2018-2019學(xué)年高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振 第1講 光的干涉課件 魯科版選修3-4.ppt
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第5章——,光的干涉衍射偏振,,第1講光的干涉,目標(biāo)定位1.知道光的干涉現(xiàn)象,知道光是一種波.2.理解相干光源和產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件.3.理解明暗條紋的成因及出現(xiàn)明暗條紋的條件.4.了解雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理,能夠利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量單色光的波長(zhǎng).5.理解薄膜干涉的成因,知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用.,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、光的干涉及其產(chǎn)生條件,1.要使兩列光波相遇時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,兩光源必須具有相同的和.2.出現(xiàn)明、暗條紋的條件如果兩列光波到達(dá)某點(diǎn)時(shí),路程差為波長(zhǎng)的倍,那么,這兩束光波互相加強(qiáng),在那里就出亮條紋;如果兩列光波到達(dá)某點(diǎn)時(shí),路程差為半波長(zhǎng)的倍,就出現(xiàn)暗條紋.,頻率,振動(dòng)方向,整數(shù),奇數(shù),3.條紋間距:雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,相鄰兩條亮紋或暗紋間的距離:,二、科學(xué)探究——測(cè)定光的波長(zhǎng),原理:在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,測(cè)出光屏上亮(暗)條紋的寬度,利用公式λ=Δy求出光波的波長(zhǎng).,想一想實(shí)驗(yàn)中為什么不直接測(cè)出相鄰兩條亮條紋間的距離Δy,而要測(cè)出n個(gè)亮條紋間的距離,再求平均值?答案由于光的波長(zhǎng)很小,實(shí)驗(yàn)中條紋寬度很小,直接測(cè)出一條條紋的寬度不準(zhǔn)確或較難實(shí)現(xiàn),只能先測(cè)出n個(gè)條紋間距,再求相鄰亮條紋間的距離,這樣既便于測(cè)量,又可以減小誤差.,三、薄膜干涉及其應(yīng)用,1.薄膜干涉:由兩個(gè)面反射的光波相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象.2.成因豎直放置的肥皂薄膜受到重力作用,下面厚,上面薄,因此在膜上不同的位置,來(lái)自前后兩個(gè)面的反射光所走的路程不同.這兩列波在一些地方疊加后相互,出現(xiàn)亮條紋;在另一些位置,疊加后相互,出現(xiàn)暗條紋.,薄膜,加強(qiáng),削弱,3.常見(jiàn)的薄膜干涉現(xiàn)象(1)白光照射肥皂液膜出現(xiàn)彩色條紋;(2)蚌殼內(nèi)表面透明薄膜上呈現(xiàn)各種色彩;(3)有些昆蟲(chóng)薄而透明的翅翼上出現(xiàn)彩色光帶;(4)有透明薄膜保護(hù)層的激光唱片呈現(xiàn)彩色.,4.應(yīng)用:檢查平面的平整程度.想一想熱菜湯表面的油花、馬路上積水表面的油膜,都會(huì)看到彩色的條紋,這些彩色條紋是如何形成的呢?答案由薄膜干涉造成的.白光照射在油膜表面,被薄膜前、后表面反射的兩列反射波疊加,形成干涉條紋.由于白光中的各色光波長(zhǎng)不同,干涉后的條紋間距不同,薄膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色花紋.,一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),,圖1,1.雙縫干涉的裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,有光源、單縫、雙縫和光屏.(1)單縫的作用:獲得一束線光源,使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況.也可用激光直接照射雙縫.(2)雙縫的作用: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.,2.產(chǎn)生干涉的條件兩列光的頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同.本實(shí)驗(yàn)中是靠“一分為二”的方法獲得兩個(gè)相干光源的.3.干涉圖樣(1)若用單色光作光源,則干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋.(2)若用白光作光源,則干涉條紋是彩色條紋,且中間條紋是白色的.4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論光是一種波.,例1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(guò)紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光),已知紅光與綠光頻率、波長(zhǎng)均不相等,這時(shí)(),A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋,其他顏色的雙縫干涉條紋消失B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失,其他顏色的干涉條紋依然存在C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在,但屏上仍有光亮D.屏上無(wú)任何光亮,解析兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等,利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊加的兩束光,在光屏上形成干涉條紋,但分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后,紅光和綠光頻率不等,不能發(fā)生干涉,因此屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋,但仍有光亮,故C對(duì).答案C,借題發(fā)揮明確兩列光波發(fā)生干涉的條件,知道不同色光的頻率不同,是對(duì)此類(lèi)問(wèn)題做出正確判斷的關(guān)鍵,該知識(shí)點(diǎn)必須記住.,二、屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件,1.亮條紋的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍.即:|PS1-PS2|=kλ=2k(k=0,1,2,3,…)k=0時(shí),PS1=PS2,此時(shí)P點(diǎn)位于屏上的O處,為亮條紋,此處的條紋叫中央亮條紋或零級(jí)亮條紋.k為亮條紋的級(jí)次.,2.