鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的干涉教课内容课件ppt

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的干涉教课内容课件ppt，共60页。
肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。这些彩色条纹或图样是怎样形成的？
光是否也会产生这些现象?本节我们将探讨
1.光的干涉及其产生条件
我们曾观察过水波的干涉现象，用音叉很容易实现声波的干涉。
那么，当两光相遇时，是否会产生干涉现象呢?下面我们通过实验来进行探索。
双缝干涉现象将一未激光照射到双缝上，光通过双缝后照射到光屏上(图5-1)，
装置特点： 1、单孔的作用：是获得点光源 2、双孔的作用：相当于两个振动情况完全相同的光源，双孔的作用是获得相干光源
光的干涉条件： 相干光源：
可观察到屏上出现明暗相间的条纹(图5-2)。
5、干涉图样的特点：（1）形成明暗相间的条纹 （2）亮纹间等距、暗纹间等距（3）两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹---中央亮纹
提出问题：（1）为什么会出现这样的图象？ （2）怎样用波动理论进行解释？
运用光的波动理论进行分析复习：（1）两列波在波峰和波峰相遇或波谷与波谷相遇时振幅变大，说明此点为振动加强点 。 （2）两列波在波峰和波谷相遇时振幅变小，说明此点为振动减弱点。
（3）对光发生干涉时若光互相加强，出现亮条纹若光互相削弱，出现暗条纹
激光光源发出的光，同时投射到缝S1和缝S2上，被分成两列光波。这两列光波振动频率、振动方向都相同，在双缝后相遇，出现振动加强和减弱相间的区域，在屏上就出现了明暗相间的干涉条纹。
可见，两束光相遇时，如果满足一定的条件，也会产生干涉现象。研究表明，要使两列光波相遇时产生干涉现象，两列光波必须具有相同的频率和振动方向。干涉是波特有的一种现象，光确实具有波的特性。
1801年，英国物理学家托马斯·杨
首次在实验室成功进行了光的干涉实验，即著名的杨氏双缝干涉实验。
双缝干涉实验示意图如图 5-3 所示。
在一个房间里同时开两盏白炽灯，是看不到干涉现象的。
光的相干条件两列光波产生干涉的条件，除光波的频率和振动方向必须相同之外，还要求振动必须保持恒定的相位差。如果两列光波的频率和振动方向都相同，但相位差变化不定，这样的两列光波叠加也不可能产生出稳定的干涉图样。
人们把频率相同、振动方向相同和相位差恒定这三个条件称为光的相干条件，符合这三个条件的光源称为相干光源。
两列光波产生干涉时，为什么会在光屏上出现明暗相间的条纹呢?
如图 5-4所示，在光屏的中心取一个点 P0使它到缝S1 和缝S2的距离相等。当从缝S1和缝S2发出的振动情况相同的两列光波经过相等的路程到达点P0时，必然是两列光波的波峰或波谷)同时到达点P0 。
那么两列光波必然是一列波的波峰(或波谷)与另一列波的波谷(或波峰)同时到达点P。这样，两列光波叠加的结果是该点的光总是减弱，因此该点就出现暗条纹。如果我们在点P的上方再取一个点Q，
叠加的结果是该点的光总是得到加强，因此该点也出现亮条纹。依此类推，如果两列光波到达某点时，路程差 Δr 为波长的整数倍，即满足 Δr =±n λ(n=0，1，2，3，…)时，
研究表明，在双缝干涉实验中，相邻两条亮条纹或暗条纹中心间距
式中，入为光波的波长，d为双缝间距离,l为双缝到光屏的距离。由上式可见，当d和I一定时，入越大，条纹中心间距 v就越大。由该公式，我们可通过测量 v、d和1得出光波的波长 λ。
同一实验装置，用不同的色光来做双缝干涉实验，所产生的干涉条纹是不同的。图5-5 是由三种色光产生的干涉条纹，请比较它们有什么异同，并说明原因。谈谈你的认识，并与同学讨论交流。
用橙色光做双缝干涉实验时，测得双缝间的距离为0.1cm，双缝挡板与光屏间的距离为 205 cm，第1条亮线与第5条亮线中心间距为 0.5cm。求橙色光的波长和频率。
①通过第1条纹和第5条纹的距离可求得相邻条纹的间距②再通过双缝干涉条纹间距的公式即可得到光的波长③然后通过波长与频率的关系可求得频率
在空气中，橙光的波长范围为597~622 nm，计算结果合理。不同波长的光波，引起人眼的颜色感觉不同。在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短。请查阅相关资料，了解不同颜色可见光的波长范围。
如果我们把整个实验装置放入折射率大于1的介质中，保持d和l不变化，条纹间距会发生变化吗?
