人教版 (2019)选择性必修 第一册3 光的干涉课堂教学ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册3 光的干涉课堂教学ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了杨氏双缝干涉实验，托马斯·杨，干涉现象，明暗相间，亮条纹，暗条纹，探究总结，核心素养微专题，答案BD，课后提能练习等内容，欢迎下载使用。

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1．物理史实1801年，英国物理学家__________成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性．
2．双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行的________光投射到一个有两条狭缝S1和S2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________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：光是一种波．
1．做双缝干涉实验时必须具备什么条件才能观察到干涉条纹？【答案】必须是相干光源，且双缝间的间距必须很小．2．一般情况下光源发出的光很难观察到干涉现象，这是什么原因？【答案】光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，不具备相干光源的条件．
以下光源可作为相干光源的是(　　)A．两个相同亮度的烛焰　　B．两个相同规格的灯泡C．双丝灯泡　　D．出自一个光源的两束光【答案】D　【解析】相干光的条件，必须是频率相同，相位差恒定，故D正确．
1．当双缝光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的______倍时，两列光波在这点叠加后相互加强，出现________．
决定干涉条纹明暗的条件
1．用白光做双缝干涉实验，彩纹的特点如何？【答案】屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红．2．不同色光在真空中的光速相同吗？在同种介质中的光速相同吗？
从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是为什么？【答案】见解析　【解析】本题虽然强调两只相同的手电筒，但它们发出的光频率仍然不一定相同，不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样．
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很多摄影爱好者在扫描贴在玻璃板表面的底片时常会在扫描后的图像上看到一圈圈明暗相间的光环，如图所示．这就是光的干涉现象——牛顿环．问题　你知道牛顿环是怎样形成的吗？【答案】由于光的干涉形成的．
1．光的干涉(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域是相互间隔的，即出现亮纹和暗纹相间的现象．(2)干涉条件：两列光的频率相同、相位差恒定或两列光振动情况总是相同．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列来获得．
2．托马斯·杨的双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图(如图所示)． 实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏．
(2)单缝屏的作用．获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏．托马斯·杨时期没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光．(3)双缝屏的作用．平行光照射到单缝S上，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．
3．双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样(如图所示)若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等．中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．
(2)白光的干涉图样．若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．这是因为：①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．
②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．素养点评：本探究通过对杨氏双缝干涉实验探究，培养“科学思想探究”素养．
杨氏双缝干涉实验精练1　如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－7 m的橙光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹．若使用波长为4×10－7 m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是(　　)
A．P和P1点处都是亮条纹B．P点处是亮条纹，P1点处是暗条纹C．P点处是暗条纹，P1点处是亮条纹D．P和P1点处都是暗条纹【答案】B　
变式1　某同学自己动手利用如图所示的器材，观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏．当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹．他移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能是(　　)A．单缝S太窄　　　　B．单缝S太宽C．S到S1和S2距离不等　　D．太阳光不能作光源
【答案】B　【解析】本实验中，单缝S应非常窄，才可看作“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽，B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误．
1．双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小．2．光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．3．在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．
如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：
问题(1)单色光做干涉实验时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？【答案】(1)相等．　(2)不一样．
1．明暗条纹的判断如图所示，S1、S2是两个狭缝，S1S2＝d，缝到屏的距离为l，l≫d，O是S1S2的中垂线与屏的相交点．
2．对双缝干涉图样的两点说明(1)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮纹为白色．(2)若利用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等，中央仍为亮纹．素养点评：本探究通过对“决定干涉条纹明暗的条件”的探究，培养“科学思维”素养．
决定干涉条纹明暗的条件精练2　在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是：单色光f1照射时出现______条纹，单色光f2照射时出现________条纹．【答案】明　暗　
变式2　如图所示，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的距离之差|r1－r2|应为_______．
双缝干涉图样的特点精练3　(2020年北京师大附中联考)如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是(　　)
A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短【答案】A　【解析】根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由题意可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长更长，故B、C、D错误，A正确．
变式3　(多选)在光的双缝干涉现象中，下列描述正确的是(　　)A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的光C．单色光双缝干涉条纹中，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，把入射光由波长较长的光换成波长较短的光，相邻两个亮条纹的间距将变窄
【答案】AD　【解析】条纹间距与光的波长成正比，故偏离中央亮条纹最远的是波长较长的光，A正确，B错误；双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等宽等间距的，C错误；双缝干涉实验中，波长变短，相邻两亮条纹间距将变窄，D正确．
　双缝干涉中亮条纹或暗条纹的判断方法1．判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的光程差与波长的比值．2．出现亮条纹的条件是光程差等于波长的整数倍．3．出现暗条纹的条件是光程差等于半波长的奇数倍，而不是整数倍．
激光陀螺仪激光陀螺，是指利用激光光束的光程差测量物体角位移的装置．例如三角形环状激光器，其中放置激光发生器，产生氦氖激光在三角形三个顶端放置反射镜形成闭合光路，使分光镜将一束激光分为正反两向传播的两束激光．当物体(激光器)没有角位移时，两束激光没有光程差．如果物体移动产生角位移，两束激光相遇时就会产生干涉，利用光的干涉条纹测出物体的角位移，以此计算出物体的角速度，从而完成机械式陀螺同样的任务．
它的精度大大高于机械式陀螺，没有运动部件，易于维护，可靠性高，寿命长，从而取代机械式陀螺，成为大中型飞机惯性基准系统的核心部件，但是它比机械式陀螺的体积大，价格高，因此在小型飞机上使用得较少．
【考题延伸】(2021届北京模拟)激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具．激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，我们简化为如图所示模型：由激光器发出的A、B两束激光，经完全对称的两个通道(图中未画出)在光电探测器处相遇，产生干涉条纹．如果整个装置本身具有绕垂直纸面的转轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，此时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度．某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置C处检测出光强经过了强→弱→强→弱→强的变化过程．根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是(　　)
A．A束激光的频率大于B束激光的频率B．整个装置加速转动过程中，A束激光到达光电探测器的路程逐渐变大C．整个装置加速转动过程中，C处始终没有出现干涉明条纹D．整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了2个波长【答案】D　
素养点评：本题通过对激光陀螺仪的理解，培养学生的“科学态度与责任”的素养．
课堂小练 | 素养达成
1．用一束单色光做杨氏双缝干涉实验，经双缝后光照射到光屏上，可观察到的图像是图中的(　　) 【答案】D　【解析】光的干涉图像是等间距、明暗相间的条纹，D正确．
2．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的(　　)A．传播速度不同 　　B．强度不同C．振动方向不同 　　D．频率不同【答案】D　【解析】两侧条纹间距与各色光的波长成正比，不同色光的频率不同、波长不同．这样除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了彩色条纹．
4．(多选)关于光的干涉，下列说法中正确的是(　　)A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B．在双缝干涉现象里，入射光波长变大，相邻两个明条纹间距将变宽C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定【答案】BC　
【解析】在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；入射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，B正确；两列波产生干涉时，频率必须相同，C正确，D错误．
5．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，(光速c＝3×108 m/s)试问：(1)该黄光的波长是多少？(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹？【答案】(1)5×10－7 m　(2)暗条纹