暗條紋的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫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=1,2,3,…)k為暗條紋的級(jí)次,從第1級(jí)暗條紋開(kāi)始向兩側(cè)展開(kāi).,例2如圖2所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,使用波長(zhǎng)為600nm的橙色光源照射單縫S,在光屏中央P處觀察到亮條紋,在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮條紋中心(即P1到S1、S2的光程差為一個(gè)波長(zhǎng)),現(xiàn)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光源照射單縫,則()A.P和P1仍為亮點(diǎn)B.P為亮點(diǎn),P1為暗點(diǎn)C.P為暗點(diǎn),P1為亮點(diǎn)D.P、P1均為暗點(diǎn),圖2,解析從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成兩束相干光,由題意知屏中央P點(diǎn)到S1、S2距離相等,即分別由S1、S2射出的光到P點(diǎn)的路程差為零,因此是亮條紋中心,因而,無(wú)論入射光是什么顏色的光,波長(zhǎng)多大,P點(diǎn)都是中央亮條紋中心.而分別由S1、S2射出的光到P1點(diǎn)的路程差剛好是橙光的一個(gè)波長(zhǎng),即|P1S1-P1S2|=600nm=λ橙,則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)振動(dòng)情況完全一致,振動(dòng)得到加強(qiáng),因此,出現(xiàn)亮條紋.當(dāng)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光時(shí),|P1S1-P1S2|=600nm=λ紫,則兩列,圖2,光波到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)振動(dòng)情況完全相反,即分別由S1、S2射出的光到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)相互削弱,因此,在P1點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋.綜上所述,選項(xiàng)B正確.答案B,借題發(fā)揮判斷屏上某點(diǎn)為亮條紋還是暗條紋,要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差(光程差)與波長(zhǎng)的比值,要記住光程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋,等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處為暗條紋,還要注意這一結(jié)論成立的條件是:兩個(gè)光源情況完全相同.,三、用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng),1.實(shí)驗(yàn)原理(1)光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為單色光,單色光通過(guò)單縫后相當(dāng)于線光源,經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣,通過(guò)屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋.(2)若雙縫到屏的距離用l表示,雙縫間的距離用d表示,相鄰兩條亮紋(或暗紋)間的距離用Δy表示,則入射光的波長(zhǎng)為λ=.實(shí)驗(yàn)中d是已知的,測(cè)出l、Δy即可測(cè)出光的波長(zhǎng)λ.,2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按如圖3所示安裝儀器.(2)將光源中心、單縫中心、雙縫中心調(diào)節(jié)在遮光筒的中心軸線上.(3)使光源發(fā)光,讓通過(guò)后的條形光斑恰好落在雙縫上,通過(guò)遮光筒上的測(cè)量頭,仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡,觀察白光的干涉條紋(彩色條紋).,圖3,(4)加裝濾光片,通過(guò)目鏡觀察單色光的干涉條紋,同時(shí)調(diào)節(jié)手輪,分劃板的中心刻線對(duì)齊某一條亮條紋(或暗條紋)的中心,記下手輪的讀數(shù),然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使分劃板移動(dòng),直到分劃板的中心刻線對(duì)齊另一條亮條紋(或暗條紋)中心,記下此時(shí)手輪讀數(shù)和移過(guò)分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n.,(6)換用另一濾光片,重復(fù)步驟(3)、(4),并求出相應(yīng)的波長(zhǎng).,3.注意事項(xiàng)(1)單縫、雙縫應(yīng)相互平行,其中心位于遮光筒的中心軸線上,雙縫到單縫的距離應(yīng)相等.(2)測(cè)雙縫到屏的距離l用毫米刻度尺測(cè)多次取平均值.(3)測(cè)條紋間距Δy時(shí),采用累積法,即用測(cè)量頭測(cè)出n條亮條紋(或暗條紋)間的距離a,求出相鄰的兩條亮條紋(或暗條紋)間的距離Δy=.,例3現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在圖4所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng).(1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、________、A.,圖4,解析濾光片E是從白光中選出單色紅光,單縫屏是獲取線光源,雙縫屏是獲得相干光源,最后成像在毛玻璃屏上.所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A.答案E、D、B,(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有:①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上;③用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離;④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮紋間的距離.在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意_____________________.,解析在操作步驟②時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有:放置單縫、雙縫時(shí),必須使縫平行;要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上.答案放置單縫、雙縫時(shí),必須使縫平行,(3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖5甲所示.然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對(duì)齊,記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)________mm,求得相鄰亮紋的間距Δy為_(kāi)_______mm.,圖5,解析螺旋測(cè)微器的讀數(shù)應(yīng)該:先讀整數(shù)刻度,然后看半刻度是否露出,最后看可動(dòng)刻度,圖乙讀數(shù)為13.870mm,圖甲讀數(shù)為2.320mm,所以相鄰條紋間距Δy=mm=2.310mm.