光程与双缝干涉的条纹间距光在不同介质中的传播速度不同。如果光在某介质中沿直线传播的距离为1，经历时间为t，传播速度为 v，则
在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹中心间距可由光程差推出。如图5-6所示，若单色光在真空中波长为入，两孔间距为 d，小孔至屏的距离为 l，
相邻条纹间距为△y，介质折射率为n，振动情况相同的两光源到点P的光程差为
光的干涉现象就在我们身边，色彩斑斓的肥皂泡、五颜六色的油膜(图5-7)等,都与光的干涉有关。如何解释这些现象呢?下面先看一个小实验。
肥皂液膜上的干涉在酒精灯灯芯上撒一些食盐，灯焰能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂液中一下，使铁丝圈挂上一层薄薄的液膜，用酒精灯的黄光照射液膜，液膜反射的光能使我们看到灯焰的像(图5-8)。
为什么灯焰的像会出现明暗相间的横条纹?
薄膜干涉的成因如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；
在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。
平时我们看到的蚌壳内表面透明薄膜上呈现出各种色彩有些昆虫薄而透明的翅翼上出现彩色光带有透明薄膜保护层的激光唱片呈现彩色……都是薄膜干涉现象。
两块叠放在一起的玻璃板之间存在很薄的一层空气薄膜，光波分别在与该空气薄膜接触的两玻璃面上反射。
当这两部分反射光相遇时，也会产生薄膜干涉，形成干涉条纹。轻压玻璃板，被压处空气薄膜的厚度会变化，从而导致干涉条纹弯曲变形(图5-9)。
如图5-10所示，在被测平面上放一个透明的标准平面样板，在样板的一端垫一个薄片，使标准平面和被测平面之间形成一个楔形空气薄膜:
我们可利用这一特点来检查平面的平整程度:
再用单色光照射样板。这时分别从空气薄膜上、下两表面反射的两列光波就会发生干涉。如果被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直条纹。如果干涉条纹发生弯曲，就表明被测表面不平。这种测量的精度可达 10-8m。
增透膜：在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长，它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。
1.如图所示，一铁丝环中有肥皂液膜，当日光照射肥皂液膜时会出现彩色条纹。请分析原因。
2.用白光做双缝干涉实验时，多数亮纹都是彩色的，为什么中间的一条亮条纹是白色的?
3.在如图所示的双缝干涉实验中，用波长λ=600 nm 的橙色光照射，在光屏中心点P0呈现亮条纹。
若点P0上方的点P到S1、S2的路程差恰为λ ，现改用波长为400 nm 的紫光照射，则A. P0和P都呈现亮条纹B. P0为亮条纹，P为暗条纹C. P0为暗条纹，P为亮条纹 D. P0和P都呈现暗条纹
4.用干涉法检查厚玻璃板b的上表面是否平整的装置如图所示。干涉条纹是由某两个表面反射的光叠加产生的，这两个表面是A.a的上表面、b 的下表面B.a的上表面、b 的上表面C.a的下表面、b 的上表面D.a的下表面、b 的下表面
5.在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距与绿光的干涉条纹间距哪个更大?若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为 1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为 10.5 mm，双缝之间的距离有多大?
*6.如图所示，在双缝干涉实验中，若单色光源S到两缝S1、S2距离相等，则屏上中央亮条纹位于图中O处。现将光源S向下移动到示意图中的S“位置，则（ ）A.中央亮条纹向下移动，且条纹间距不变B.中央亮条纹向上移动，且条纹间距不变C.中央亮条纹向下移动，且条纹间距增大D.中央亮条纹向上移动，且条纹间距增大