2020版新教材高中物理 主題3 光及其應用 3 光的干涉學案 新人教版必修第一冊

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1、3　光的干涉 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1．觀察光的干涉現(xiàn)象，能說出光的干涉條紋的特點．(重點) 2．能說出干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及出現(xiàn)明條紋或暗條紋應滿足的條件．(難點) 3．明確相干光源的概念，熟記產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件．(重點) 知識點一| 楊氏干涉實驗 1.物理史實 1801年，英國物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，開始讓人們認識到光的波動性． 2.雙縫干涉實驗 (1)實驗過程：讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，兩個光源發(fā)出的光在擋板后面的

2、空間互相疊加發(fā)生干涉． (2)實驗現(xiàn)象：在屏上得到明暗相間的條紋． (3)實驗結論：光是一種波． 1．直接用強光照射雙縫，發(fā)生干涉． (×) 2．兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能觀察到光的干涉現(xiàn)象． (×) 3．用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋． (√) 1．做雙縫干涉實驗時必須具備什么條件才能觀察到干涉條紋？ 【提示】　必須是相干光源，且雙縫間的間距必須很小． 2．一般情況下光源發(fā)出的光很難觀察到干涉現(xiàn)象，這是什么原因？ 【提示】　光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相差，不具備相干光源的條件． 1.光的干涉 (1)光的干涉：

3、在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗紋，且加強和減弱的區(qū)域是相互間隔的，即出現(xiàn)亮紋和暗紋相間的現(xiàn)象． (2)干涉條件：兩列光的頻率相同、相差恒定或兩列光振動情況總是相同．能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波，兩個光源稱為相干光源，相干光源可用同一束光分成兩列來獲得． 2．托馬斯·楊的雙縫干涉實驗 (1)雙縫干涉的裝置示意圖(如圖所示) 實驗裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏． (2)單縫屏的作用 獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏．楊氏那時沒有激光，因此他用強光照射一條狹縫，通過這條狹縫的光再通過

4、雙縫產(chǎn)生相干光． (3)雙縫屏的作用 平行光照射到單縫S上，又照射到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光． 3．雙縫干涉圖樣的特點 (1)單色光的干涉圖樣(如圖所示)若用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等．中央為亮條紋，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長有關，波長越大，條紋間距越大． (2)白光的干涉圖樣 若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央條紋是白色的．這是因為： ①從雙縫射出的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復合成白色條紋． ②兩側條紋間距與各色光的

5、波長成正比，即紅光的亮條紋間距寬度最大，紫光的亮條紋間距寬度最小，即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋． 1.以下光源不可作為相干光源的是(　　) A．兩個相同亮度的燭焰 B．兩個相同規(guī)格的燈泡 C．雙絲燈泡 D．出自一個光源的兩束光 E．一束平行單色光經(jīng)雙縫后分為兩束 解析：相干光的條件，必須是頻率相同，相位差恒定． 答案：ABC 2．在雙縫干涉實驗中，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)，已知紅光與綠色頻率，波長均不相等，這時在屏上可看到什么現(xiàn)象

6、？ 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，因此屏上不會出現(xiàn)干涉條紋．但屏上仍有亮光． 答案：見解析 3．從兩只相同的手電筒射出的光，當它們在某一區(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是為什么？ 解析：本題雖然強調兩只相同的手電筒，但它們發(fā)出的光頻率仍然不同．不滿足干涉產(chǎn)生的條件，看不到干涉圖樣． 答案：見解析 (1)雙縫干涉的條件是必須有相干光源，且雙縫間的間距必須很?。? (2)光源不同部位發(fā)出的光不一定具有相同的頻率和恒定的相位差，所以

7、一般情況很難觀察到光的干涉現(xiàn)象，楊氏雙縫干涉實驗采用將一束光“一分為二”的方法獲得相干光源． (3)在單色光的干涉條紋中，兩相鄰明紋或暗紋間的距離是相等的，不同色光的條紋間距不相等． 知識點二| 決定條紋明暗的條件 1．當兩個光源與屏上某點的距離之差等于波長λ的整數(shù)倍時，兩列光波在這點相互加強，出現(xiàn)明條紋． 2．當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩列光波在這點相互減弱，出現(xiàn)暗條紋． 1．若用白光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋． (×) 2．若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋． (√) 3．當兩個光源與屏上某點的距離之差為半波長的整數(shù)倍時

8、出現(xiàn)暗條紋． (×) 1．用白光做雙縫干涉實驗，彩紋的特點如何？ 【提示】　屏中央各色光都得到加強，混合成白色，但兩側因條紋間距不同而分開成彩色，而且同一級條紋內紫外紅． 2．不同色光在真空中的光速相同嗎？在同種介質中的光速相同嗎？ 【提示】　各種色光在真空中的光速均為c＝3×108 m/s，而在同種介質中，由于各種色光的折射率不同，由v＝知，v不同． 1．明暗條紋的判斷 如圖所示，S1、S2是兩個狹縫，S1S2＝d，縫到屏的距離為l，l?d，O是S1S2的中垂線與屏的相交點． (1)出現(xiàn)明條紋的條件 屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍，

9、即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0，1，2，…)． (2)出現(xiàn)暗條紋的條件 屏上某點P到雙縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍，即|PS1－PS2|＝(2k＋1)(k＝0，1，2，3，…)． 2．對雙縫干涉圖樣的兩點說明 (1)若用白光作光源，則干涉條紋是彩色條紋，且中央亮紋為白色． (2)若利用單色光作光源，則干涉條紋是明暗相間的條紋，且條紋間距相等，中央仍為亮紋． 4．在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6 μm，若分別用頻率f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是： 單色光f1照射

10、時出現(xiàn)______條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)______條紋． 解析：本題考查雙縫干涉實驗中屏上出現(xiàn)明、暗條紋的條件．根據(jù)波的疊加知識，可知與兩個狹縫的光程差是波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，與兩個狹縫的光程差是半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋．據(jù)λ＝可得λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm，即d＝λ1，d＝λ2. 答案：明　暗 5．如圖所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1－r2|應為________． 解析：出現(xiàn)暗條紋，說明S1、S2到P點距離之差為×(2n－1)＝λ，而λ＝，所以|r1－r2|＝λ＝. 答案： 雙縫干涉中亮條紋或暗條紋的判斷方法 (1)判斷屏上某點為亮條紋還是暗條紋，要看該點到兩個光源(雙縫)的光程差與波長的比值． (2)出現(xiàn)明條紋的條件是光程差等于波長的整數(shù)倍． (3)出現(xiàn)暗條紋的條件是光程等于半波長的奇數(shù)倍，而不是整數(shù)倍． - 6 -