2017-2018學(xué)年高中物理 第十三章 光 第3節(jié) 光的干涉學(xué)案 新人教版選修3-4

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1、 13.3　光的干涉 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.觀察光的干涉現(xiàn)象，能說出光的干涉條紋的特點(diǎn)．(重點(diǎn)) 2．能說出干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及出現(xiàn)明條紋或暗條紋應(yīng)滿足的條件．(難點(diǎn)) 3．明確相干光源的概念，熟記產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件．(重點(diǎn)) 楊氏干涉實(shí)驗(yàn) 1．物理史實(shí) 1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，開始讓人們認(rèn)識(shí)到光的波動(dòng)性． 2．雙縫干涉實(shí)驗(yàn) (1)實(shí)驗(yàn)過程：讓一束平行的單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個(gè)波源，它們的頻率、相位和振動(dòng)方向總是相同的，兩個(gè)光源發(fā)出的光在擋板后面

2、的空間互相疊加發(fā)生干涉． (2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋． (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光是一種波． 1．直接用強(qiáng)光照射雙縫，發(fā)生干涉．(×) 2．兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能觀察到光的干涉現(xiàn)象．(×) 3．用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(√) 1．做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)必須具備什么條件才能觀察到干涉條紋？ 【提示】　必須是相干光源，且雙縫間的間距必須很小． 2．一般情況下光源發(fā)出的光很難觀察到干涉現(xiàn)象，這是什么原因？ 【提示】　光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相差，不具備相干光源的條件． 1．光的干涉 (1)光的干涉：在兩列光波的疊

3、加區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗紋，且加強(qiáng)和減弱的區(qū)域是相互間隔的，即出現(xiàn)亮紋和暗紋相間的現(xiàn)象． (2)干涉條件：兩列光的頻率相同、相差恒定或兩列光振動(dòng)情況總是相同．能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波，兩個(gè)光源稱為相干光源，相干光源可用同一束光分成兩列來獲得． 2．托馬斯·楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn) (1)雙縫干涉的裝置示意圖(如圖13-3-1所示) 圖13-3-1 實(shí)驗(yàn)裝置如圖13-3-1所示，有光源、單縫、雙縫和光屏． (2)單縫屏的作用 獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏．楊氏那時(shí)沒有激光，因此他用強(qiáng)光照射一條

4、狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫產(chǎn)生相干光． (3)雙縫屏的作用 平行光照射到單縫S上，又照射到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動(dòng)情況完全一致的相干光． 3．雙縫干涉圖樣的特點(diǎn) 圖13-3-2 (1)單色光的干涉圖樣(如圖13-3-2所示) 若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等．中央為亮條紋，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越大，條紋間距越大． (2)白光的干涉圖樣 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．這是因?yàn)椋? ①?gòu)碾p縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋

5、處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋． ②兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋． 1．以下光源不可作為相干光源的是(　　) A．兩個(gè)相同亮度的燭焰 B．兩個(gè)相同規(guī)格的燈泡 C．雙絲燈泡 D．出自一個(gè)光源的兩束光 E．一束平行單色光經(jīng)雙縫后分為兩束 【答案】　ABC 2．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠色頻率，波長(zhǎng)均不相等，這時(shí)在屏上

6、可看到什么現(xiàn)象？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570097】 【答案】　見解析 3．從兩只相同的手電筒射出的光，當(dāng)它們?cè)谀骋粎^(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是為什么？ 【答案】　見解析 1．雙縫干涉的條件是必須有相干光源，且雙縫間的間距必須很?。? 2．光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差，所以一般情況很難觀察到光的干涉現(xiàn)象，楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)采用將一束光“一分為二”的方法獲得相干光源． 3．在單色光的干涉條紋中，兩相鄰明紋或暗紋間的距離是相等的，不同色光的條紋間距不相等． 決定條紋明暗的條件 1．當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍時(shí)，兩列光波在

7、這點(diǎn)相互加強(qiáng)，出現(xiàn)明條紋． 2．當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，兩列光波在這點(diǎn)相互減弱，出現(xiàn)暗條紋． 1．若用白光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(×) 2．若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(√) 3．當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋．(×) 1．用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，彩紋的特點(diǎn)如何？ 【提示】　屏中央各色光都得到加強(qiáng)，混合成白色，但兩側(cè)因條紋間距不同而分開成彩色，而且同一級(jí)條紋內(nèi)紫外紅． 2．不同色光在真空中的光速相同嗎？在同種介質(zhì)中的光速相同嗎？ 【提示】　各種色光在真空中的光速均為c＝3×108 m/s，

8、而在同種介質(zhì)中，由于各種色光的折射率不同，由v＝知，v不同． 1．明暗條紋的判斷 如圖13-3-3所示，S1、S2是兩個(gè)狹縫，＝d，縫到屏的距離為l，l?d，O是S1S2的中垂線與屏的相交點(diǎn)． 圖13-3-3 (1)出現(xiàn)明條紋的條件 屏上某點(diǎn)P到雙縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2，…)． (2)出現(xiàn)暗條紋的條件 屏上某點(diǎn)P到雙縫S1和S2的路程差正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即|PS1－PS2|＝(2k＋1)(k＝0,1,2,3，…)． 2．對(duì)雙縫干涉圖樣的兩點(diǎn)說明 (1)若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央亮

9、紋為白色． (2)若利用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等，中央仍為亮紋． 4．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0.6 μm，若分別用頻率f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)明、暗條紋的情況是： 單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)______條紋，單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)______條紋. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570098】 【答案】　明　暗 5．如圖13-3-4所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1－r2|應(yīng)為________． 圖13-3-4 【答案】　 雙縫干涉中亮條紋或暗條紋的判斷方法 (1)判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的光程差與波長(zhǎng)的比值． (2)出現(xiàn)明條紋的條件是光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍． (3)出現(xiàn)暗條紋的條件是光程等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，而不是整數(shù)倍． 6