答案13.8702.310,(4)已知雙縫間距d為2.010-4m,測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700m,由計(jì)算式λ=________,求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為_(kāi)_______nm.,6.6102,四、對(duì)薄膜干涉的理解,1.現(xiàn)象:光照到薄膜上,從膜的前表面和后表面反射回來(lái)的光再次相遇而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象.兩反射光的光程差等于膜厚度的2倍.2.圖樣:以光照射肥皂泡為例,如果是單色光照射肥皂泡,肥皂泡上就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋;如果是白光照射肥皂泡,液膜上就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋,且每一條紋呈水平分布.3.應(yīng)用:用干涉法檢查平面的平整程度;光學(xué)鏡頭上的增透膜.,例4如圖6所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈,S是一點(diǎn)燃的酒精燈,往火焰上撒些鹽后,在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應(yīng)是圖中的(),圖6,解析鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚,在同一水平線上厚度基本一致,如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng),那么這一水平線上同一厚度處光波會(huì)加強(qiáng),所以干涉條紋應(yīng)是水平的.答案D,借題發(fā)揮在光的薄膜干涉中,前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定,所以薄膜干涉中同一亮條紋或同一暗條紋應(yīng)出現(xiàn)在厚度相同的地方,因此又叫等厚干涉,由于光波波長(zhǎng)極短,因此做薄膜干涉所用的介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄,才能觀察到干涉條紋.,1.用兩個(gè)紅燈泡照射白墻,在墻上看到的是()A.明暗相間的條紋B.彩色條紋C.一片紅光D.晃動(dòng)的條紋解析兩燈泡不是相干光源故現(xiàn)象為C.,楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),,C,明、暗條紋的判斷,2.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0.6μm,若分別用頻率為f1=5.01014Hz和f2=7.51014Hz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()A.用單色光f1和f2分別照射時(shí),均出現(xiàn)明條紋B.用單色光f1和f2分別照射時(shí),均出現(xiàn)暗條紋C.用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)明條紋,單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D.用單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋,單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)明條紋,解析單色光f1的波長(zhǎng):,因P點(diǎn)到雙縫的距離之差Δx=0.6μm=λ1,,所以用單色光f1照射時(shí)P處出現(xiàn)亮紋.,所以用單色光f2照射時(shí)P處出現(xiàn)暗紋,故選項(xiàng)C正確.答案C,用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng),3.在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中,若已知雙縫間的距離d.(1)若測(cè)定綠光的波長(zhǎng),應(yīng)選用___色的濾光片.實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)定的物理量有______________和______________.,解析由于要測(cè)量綠光的波長(zhǎng),因此應(yīng)用綠色濾光片.由Δy=λ可知要想測(cè)λ必須測(cè)定雙縫到屏的距離l和條紋間距Δy.,綠,雙縫到屏的距離相鄰條紋間距,(2)已知雙縫到光屏之間的距離l=500mm,雙縫之間的距離d=0.50mm,單縫到雙縫之間的距離s=100mm,某同學(xué)在用測(cè)量頭測(cè)量時(shí),調(diào)整手輪,在測(cè)量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第A條亮紋的中心,然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)第B條亮紋的中心,前后兩次游標(biāo)卡尺的讀數(shù)如圖7所示.則入射光的波長(zhǎng)λ=________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).,圖7,答案6.410-7,(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)條紋太密,難以測(cè)量,可以采用的改善辦法有________.A.改用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光(如紅光)作為入射光B.增大雙縫到屏的距離C.增大雙縫到單縫的距離D.增大雙縫間距,答案AB,對(duì)薄膜干涉的理解,4.關(guān)于薄膜干涉,下列說(shuō)法中正確的是()A.只有厚度均勻的薄膜,才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象B.只有厚度不均勻的楔形薄膜,才會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象C.厚度均勻的薄膜會(huì)形成干涉條紋D.觀察肥皂液膜的干涉現(xiàn)象時(shí),觀察者應(yīng)和光源在液膜的同一側(cè),解析當(dāng)光從薄膜的一側(cè)照射到薄膜上時(shí),只要前后兩個(gè)面反射回來(lái)的光波的路程差滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件,就會(huì)出現(xiàn)明條紋,滿足振動(dòng)減弱的條件就會(huì)出現(xiàn)暗條紋.這種情況在薄膜厚度不均勻時(shí)才會(huì)出現(xiàn);當(dāng)薄膜厚度均勻時(shí),不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋,但也發(fā)生干涉現(xiàn)象,如果是單色光照射,若滿足振動(dòng)加強(qiáng)的條件,整個(gè)薄膜前方都是亮的,否則整個(gè)薄膜的前方都是暗的;如果是復(fù)色光照射,某些顏色的光因干涉而減弱,另一些顏色的光會(huì)因干涉而加強(qiáng),減弱的光透過(guò)薄膜,加強(qiáng)的光被反射回來(lái),這時(shí)會(huì)看到薄膜的顏色呈某種單色光的顏色,但不形成干涉條紋,故D對(duì).答案D,- 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