2018-2019學年高中物理 第十三章 光 第3節(jié) 光的干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、3 光的干涉,讀一讀,辨一辨,一、楊氏干涉實驗 閱讀教材第54頁,通過實驗觀察,認識光的干涉現(xiàn)象,理解光是一種波。 1.楊氏雙縫干涉實驗的歷史史實是什么? 答案：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。 2.楊氏雙縫干涉實驗的過程是什么? 答案：讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫的擋板上,兩條狹縫相距很近。如果光是一種波,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。兩波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加,發(fā)生干涉現(xiàn)象;來自兩個光源的光在一些位置相互加強,在另一些位置相互削弱,在屏上得到明暗相間的條紋。,讀一讀,辨一辨,二、決定條紋間距的條件 閱讀教材第54

2、、55頁,學習并了解光產(chǎn)生干涉的條件,理解干涉的原理、干涉條紋形成的原因及特點。 1.光發(fā)生干涉的條件是什么? 答案：兩列光的頻率相同,振動方向相同,相位差恒定且雙縫間的間距必須很小。 2.出現(xiàn)明暗條紋的條件是什么? 答案：當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時(即恰好等于波長的整數(shù)倍時),兩列光在這點相互加強,這里出現(xiàn)亮條紋;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,兩列光在這一點相互削弱,這里出現(xiàn)暗條紋。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)兩只完全相同的燈泡發(fā)出的光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 ( ) 解析：產(chǎn)生干涉的條件是兩列光的頻率相同,振動方向相同,相位差恒定。兩燈泡發(fā)

3、出的光都是白光,頻率不確定,因此不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 答案： (2)用白光做光的干涉實驗時,偏離中央亮條紋較遠的是波長較長的光。 ( ) 答案：√,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)楊氏實驗觀察到的是什么現(xiàn)象?為什么說它證明了光是一種波? 答案：干涉現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象。 (2)為什么生活中很少見到光的干涉現(xiàn)象呢? 答案：不同光源發(fā)出的光頻率一般不同,即使是同一光源,它的不同部位發(fā)出的光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差。故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象。 (3)有同學認為兩列相干光疊加時,只有波峰、波峰相遇或波谷、波谷相遇才出現(xiàn)明條紋;只有波峰、波谷相遇才出現(xiàn)暗條紋。請問,這種說

4、法對嗎?為什么? 答案：不對。只要相遇處兩列光振動方向始終相同,就出現(xiàn)亮條紋;只要相遇處兩列光振動方向始終相反,就出現(xiàn)暗條紋。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,楊氏雙縫干涉實驗原理透析 波的干涉現(xiàn)象是兩列波在傳播中相遇疊加而形成的,是波的特性。產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是有相干波源——頻率相等且振動情況相同的兩列波,干涉圖樣中的“明”“暗”條紋就是相干波源疊加形成的振動“加強區(qū)”和“減弱區(qū)”。在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,這對研究光的本性提供了什么樣的幫助作用?,要點提示：光的干涉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),從實驗的角度證實光是一種波。,問題導引,名師精講,典例剖析,探

5、究一,探究二,1.雙縫干涉實驗的裝置示意圖:實驗裝置如圖所示,有光源、單縫、雙縫和光屏。 (1)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。 (2)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。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,雙縫干涉的條件必須是相干光源,且雙縫間的間距必須很小。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】雙縫干涉實驗裝置如圖所示,當使用波長為610-7 m的橙光做實驗時,光屏P點及上方的P1點形成相鄰的亮條紋。

6、若使用波長為410-7 m的紫光重復上述實驗,在P和P1點形成的亮、暗條紋的情況是( ) A.P和P1都是亮條紋 B.P是亮條紋,P1是暗條紋 C.P是暗條紋,P1是亮條紋 D.P和P1都是暗條紋,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光,由題意,屏中央P到S1、S2距離相等,即由S1、S2分別射出的光到P的路程差為零,因此P處是亮紋中心,因而,無論入射光是什么顏色的光,波長多大,P處都是中央亮紋中心。 而P1到S1、S2的路程差剛好是橙光的一個波長,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,則兩列光波到達P1時的振動情況

7、完全一致,振動得到加強,因此,出現(xiàn)亮條紋。 當換用波長為400 nm的紫光時,|P1S1-P1S2|=600 nm= λ紫,則兩列光波到達P1時振動情況完全相反,即由S1、S2射出的光波到達P1時就相互削弱,因此,出現(xiàn)暗條紋。綜上所述,選項B正確。 答案：B,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,變式訓練1導學號73884108線光源a發(fā)出的光波長為480 nm,線光源b發(fā)出的光波長為672 nm,則 ( ) A.用a做雙縫實驗,屏上與雙縫距離差為s1=1.68 μm的P處將出現(xiàn)暗紋 B.用b做雙縫實驗,屏上與雙縫距離差為s2=1.68 μm的P處將出現(xiàn)亮紋 C.用a做雙縫實驗,屏上與

8、雙縫距離差為s2=1.44 μm的Q處將出現(xiàn)亮紋 D.用b做雙縫實驗,屏上與雙縫距離差為s2=1.44 μm的Q處將出現(xiàn)亮紋,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：題中兩光源發(fā)出的光的半波長分別為,可見,用a、b兩光源做雙縫實驗時,屏上P處到雙縫的距離差都等于半波長的奇數(shù)倍,均為暗紋,故選項A正確,B錯誤;用a做雙縫實驗時,屏上Q處到雙縫的距離差恰等于半波長的偶數(shù)倍,Q處應為亮紋,選項C正確;用b做雙縫實驗時,屏上Q處到雙縫的距離差不等于半波長的偶數(shù)倍,選項D錯誤。 答案：AC,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,歸納總結分析雙縫干涉中明暗條紋問題的步驟 (1)由題設情

