiàn)象產生的原理是什么? 提示:若兩列相干光在空間傳播時相遇,將在相遇區(qū)域發(fā)生波的疊加,如果在某些區(qū)域加強,而在另一些區(qū)域減弱,且加強區(qū)域和減弱區(qū)域是相互間隔的,這種現(xiàn)象稱為光的干涉現(xiàn)象。產生的圖樣叫作干涉圖樣。,3.光的干涉現(xiàn)象對認識光的本質有什么意義? 提示:干涉是波的特征,光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。,【探究總結】 1.楊氏雙縫干涉實驗:

8、 (1)雙縫干涉的裝置示意圖: 實驗裝置如圖所示,有光源、 單縫、雙縫和光屏。,(2)單縫屏的作用:獲得一個線光源,使光源有唯一的頻率和振動情況。也可用激光直接照射雙縫。 (3)雙縫屏的作用:將一束光分成兩束頻率相同且振動情況完全一致的相干光。,2.光產生干涉的條件:兩列光的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同。楊氏雙縫干涉實驗是靠“分光”的方法獲得兩個相干光源的。 3.干涉圖樣: (1)若用單色光作光源,干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋,條紋間距與光的波長有關,且中央為亮條紋。,(2)若用白光作光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中央條紋是白色的。 4.實驗結論:證明了光是一種波。,【典例示范】 白

9、光通過雙縫后產生的干涉條紋是彩色的,其原因是不同色光的 ( ) A.傳播速度不同 B.強度不同 C.振動方向不同 D.頻率不同,【解題指南】解答本題要注意以下兩點: (1)白光是由各種色光組成的,每種顏色的光都可以在屏上產生干涉條紋。 (2)各種色光的頻率不同,波長不同,干涉條紋間距不同,干涉條紋重疊在一起,就形成了彩色條紋。,【解析】選D。白光是由各種色光組成的,各種色光的頻率不同,波長不同,各種色光形成干涉條紋的間距不同,從而形成了彩色條紋,D項正確。,【探究訓練】 1.能發(fā)生干涉的兩束光應是 ( ) A.亮度一樣 B.顏色一樣 C.頻率相等,振動方向一致 D.傳播方向相同

10、【解析】選C。產生干涉的條件是兩光源的頻率相同,振動方向一致。,2.在雙縫干涉實驗中,用紅光照射雙縫得到的干涉圖樣是 ( ) A.一系列明暗相間的同心圓 B.一些雜亂無章的點 C.平行、等間距的明暗相間的條紋 D.條紋中間寬、兩邊窄,【解析】選C。單色光的雙縫干涉條紋為平行、等間距、明暗相間的條紋,故C對,A、B、D錯。,3.關于光的干涉,下列說法中正確的是 ( ) A.在單色光的雙縫干涉現(xiàn)象里,相鄰兩明條紋和相鄰的兩條暗條紋的間距是不相等的 B.在單色光的雙縫干涉現(xiàn)象里,把入射光波長變短,相鄰兩個明條紋間距離將變寬 C.只有頻率相同的兩列光波才能發(fā)生干涉 D.頻率不同的兩列光波也能發(fā)生干涉現(xiàn)

11、象,只是不穩(wěn)定,【解析】選C。在雙縫干涉現(xiàn)象里,相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的,A選項不正確;對于同一干涉裝置,入射光的波長越長,相鄰兩個明條紋的間距越大,因此,把入射光波長變短,條紋間距變窄,故B選項錯誤;兩列光波發(fā)生干涉,頻率必須相同,故選項C正確,選項D錯誤。,【補償訓練】 下列說法正確的是 ( ) A.從一個單色光源所發(fā)射的同一波面上任意取的兩點光源均為相干光源 B.從同一單色光源所發(fā)射的任意兩束光,可視為兩相干光源,C.只要是頻率相同的兩獨立光源都可視為相干光源 D.兩相干光源發(fā)出的光波在空間任意位置都會產生干涉現(xiàn)象 【解析】選A。A滿足條件,是相干光源;B的相位差不一定相

