搜索
3光的干涉[学习目标]1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件,知道光是一种波.2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件.3.会利用双缝干涉实验的图样分析问题.课前预习感悟新知教材探究知识点一杨氏双缝干涉实验[问题导学]在日常生活中,我们很容易使两束光相遇,但未发现光的干涉现象,其原因是什么?而杨氏双缝干涉实验是怎样实现光的干涉的?答案:由于不同光源发出的光频率一般不同,即使是同一光源,它的不同部位发出的光的频率也不一定相同,故一般不易观察到干涉现象,而杨氏双缝干涉实验是采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源,从而成功地观察到光的干涉现象.[知识梳理]1.史实:1801年,英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的现象,证明了光是一种.2.实验:让一束光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两狭缝相距很近,两狭缝就成了两个,它们的频率、相位和振动方向总是____的,这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加.3.现象:在屏上得到了的条纹.干涉单色波源相同明暗相间波知识点二产生明暗条纹的条件[问题导学]当我们用某一颜色的激光通过双缝进行光的干涉实验时,在屏上会出现该颜色的明暗相间的条纹,但若用白光做该实验时,则会出现彩色的干涉图样,干涉图样有什么特点?答案:用白光做干涉实验,从红光到紫光其波长由长到短,它们的干涉条纹间距从大到小,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.[知识梳理]当两个光源与屏上某点的等于半波长的倍时(即恰好等于波长的整数倍时),两列光在这点相互加强,这里出现;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的时,两列光在这点相互削弱,这里出现.距离之差偶数亮条纹奇数倍暗条纹思考判断1.频率相同、振动方向相同、相位相同的两列光波相遇时会产生干涉现象.()2.光的干涉现象证明光具有波动性.()3.光的干涉出现的明暗条纹反映了光的能量在空间的分布情况.()4.两列光的路程差相差半波长的偶数倍时,则该点的两列光一定相互加强.()5.杨氏双缝干涉明暗条纹分布在中间亮条纹的两边,越往两边,条纹间距越小.()6.做光的干涉实验,只要是同一普通光源即可,无需使用像激光这样单色性好的光.()√√√√××要点一双缝干涉的实验原理课堂探究突破要点1.双缝干涉的示意图(如图所示)(1)单缝的作用:获得一个有唯一频率和振动情况的线光源❶.(2)双缝的作用:通过单缝S的光照到双缝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❷.2.屏上某处出现亮、暗条纹的条件(1)屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即|PS1-PS2|=kλ=2k·2(k=0,1,2,3,…)时则出现亮条纹.当k=0时,PS1=PS2,此时P点位于屏上的O处,此处的条纹叫中央亮条纹.(2)屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍,即|PS1-PS2|=(2k+1)2(k=0,1,2,3,…)时则出现暗条纹.状元心得❶如果用激光直接照射双缝,可省去单缝屏.杨氏那时没有激光,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.❷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.C[例1]在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm,若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现亮、暗条纹的情况是()A.单色光f1和f2分别照射时,均出现亮条纹B.单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹C.单色光f1照射时出现亮条纹,单色光f2照射时出现暗条纹D.单色光f1照射时出现暗条纹,单色光f2照射时出现亮条纹思路探究:由双缝干涉出现亮、暗条纹的条件:即|S1P-S2P|=2kk亮条纹k=0,1,2,(2k+1)暗条纹=0,1,2,求出两单色光的波长,看是否满足上述条件.解析:如图所示,双缝S1,S2到光屏上任一点P的距离之差d等于单色光波长的整数倍时,由S1和S2发出的光在P点互相加强,P点出现亮条纹;当d等于单色光半个波长的奇数倍时,由S1和S2发出的光在P点互相抵消,出现暗条纹.单色光f1的波长λ1=1cf=8143105.010m=0.6×10-6m=0.6μm.单色光f2的波长λ2=2cf=8143107.510m=0.4×10-6m=0.4μm.可见d1=λ1,d2=32λ2,故正确的选项应为C.[针对训练1]从点光源L发出的白光,经过透镜后成一平行光束,垂直照射到挡板P上,板上开有两条靠得很近的平行狭缝S1,S2,如图所示,在屏Q上可看到干涉条纹,图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点,则()A.干涉条纹是黑白的,O点是亮点B.干涉条纹是黑白的,O点是暗点C.干涉条纹是彩色的,O点是亮点D.干涉条纹是彩色的,O点是暗点解析:白光是复色光,通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹,由题意知OS1=OS2,即光程差等于零,在O点振动加强,形成亮点,所以A,B,D错误,C正确.C要点二双缝干涉图样的特点1.