9、況依λ真=nλ介,求得光在真空(或空氣)中的波長。 (2)由屏上出現(xiàn)明暗條紋的條件判斷光屏上出現(xiàn)的是明條紋還是暗條紋。 (3)根據(jù)明條紋的判斷式Δr=kλ(k=0,1,2,…)或暗條紋的判斷式Δr=(2k+1) (k=0,1,2,…),判斷出k的取值,從而判斷條紋數(shù)。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,雙縫干涉圖樣的特點 如圖所示,幾種單色光的雙縫干涉圖樣,請問: (1)單色光干涉時相鄰兩亮條紋的間距和相鄰兩暗條紋的間距相等嗎? (2)用不同顏色的光做干涉實驗時干涉圖樣完全一樣嗎? 要點提示：(1)相等。(2)不一樣。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,1.單色光的干

10、涉圖樣 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,兩相鄰亮紋(或暗紋)間距離與光的波長有關,波長越大,條紋間距越大。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,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。 雙縫干涉的相鄰兩亮條紋和相鄰

11、兩暗條紋的間距是相等的。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題2】導學號73884109如圖甲為雙縫干涉實驗的裝置示意圖。圖乙為用綠光進行實驗時,在屏上觀察到的條紋情況,a為中央亮條紋,丙圖為換用另一顏色的單色光做實驗時觀察到的條紋情況,a為中央亮條紋。若已知紅光、綠光和紫光的波長大小關系為紅光的波長最長,紫光的波長最短。則以下說法正確的是( ) A.丙圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較長 B.丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較長 C.丙圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紫光波長較短 D.丙圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋,表明紅光波長較短,探究一,探究二,

12、問題導引,名師精講,典例剖析,解析：根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點,入射光的波長越長,同一裝置產(chǎn)生的雙縫干涉圖樣中條紋的間距就越大。由本題的條件可確定另一種顏色的單色光比綠光的波長長,因此A正確,B、C、D錯誤。 答案：A,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練2關于光的干涉,下列說法正確的是 ( ) A.在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是不等的 B.在雙縫干涉現(xiàn)象中,把入射光由波長較長的紅光換成波長較短的紫光,相鄰兩個亮條紋間距將變寬 C.在雙縫干涉現(xiàn)象中,將綠光換為紅光,相鄰兩個亮條紋間距將變寬 D.在雙縫干涉現(xiàn)象中,入射光為白光時得到的彩色條紋為內紅外紫,探究一

13、,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,解析：在雙縫干涉現(xiàn)象中,相鄰兩亮條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的,故選項A錯誤;入射光的波長越長,相鄰兩個亮條紋的間距越大,故選項B錯誤,C正確;由于各色條紋間距不同,且紅光條紋最寬,紫光條紋最窄,故彩色條紋應為內紫外紅,選項D錯誤。 答案：C 歸納總結對干涉條紋間距的理解 干涉條紋間距是兩個相鄰的同類條紋中線間的距離,既可以是兩相鄰亮條紋中線間的距離,也可以是兩相鄰暗條紋中線間的距離。,1 2 3 4,,,,,1.(考查機械波與光波的區(qū)別)下列說法正確的是( ) A.機械波和光波本質上不相同,但它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象 B.托馬斯楊

14、利用雙縫干涉實驗有力地說明了光是一種波 C.光波和機械波一樣,依賴于介質傳播 D.頻率相同的不同種波,也能發(fā)生干涉,1 2 3 4,,,,,解析：機械波和光波的產(chǎn)生機制不同,即本質上有所區(qū)別,但都有波的共性,即能發(fā)生反射、折射、衍射及干涉現(xiàn)象,選項A正確;干涉是波特有的現(xiàn)象,只要是波就都能發(fā)生干涉現(xiàn)象,托馬斯楊利用光通過雙縫裝置成功地觀察到了干涉圖樣,這就有力地說明了光是一種波,所以選項B正確;機械波是機械振動在介質中的傳播,而光在真空中就可以傳播,所以選項C錯誤;頻率相同的不同種波,也能發(fā)生干涉是正確的,形成干涉的兩個必要條件是頻率相同和相位差恒定,而沒有限制波的種類,因此,選項D正確

15、。 答案：ABD,1 2 3 4,,,,,2.(考查雙縫干涉的條件)兩盞普通白熾燈發(fā)出的光相遇時,我們觀察不到干涉條紋,這是因為( ) A.兩盞燈亮度不同 B.燈光的波長太短 C.兩燈光的振動情況不同 D.電燈發(fā)出的光不穩(wěn)定 解析：一般情況下,兩個不同的光源發(fā)出的光或同一個光源的不同部分發(fā)出的光振動情況往往是不同的,由點光源發(fā)出的光或同一列光分出的兩列光其振動情況是相同的。 答案：C,1 2 3 4,,,,,3.(考查雙縫干涉條件)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),

16、已知紅光與綠光頻率、波長均不相等,這時( ) A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋,其他顏色的雙縫干涉條紋消失 B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失,其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在 C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在,但屏上仍有光亮 D.屏上無任何光亮,1 2 3 4,,,,,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,但因有紅光和綠光通過雙縫照到屏上,所以屏上有光亮,故只有選項C正確。 答案：C,1 2 3 4,,,,,4.導學號73884110(考查雙縫干涉圖樣)a光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示,若只將a光換成b光照射同一干涉儀,形成的光的干涉圖樣如圖乙所示。則下述正確的是( ) A.a光的頻率較大 B.b光的頻率較大 C.a光的波長較大 D.b光的波長較大 解析：由干涉圖樣可知a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距,所以有λa>λb,選項C正確,D錯誤;根據(jù)f= 得fa