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4.1光的干涉第4章光的波动性1.知道光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中说明光是一种波.2.理解杨氏双缝干涉实验中亮暗条纹产生的原因.(重点、难点)3.理解薄膜干涉的原理并能解释一些干涉现象.(重点)4.了解相干光源，掌握干涉条件.第4章光的波动性一、杨氏双缝干涉实验1.史实：1801年，英国物理学家___________做了著名的光的__________实验，成功地观察到了光的干涉现象.2.实验过程及现象：如图所示，用______光照射双缝干涉仪上的______S1和S2，通过测微目镜可以观察到两束光在屏上形成的一系列__________的条纹.托马斯·杨双缝干涉单色双缝明暗相间3.实验结论：证明光具有波动性.4.现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半个波长的________时，两列光在这里相互______，出现亮条纹.当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的________时，两列光在这里相互______，出现暗条纹.5.干涉条件：两列光的______相同，__________相同且相位差恒定，能发生干涉的两个光源叫做______光源.偶数倍加强奇数倍削弱频率振动情况相干二、奇妙的薄膜干涉1.观察薄膜干涉：如图所示，把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像时会发现水平方向的__________的条纹.2.相干光源：薄膜________面反射的光波.明暗相间前后两3.形成明暗相间条纹的原因：与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光(用图中实虚线来代表两列光)，所走的路程差不同.路程差是光在介质中波长的______倍的这些位置上，叠加后加强，出现了亮纹；路程差是光在介质中半波长的______倍的这些位置上，叠加后相互削弱，于是出现了暗纹.整数奇数双缝干涉出现明暗条纹的条件1.干涉条件：两列光的频率相同，振动情况相同且相位差恒定.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而获得，称为分光法.2.双缝干涉的分析如图所示，S为单缝，S1、S2为双缝(间距为d)，双缝到屏的距离为L，O为S1S2垂直平分线与屏的交点，S1、S2到屏上P点的路程分别为L1、L2，两列光波传到P的光程差ΔL＝|L1－L2|，设光波波长为λ.(1)当ΔL＝nλ(n＝0，1，2…)，两列波传到P点同相，互相加强，出现明纹.(2)若ΔL＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2…)，两列波传到P点反相，互相减弱，出现暗纹.(3)相邻明纹或相邻暗纹之间的距离相等，且Δx＝Ldλ.当L、d一定时，条纹宽度与波长成正比.3.一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因：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也不一定有相同的频率和恒定的相位差，在一般情况下，很难找到那么小的缝和那些特殊的装置.故一般情况下不易观察到光的干涉现象.4.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，且中央条纹是白色的.这是因为：①从双缝射出的两列光波中，各种色光都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，即红光的亮纹间距宽度最大，紫光亮纹间距宽度最小，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.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[思路点拨]判断屏上某点条纹的明暗情况，关键看该点到双缝的路程差(光程差)与半波长的比值，若为偶数倍，则该点为亮条纹；若为奇数倍，则该点为暗条纹.[解析]单色光f1的波长λ1＝cf1＝3×1085.0×1014m＝0.6×10－6m＝0.6μm.单色光f2的波长λ2＝cf2＝3×1087.5×1014m＝0.4×10－6m＝0.4μm.因P点到双缝的距离之差Δx＝0.6μm＝λ1，所以用f1照射时P点出现亮条纹.Δx＝0.6μm＝32λ2，所以用f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确.[答案]C理解光程差的概念，熟记双缝干涉实验中屏上某点出现亮、暗条纹的条件是正确解决此类问题的关键.1.如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹.已知入射激光的波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹，由P向上数，与0号亮条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹，与1号亮条纹相邻的亮条纹为2号亮条纹，则P1处的亮条纹恰好是10号亮条纹.设直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2－r1等于()A.9.5λB.10λC.10.5λD.20λ解析：选B.由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差r2－r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以选项B正确.对薄膜干涉现象的理解1.薄膜干涉现象的产生薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层，入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射光分出，是相干光.2.薄膜干涉的应用由薄膜上、下表面反射(或折射)光束相遇而产生的干涉.薄膜通常由厚度很小的透明介质形成.如肥皂膜、水面上的油膜、两片玻璃间所夹的空气膜、照相机镜头上所镀的介质膜等.利用薄膜干涉还可以制造增透膜.在照相机、放映机的透镜表面上涂上一层透明薄膜，能够减少光的反射，增加光的透射，这种薄膜叫做增透膜.平常在照相机镜头上有一层呈蓝紫色的反射膜就是增透膜.3.用干涉法检查平面如图所示，被检查平面B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹，被检查平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气膜所产生的干涉条纹将发生弯曲.4.条纹特点(1)用单色光照射薄膜时，两个表面反射的光是相干光，形成明暗相间的干涉条纹.用不同的单色光照射，看到的亮纹的位置不同.(2)用白光照射时，不同颜色的光在不同位置形成不同的亮条纹，看起来就是彩色条纹，即发生了色散现象.(多选)如图所示，是一竖直的肥皂液膜的横截面，用单色光照射，薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是()A.观看干涉条纹时应在薄膜的左边B.观看干涉条纹时应在薄膜的右边C.薄膜上干涉条纹是竖直的D.用紫光照射所产生的干涉条纹间距比用红光照射时小[思路点拨]解此题关键有两点：(1)薄膜干涉的形成及观察位置.(2)干涉条纹的间距和波长有关.[解析]根据薄膜干涉中相干光的来源，A对，B错.薄膜干涉中同一亮条纹或暗条纹对应同一薄膜厚度，而薄膜等厚处形成水平线，所以条纹是水平的，C错.由于相邻两亮条纹或相邻两暗条纹波程差为λ，λ越大，则干涉条纹间距也越大，由于紫光的波长比红光短，所以干涉条纹间距也小，因此D对.[答案]AD(1)薄膜干涉指一列光经薄膜的前后两个表面反射后，形成两列频率相同的反射光，这两列反射光相叠加产生干涉现象.(2)干涉条纹的产生是由于光在薄膜的前后两表面反射，形成的两列光波叠加的结果，观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的同一侧.2.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到干涉图样应是下图中的()解析：选D.肥皂膜在重力作用下，形成一个上薄下厚的薄膜，入射光在薄膜的前后两个表面反射后，互相干涉，形成水平方向的干涉条纹，选项D正确.薄膜干涉的应用为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度.[思路点拨]明确增透膜的原理及薄膜干涉的条件是解题的关键.[解析]若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：n＝cv＝λ0fλf，得λ＝λ0n那么增透膜的厚度h＝14λ＝λ04n＝5.52×10－74×1.38m＝1×10－7m.[答案]1×10－7m由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的14，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消，而光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化.