单色光的干涉图样若用单色光作光源,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,两相邻亮纹(或暗纹)间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,两侧条纹是彩色.(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)两侧条纹中不同的色光波长不同,出现亮(或暗)条纹的位置不同.这样便形成了彩色干涉条纹.3.条纹间距关系式Δx=ldλ的推导如图所示,设双缝S1和S2的距离为d,到屏的距离为l,且l≫d,O到S1,S2的距离相等.从S1,S2射出的光波到达O点的路程相等,所以两列波到O点的路程差为零,总是互相加强,在O点就出现亮条纹.对于与O点距离为x的P点,P到S1,S2的距离分别为r1,r2,从S1,S2发出的光波到达P点的路程差是Δr=r2-r1,从图中知21r=l2+(x-2d)2,22r=l2+(x+2d)2两式相减,可得22r-21r=(r2-r1)(r2+r1)=2dx由l≫d,且l≫x,因此r2+r1≈2l,所以Δr=dlx.若P处为亮条纹,即Δr=kλ=dlx,则x=±kldλ(k=0,1,2,…),解得相邻两亮条纹的中心间距Δx=ldλ.同理,若P点为暗条纹,则相邻两暗条纹间距离也为Δx=ldλ.[例2]如图所示是研究光的双缝干涉的示意图.不透光的挡板上有两条平行狭缝S1,S2,用单色红光照射双缝,由S1和S2发出的红光到达屏上时会产生干涉条纹,则下列说法正确的是()A.若只减小两条狭缝S1,S2之间的距离,条纹间距将增大B.若只减小两条狭缝与屏之间的距离,条纹间距将增大C.若只在两条狭缝与屏之间插入一块与屏平行的平板玻璃砖,条纹间距将增大D.若只把用红光照射改用绿光照射,条纹间距将增大A解析:由Δx=ldλ可知,只减小d,Δx变大,A项正确;只减小l,Δx变小,B项错误;插入平行玻璃砖,玻璃砖的插入方法不同,条纹间距不同,可大,可小,可不变,故C项错误;改用绿光照射,λ减小,Δx减小,D项错误.[针对训练2]如图(甲)是双缝干涉实验装置示意图.图(乙)、(丙)是用红光和紫光在同一装置做实验得到的干涉图样,a,b分别表示中央亮条纹.已知红光波长大于紫光波长,回答下列问题:(1)双缝的作用是.(2)(乙)、(丙)分别是光和光.解析:(1)根据实验原理,双缝的作用是形成相干光源.(2)根据干涉条纹间距的大小来确定波长的长短,从而求解.由图可知,根据干涉条纹间距Δx=ldλ,(丙)图的波长较长,即为红光,则(乙)图为紫光.答案:(1)形成相干光源(2)紫红规律方法对条纹间距的理解条纹间距是两个相邻的同类条纹中线间的距离,既可以是两相邻亮条纹中线间的距离,也可以是两相邻暗条纹中线间的距离.随堂演练检测效果1.图示中用刀片在涂有墨汁的玻璃片上划出有很小间隙的双缝.双缝的作用是当激光照射它时()A.在双缝处形成明暗相间等间距的条纹B.形成相干光源并在光屏上出现中间宽两边窄的条纹C.形成两束增强的光并进行叠加形成明暗相间的条纹D.形成振动情况相同的两束光并在光屏上形成明暗相间等间距的条纹D解析:双缝的目的在于形成相干光源,使后面的光屏上形成明暗相间的等间距的条纹,D正确.2.(多选)如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹.要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以()A.增大S1与S2的间距B.增大双缝到光屏的距离C.将绿光换为红光D.将绿光换为紫光BC解析:在波的干涉中,干涉条纹的间距Δx=ldλ,由公式可得,条纹间距与波长λ、双缝到光屏之间的距离l成正比,与双缝间的距离d成反比,故要增大条纹间距,应减小d或增大l,或增大λ,故B,C正确,A,D错误.3.(多选)用红光做光的双缝干涉实验,如果将其中一条缝改用蓝光,下列说法正确的是()A.在光屏上出现红蓝相间的干涉条纹B.只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象,此时不产生干涉现象C.频率不同的两列光也能发生干涉现象,此时出现彩色条纹D.尽管亮、暗条纹都是光波相互叠加的结果,但此时红光与蓝光只叠加不产生干涉现象BD解析:频率相同、相位相同、振动方向相同是产生干涉现象的条件,红光和蓝光频率不同,不能产生干涉现象,不会产生干涉条纹,A,C错误.4.英国物理学家托马斯·杨第一次在实验室用如图(甲)所示的实验装置观察到光的干涉现象.图中M为光源,N是有一个小孔的屏,O是有两个非常靠近、大小相同的小孔的屏,两小孔与N上小孔的距离相同,P为像屏.(1)该实验设置O屏的目的是;解析:(1)该实验设置O屏的目的是获得相干光源(或产生频率相同的两束光).答案:(1)获得相干光源(或产生频率相同的两束光)(2)呈现在P屏上的光的干涉图样应该是图[选填“(乙)”或“(丙)”].解析:(2)因为是干涉图样,应与双孔平行,则(丙)图样是正确的.答案:(2)(丙)[错题分析]——不理解形成双缝干涉条纹的原理在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹.若在双缝中的一缝前放一块红色滤光片,在另一缝前放一块绿色滤光片(只能分别透过红光和绿光),这时()A.屏上只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失B.屏上红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C.屏上任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但仍有亮光D.屏上无任何亮光核心素养提升(教师备用)学长经验分享[错解]错选A或D.误认为有红光和绿光的干涉情况,有双缝就能发生光的干涉现象,从而选A.有的同学可能认为不能发生干涉现象,所以屏上没有亮光.[正解]红色滤光片只允许红光通过,绿光滤光片只允许绿光通过,通过一缝的光是红光,通过另一缝的光是绿光,而红光和绿光不能发生干涉,屏上无干涉条纹,但有光到达,选项C正确.答案:C[注意]在杨氏双缝干涉中,一定要理解单缝的作用和双缝的作用,以及发生干涉现象的条件.在分析相关问题时,一定按照物理原理来分析,不要乱想.