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,,高中物理·選修3-4·魯科版,,,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.了解雙縫干涉測量光的波長的實(shí)驗(yàn)原理，能夠利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量單色光的波長.5.理解薄膜干涉的成因，知道薄膜干涉的現(xiàn)象和應(yīng)用．,頻率,振動(dòng)方向,整數(shù),奇數(shù),,,想一想 實(shí)驗(yàn)中為什么不直接測出相鄰兩條亮條紋間的距離Δy，而要測出n個(gè)亮條紋間的距離，再求平均值？ 答案 由于光的波長很小，實(shí)驗(yàn)中條紋寬度很小，直接測出一條條紋的寬度不準(zhǔn)確或較難實(shí)現(xiàn)，只能先測出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 程度．,平整,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) 1．雙縫干涉的裝置示意圖 圖5－1－1,實(shí)驗(yàn)裝置如圖5－1－1所示，有光源、單縫、雙縫和光屏． (1)單縫的作用：獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的頻率和振動(dòng)情況．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：證明光是一種波．,【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)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，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)此類問題做出正確判斷的關(guān)鍵，該知識(shí)點(diǎn)必須記住.,【例2】 如圖5－1－2所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長為600 nm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)，現(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則 ( ),圖5－1－2,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) 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，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點(diǎn)都是中央亮條紋中心．,,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)與波長的比值，要記住光程差等于波長整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，等于半波長奇數(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．,2．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按如圖5－1－3所示安裝儀器． 圖5－1－3,(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，在光源和單縫之間加紅(綠)色濾光片，讓通過后的條形光斑恰好落在雙縫上，通過遮光筒上的測量頭，仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡，觀察單色光的干涉條紋；撤去濾光片，觀察白光的干涉條紋(彩色條紋)． (4)加裝濾光片，通過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)齊另一條紋中心，記下此時(shí)手輪讀數(shù)和移過分劃板中心刻度線的條紋數(shù)n.,【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5－1－4所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長． (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5－1－4,(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用米尺測量雙縫到屏的距離； ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離． 在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意__________________.,(3)將測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5－1－5甲所示．然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，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5－1－5乙中手輪上的示數(shù)_______ mm，求得相鄰亮紋的間距Δy為________ mm. 圖5－1－5,(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計(jì)算式λ＝________，求得所測紅光波長為________ nm. 解析 (1)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．所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A.,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5－1－6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5－1－6,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.,