1、4.1 光的干涉 学习目标定位 1.知道什么是相干光源以及光产生干涉现象的条件 .2.观察光的干涉现象， 认识双缝干涉条纹的特点及其明暗条纹的位置特点.3.观察薄膜干涉现象，知道薄膜干涉条 纹的特点，并能用它解释生活中的相关现象 1波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并 且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉 2杨氏双缝干涉实验 (1)史实：1801 年，英国物理学托马斯 杨做了著名的光的双缝干涉实验，成功地观察到了 光的干涉现象 (2)双缝干涉图样：如图 1 所示，用单色光去照射双缝，屏幕上就会出现 明暗相间的等距离 的条纹 图 1 (3
2、)干涉条件：两列光的频率相同，振动方向一致，且相位差恒定 (4)能发生干涉的两束光称为相干光 (5)意义：光的干涉现象充分表明光是一种波 3明暗条纹位置的判断方法 当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的偶数倍(即恰好等于波长的整数倍时) ，两列 光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的奇数 倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹 4奇妙的薄膜干涉 (1)观察薄膜干涉：如图 2 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 水平方向的明暗相间的条纹 图 2 (2)相干光源：液膜前后两表面反射的两列光波 (3)薄膜干涉的成因 光照在厚度不同的薄膜
3、上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的光程差不同，在 某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削 弱，于是出现暗条纹. 一、杨氏双缝干涉实验 问题设计 麦克斯韦预言光是一种电磁波光若是一种波，它就应该有衍射、干涉现象，托马斯杨通 过双缝实验观察到了光的干涉现象，从而证明了光具有波动性波发生干涉的必要条件是 什么？托马斯杨如何得到两个相干光源的？ 答案 波发生干涉的必要条件是两列波频率相同托马斯杨通过两个狭缝获得了两个相干 光源 要点提炼 1杨氏双缝干涉实验示意图，如图 3 所示 图 3 2单缝的作用：获得线光源 3双缝的作用：获得两个相干光源 4实验现
4、象：在屏上出现一系列明暗相间的条纹 5实验结论：光具有波动性 例 1 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到了彩色干涉条纹若在双缝中的 一缝前放一红色滤光片(只能透过红光 )，另一缝前放一绿色滤光片 (只能透过绿光)，已知红 光与绿光的频率、波长均不相等，这时( ) A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有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹 C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D屏上无任何光亮 解析 两列光波发生干涉的条件之一是频率相等利用双缝将一束光分成能够发生干涉的 两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红滤光片和绿滤光片挡住两条缝后，红光和绿
5、光 频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，故选 C. 答案 C 二、光屏上出现明暗条纹的条件 问题设计 机械波发生干涉现象时，形成的图样有什么特点？光发生干涉现象时为什么会出现明暗相 间的条纹？ 答案 机械波的干涉图样的特点是：振动加强区和振动减弱区相互间隔，其分布不变 光发生干涉现象时，振动加强区和振动减弱区也会交替分布反映在屏上，振动加强区， 光能量较强亮；振动减弱区，光能量较弱暗，即得到明暗相间的干涉条纹 要点提炼 屏上某处出现亮、暗条纹的条件 1出现亮条纹的条件：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： |PS1PS 2|k
6、 2k (k0,1,2,3，) 2 2出现暗条纹的条件：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： |PS1PS 2|(2k 1) (k1,2,3 ，) 2 例 2 用波长为 的单色光照射单缝 O，经过双缝 M、N 在屏上产生明暗相间的干涉条纹， 如图 4 所示，图中 a、b、c、d、e 为相邻亮条纹的位置，c 为中央亮条纹，则( ) 图 4 AO 到达 a、b 的路程差为零 BM、N 到达 b 的路程差为 CO 到达 a、c 的路程差为 4 DM、N 到达 e 的路程差为 2 解析 振动方向一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件需满足 Lk(k0,1,2,
7、3) 答案 BD 三、奇妙的薄膜干涉 问题设计 如图 5 所示，在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光把铁丝圈在肥皂 水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，放在酒精灯旁，膜上就会出现灯焰的像肥皂膜 上为什么会出现灯焰的像呢？这个像有什么特点？ 图 5 答案 液膜上的像是液膜前后两个面反射的光形成的特点：此像由明暗相间的水平条纹 组成 要点提炼 1薄膜干涉的原理 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 6 中实线和虚线 来代表)所走的路程差不同路程差是光在介质中波长的 整数倍的位置上时，叠加后加强， 出现了亮条纹；路程差是光在介质中半波长的奇数倍的位置上时，
8、叠加后相互削弱，于是 出现了暗条纹 图 6 2薄膜干涉中应注意的问题 (1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光( 眼睛与光源在膜的同一侧) (2)用单色光照射时得到明暗相间的条纹，用白色光照射时得到彩色条纹 例 3 用如图 7 所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上 撒些盐)，图(b) 是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面 内缓慢旋转，观察到的现象是( ) 图 7 A当金属线圈旋转 30时，干涉条纹同方向旋转 30 B当金属线圈旋转 45时，干涉条纹同方向旋转 90 C当金属线圈旋转 60时，干涉条纹同方向旋转 30 D干涉条纹保持
9、不变 解析 竖直肥皂膜是由重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属线圈的转动，改变不了 肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所 形成的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉 条纹，D 正确 答案 D 1能发生干涉的两束光应是( ) A亮度一样 B颜色一样 C频率相等 D传播方向相同 答案 C 解析 产生干涉的条件是两光源的频率相同，振动方向相同，相位差恒定 2某同学自己动手利用如图 8 所示器材，观察光的干涉现象其中，A 为单缝屏，B 为双 缝屏，C 为像屏当他用一束阳光照射到 A 上时，屏 C 上并没有出现干涉条纹他移走
10、 B 后，C 上出现一窄亮斑分析实验失败的原因，最大的可能是( ) 图 8 A单缝 S 太窄 B单缝 S 太宽 CS 到 S1 和 S2 距离不等 D太阳光不能做光源 答案 B 解析 因为移走 B 屏后，在 C 上出现一窄亮斑，说明单缝 S 太宽本实验中，单缝 S 应非 常窄，才可看作“理想线光源” ，也才能成功地观察到干涉现象，故 B 正确，A 错误；S 到 S1 和 S2 距离不等时也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮条纹，C 错误；太阳光是复色 光，可出现彩色干涉条纹，D 错误 3在双缝干涉实验中，双缝到光屏上 P 点的距离之差为 0.6 m，若分别用频率为 f15.010 14 Hz 和
11、 f27.510 14 Hz 的单色光垂直照射双缝，则 P 点出现明、暗条纹的情 况是( ) A单色光 f1 和 f2 分别照射时，均出现明条纹 B单色光 f1 和 f2 分别照射时，均出现暗条纹 C单色光 f1 照射时出现明条纹，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 照射时出现明条纹 答案 C 解析 判定某处是明条纹还是暗条纹，关键是看该处到两光源的光程差是该光波长的多少 倍，若是整数倍，该处为明条纹；若为整数倍加半个波长，则为暗条纹 单色光 f1 的波长 1 0.610 6 m0.6 m. cf1 单色光 f2 的波长 2 0.410 6 m0.4 m cf2 可见 L 1，L 2，故用 f1 照射时，P 点出现明条纹，用 f2 照射时，P 点出现暗条 32 纹纹
