山东省专用2018_2019学年高中物理第十三章光第3节光的干涉讲义含解析新人教版选修3_4.pdf
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1、第 3 节 光的干涉第 3 节 光的干涉 1.英国物理学家托马斯杨于 1801 年成功地观察到 了光的干涉现象。 2双缝干涉图样:单色光明暗相间的条纹。 3干涉条件:两列光的频率相同,振动方向相同, 相位差恒定。 4出现明纹与暗纹的条件:两光源到屏上某点的距 离之差等于半 波长的偶数倍时出现亮条纹, 奇数倍时出现暗条纹。 一、杨氏干涉实验 1物理史实 1801 年,英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象,开始让人们认识到光 的波动性。 2双缝干涉实验 (1)实验过程:让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两狭缝 相距很近,两狭缝就成了两个波源,它们的频率、相位和振动
2、方向总是相同的,两个光源发 出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉。 (2)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹。 (3)实验结论:证明光是一种波。 二、光发生干涉的条件 1干涉条件 两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 2相干光源 发出的光能够产生干涉的两个光源。 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的频率一般不同,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,故一般情况下不易观察到光的干涉现象。 1自主思考判一判 (1)直接用强光照射双缝,发生干涉。() (2)若用白光作光源,干涉条纹是明暗相间的条纹。() (3)若用单色光作光源
3、,干涉条纹是明暗相间的条纹。() (4)在双缝干涉实验中单缝屏的作用是为了获得一个线光源。() (5)双缝干涉实验证明光是一种波。() 2合作探究议一议 (1)两只手电筒射出的光束在空间相遇,能否观察到光的干涉现象? 提示:不能。两只手电筒射出的光束在空间相遇,不满足光发生干涉的条件,不能观察 到光的干涉现象。 (2)在双缝干涉实验中,如果入射光用白光,在两条狭缝上,一个用红色滤光片(只允许 通过红光)遮挡,一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡。试想:屏上还有干涉条纹吗? 提示:屏上不会出现干涉条纹,因为双缝用红、绿滤光片遮挡后,透过的两束光频率不 相等,就不是相干光源了,不会再发生干涉。
4、对杨氏双缝干涉实验的理解 1双缝干涉的装置示意图 实验装置如图所示,有光源、单缝、双缝和光屏。 2单缝屏的作用 获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况。 3双缝屏的作用 平行光照射到单缝S上,又照到双缝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。 4屏上某处出现亮、暗条纹的条件 频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加,如亮条纹处某点同时参与的两个振动步 调总是一致,即振动方向总是相同 ; 暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为 : (1)亮条纹的条件:屏上某点P到两条缝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: |PS1PS2|
5、k2k(k0,1,2,3) 2 k0 时,PS1PS2,此时P点位于屏上的O处,为亮条纹,此处的条纹叫中央亮条纹或零 级亮条纹。k为亮条纹的级次。 (2)暗条纹的条件:屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即: |PS1PS2|(2k1)(k1,2,3) 2 k为暗条纹的级次,从第 1 级暗条纹开始向两侧展开。 典例 如图所示是双缝干涉实验装置,使用波长为600 nm的橙色 光源照射单缝S,在光屏中央P处观察到亮条纹,在位于P点上方的P1 点出现第一条亮条纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长), 现换用 波长为 400 nm 的紫光光源照射单缝,则( ) AP和P1
6、处仍为亮条纹 BP处为亮条纹,P1处为暗条纹 CP处为暗条纹,P1处为亮条纹 DP、P1处均为暗条纹 解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意知屏中央P 点到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P点的路程差为零,因此是亮条纹。因而, 无论入射光是什么颜色的光,波长多长,P点都是中央亮条纹。而P1点到S1、S2的路程差刚 好是橙光的一个波长, 即|P1S1P1S2|600 nm橙, 则两列光波到达P1点振动情况完全一致, 振动得到加强, 因此出现亮条纹。 当换用波长为 400 nm 的紫光时, |P1S1P1S2|600 nm3 2 紫,则两列光波到达P1
7、点时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1点时相互削 弱,因此出现暗条纹。 答案 B 双缝干涉中明暗条纹的判断方法 (1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹, 要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差) 与波长的比值。 (2)要记住:路程差等于波长整数倍处出现亮条纹;等于半波长奇数倍处为暗条纹。 (3)上述结论成立的条件是:两个光源情况完全相同。 1一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹,除中央白色条纹外,两侧还有彩色条纹, 其原因是( ) A各色光的波长不同,因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同 B各色光的速度不同,造成条纹的间距不同 C各色光的强度不同,造成条纹的间距不同 D各色
8、光通过双缝到达一确定点的距离不同 解析:选 A 各色光的频率不同,波长不同,在屏上得到的干涉条纹的宽度不同,各种颜 色的条纹叠加后得到彩色条纹,故 A 正确。 2如图所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图,实线表示波峰,虚线表示波谷。 在此时刻,介质中A点为波峰相叠加点,B点为波谷相叠加点,A、B连线上的C点为某中间 状态相叠加点,如果把屏分别放在A、B、C三个位置,那么( ) AA、B、C三个位置都出现亮条纹 BB位置出现暗条纹 CC位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定 D以上结论都不对 解析 : 选 A 本题中,A、B、C三点总是振动加强的点屏上对应出现的都是亮条纹。另外, 要特别注意
9、波谷与波谷相遇的点(图中B点)振动也是加强的,不要以为B点是暗的。 3.如图所示为双缝干涉实验装置, 当使用波长为 6107 m 的橙 色光做实验时, 光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。 若使用波 长为 4107 m 的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗条 纹的情况是( ) AP和P1都是亮条纹 BP是亮条纹,P1是暗条纹 CP是暗条纹,P1是亮条纹 DP和P1都是暗条纹 解析:选 B 1.5 橙 紫 6 107 4 107 3 2 P1点对橙光:rn橙, 对紫光:rn橙n紫3n 3 2 紫 2 因为P1与P相邻,所以n1,P1点是暗条纹。 对P点,因为 r0,所以仍是亮条纹,B
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