12、同;C任意兩個獨立光源都不是相干光;D不是在任意位置都會產生干涉現(xiàn)象。所以選A。,【通法悟道】光的干涉條件的分析 (1)生活中任何兩個獨立發(fā)光的光源產生的光在空間相疊加都不會產生干涉,這是由物體的發(fā)光機理決定的,即任何兩個獨立的光源都不是相干光源,所以楊氏雙縫干涉中單縫的作用就是從同一光源得到線光源,以便能有相同頻率和振動規(guī)律。,(2)雙縫是由同一個狹縫射出的光線照亮的,所以光通過雙縫也就成了一對相干光源。光的相干條件中頻率相同是光發(fā)生干涉的必要條件,要發(fā)生干涉,兩光源還必須具有相同的振動方向和恒定相位差。 (3)通常的問題中對相干光源的條件說法比較含蓄,要注意挖掘。,主題二 決定條紋間距的條

13、件 【互動探究】 1.單色光干涉時相鄰兩亮條紋的間距和相鄰兩暗條紋的間距相等嗎? 提示:相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋間距是相等的。 2.不同顏色的光產生的干涉條紋間距相同嗎? 提示:不相同。,3.經同一雙縫干涉裝置產生的干涉條紋間距與其波長有何關系? 提示:波長越長,條紋間距越大。 4.當兩個光源與屏上某點的距離之差為零時,該點出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋? 提示:兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數倍,包括了距離之差為零這種情況,這時出現(xiàn)亮條紋。,5.如何從能量的角度理解光的干涉現(xiàn)象中明暗條紋的 分布? (1)亮條紋:如圖所示,S1和S2相當于兩個相干光源,如果 它們到達屏上某點的路程差等于半

14、波長的_______,兩 列波的波峰和波峰或波谷和波谷同時到達這一點,在這 點,兩列波的_____與_____疊加,_____與_____疊加,相 互加強,到達該處的光能量比較集中,___________。,偶數倍,波峰,波峰,波谷,波谷,出現(xiàn)亮條紋,(2)暗條紋:如果S1和S2到達屏上某點的路程差等于半波 長的_______,則會出現(xiàn)_____與_____疊加,結果互相抵 消,基本沒有能量,出現(xiàn)暗條紋,所以干涉現(xiàn)象只是能量 的_________,并沒有產生能量。,奇數倍,波峰,波谷,重新分配,【探究總結】 1.屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件:,實驗裝置如圖所示,雙縫S1、S2之間的距離為d,雙

15、縫到屏的距離為l,屏上的一點P到雙縫的距離分別為r1和r2,路程差Δr=r2-r1。 (1)若滿足路程差為波長的整數倍,即Δr=kλ(其中k=0,1,2,3,…),則出現(xiàn)亮條紋。,(2)若滿足路程差為半波長的奇數倍,即Δr= λ (其中k=0,1,2,3,…),則出現(xiàn)暗條紋。 2.相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離Δx與波長λ的關系: Δx= λ,其中l(wèi)為雙縫到屏的距離,d為雙縫之間的距 離。,3.明亮條紋的能量分布: 亮條紋處峰峰或谷谷疊加,互相加強,光能量比較集中。暗條紋處峰谷疊加,互相抵消,基本沒有能量。,【典例示范】 用單色光做雙縫干涉實驗時,已知屏上一點P到雙縫的路程差Δr=|PS1-P

16、S2|=0.610-6m,當單色光頻率為f1=51014Hz時,P點將形成亮紋還是暗紋?若單色光頻率為f2=7.51014Hz時,P點將形成亮紋還是暗紋?,【解析】頻率為f1的單色光波長 λ1= m=0.610-6m=0.6μm 頻率為f2的單色光波長 λ2= m=0.410-6m=0.4μm 可見Δr=λ1,Δr= λ2,用頻率為f1的單色光照射時,P處應出現(xiàn)亮紋,且為第一條亮紋;用頻率為f2的單色光照射時,P處應出現(xiàn)暗紋,且為第二條暗紋。 答案:見解析,【探究訓練】 1.在雙縫干涉實驗中,光屏上P點到雙縫S1、S2的距離之差Δs1=0.75μm,光屏上Q點到雙縫S1、S2的距離之差

17、Δs2=1.5μm。若用頻率ν=6.01014Hz的黃光照射雙縫,則 ( ),A.P點出現(xiàn)亮條紋,Q點出現(xiàn)暗條紋 B.P點出現(xiàn)暗條紋,Q點出現(xiàn)亮條紋 C.兩點均出現(xiàn)亮條紋 D.兩點均出現(xiàn)暗條紋,【解析】選B。由光的頻率ν=6.01014Hz,知光的波長 λ= =510-7m。P點到雙縫S1、S2的距離之差Δs1= 0.75μm=7.510-7m=1.5λ。Q點到雙縫S1、S2的距離 之差為Δs2=1.5μm=1510-7m=3λ。因此,P點出現(xiàn)暗 條紋,Q點出現(xiàn)亮條紋,選B。,2.煤礦中的瓦斯危害極大,某同學查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率,于是他根據雙縫干涉現(xiàn)象設計了一個

18、監(jiān)測儀,其原理如圖所示:在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A、B,容器A與干凈的空氣相通,在容器B中通入礦井中的氣體,觀察屏上的干涉條紋,就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛?。如果屏的正中央O點變?yōu)榘导y,說明B中氣體 ( ),A.一定含瓦斯 B.一定不含瓦斯 C.不一定含瓦斯 D.無法判斷,【解析】選A。如果屏的正中央O變?yōu)榘导y,說明從兩個子光源到屏中央O的光程差發(fā)生變化,所以B中氣體一定含瓦斯。A正確。,3.楊氏干涉實驗證 明光的確是一種波,一束單色光投射在 兩條相距很近的狹縫上,兩狹縫就成了 兩個光源,它們發(fā)出的光波滿足干涉的 必要條件,則兩列光的 相同。如圖所示,在這兩列光波相遇的區(qū)域中,實線表示

19、波峰,虛線表示波谷,如果放置光屏,在 (選填“A”“B”或“C”)點會出現(xiàn)暗條紋。,【解析】產生光的干涉的前提是頻率相等。波峰與波峰或者波谷與波谷相疊加振動加強,所以A、B點出現(xiàn)明條紋,波峰與波谷疊加振動減弱,所以C點出現(xiàn)暗條紋。 答案:頻率 C,【補償訓練】 在楊氏干涉實驗中,從兩個狹縫到達像屏上的某點的光走過的路程相等,該點即為中央亮條紋的位置(即k=0對應的那條亮條紋)。雙縫屏上有上下兩狹縫,設想在雙縫屏后用一塊極薄的玻璃片遮蓋下方的縫,則屏上中央亮條紋的位置將 ( ) A.向上移動 B.向下移動 C.不動 D.可能向上移動,也可能向下移動,【解析】選B。雙縫到屏上中央亮條紋O點的距離相等,當下方的狹縫用一塊極薄的玻璃片遮蓋住后,由于波在玻璃中傳播的波長變小,因此下方的縫到O點的距離內的波長個數變多,所以屏上對應的到雙縫波長個數相等的點下移,即屏上中央亮條紋的位置將向下移動,故本題選B。,【通法悟道】判斷干涉條紋亮、暗的方法 (1)判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋,要看該點到兩個光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長的比值。 (2)要記住:路程差等于波長整數倍處出現(xiàn)亮條紋,等于半波長奇數倍處出現(xiàn)暗條紋。 (3)上述結論成立的條件:兩個光源情況完全相同。,【課堂小結】,