滬科物理選修3-4《光的干涉》

歡迎進(jìn)入物理課堂 4 1光的干涉 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 4 1 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道光的干涉現(xiàn)象和干涉條件 并能從光的干涉現(xiàn)象中說明光是一種波 2 理解楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中亮暗條紋產(chǎn)生的原因 3 理解薄膜干涉的原理并能解釋一些干涉現(xiàn)象 4 了解相干光源 掌握干涉條件 重點(diǎn)難點(diǎn) 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是重點(diǎn) 亮暗條紋產(chǎn)生的原因是難點(diǎn) 課前自主學(xué)案 一 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1 頻率相同的兩列波疊加時(shí) 空間某些區(qū)域的振動(dòng) 另一些區(qū)域的振動(dòng) 這種現(xiàn)象叫做波的干涉 2 雙縫干涉圖樣的特點(diǎn) 1 單色光產(chǎn)生的干涉條紋都是 的 的條紋 且中央為 當(dāng)兩縫到屏上某點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng) 時(shí) 該處出現(xiàn)亮條紋 當(dāng)路程差為半波長(zhǎng) 時(shí) 該處出現(xiàn)暗條紋 加強(qiáng) 減弱 等間距 明暗相間 亮條紋 偶數(shù)倍 奇數(shù)倍 2 用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生 且中央為 3 如果兩個(gè)光源發(fā)出的光能夠產(chǎn)生干涉 這樣的兩個(gè)光源叫做 二 奇妙的薄膜干涉薄膜干涉的成因 豎直放置的肥皂液膜由于受重力的作用 因此 在膜上不同位置 來自前后兩個(gè)面的光所走的路程差不同 在某些位置 這兩列波疊加后相互加強(qiáng) 于是出現(xiàn)亮條紋 在另一些位置 疊加后相互削弱 出現(xiàn)暗條紋 因此 薄膜上出現(xiàn)了亮暗相間的燭焰的像 彩色條紋 白色 相干光源 下面厚 上面薄 圖4 1 1 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)光的干涉的理解1 光的干涉 在兩列光波的疊加區(qū)域 某些區(qū)域相互加強(qiáng) 出現(xiàn)亮紋 某些區(qū)域相互減弱 出現(xiàn)暗紋 且加強(qiáng)和減弱的區(qū)域相間 即亮紋和暗紋相間的現(xiàn)象 如圖4 1 2所示 讓一束平行的單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上 狹縫S1和S2相距很近 如果光是一種波 狹縫就成了兩個(gè)波源 它們的振動(dòng)情況總是相同的 這兩個(gè)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 光在一些位置相互加強(qiáng) 在另一些位置相互削弱 因此在擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋 圖4 1 2 2 干涉條件 兩列光的頻率相同 振動(dòng)情況相同且相差恒定 能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波 兩個(gè)光源稱為相干光源 3 一般情況下很難觀察到光的干涉現(xiàn)象的原因由于不同光源發(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差 在一般情況下 很難找到那么小的縫和那些特殊的裝置 故一般情況下不易觀察到光的干涉現(xiàn)象 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 從兩只相同的手電筒射出的光 當(dāng)它們?cè)谀骋粎^(qū)域疊加后 看不到干涉圖樣 這是因?yàn)?A 手電筒射出的光不是單色光B 干涉圖樣太細(xì)小看不清楚C 周圍環(huán)境的光太強(qiáng)D 這兩束光為非相干光源解析 選D 兩束光的頻率不同 不能滿足干涉產(chǎn)生的條件 即頻率相同的要求 所以看不到干涉圖樣 二 屏上某處出現(xiàn)明 暗條紋的條件同機(jī)械波的干涉一樣 光波的干涉也有加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū) 加強(qiáng)區(qū)照射到光屏上出現(xiàn)亮條紋 減弱區(qū)照射到光屏上就出現(xiàn)暗條紋 對(duì)于相差為0的兩列光波如果光屏上某點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍 該點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn) 如果光屏上某點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍 該點(diǎn)是減弱點(diǎn) 因此 出現(xiàn)明條紋的條件是 路程差 k k 0 1 2 出現(xiàn)暗條紋的條件是 A B C D 三 對(duì)相干光源的理解及相干光源的獲得方法1 光源的特殊性干涉是波的特有現(xiàn)象 只有頻率相同且相位差恒定的波源才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 這種波源叫做相干波源 對(duì)于水波或聲波 相干波源是容易得到的 但要找到符合條件的兩個(gè)相干光源卻很困難 對(duì)于不同的光源即使看起來顏色相同 也看不到光的干涉現(xiàn)象 因?yàn)樗鼈兌际仟?dú)立發(fā)光的 即使同一光源的兩個(gè)發(fā)光部分 我們也無法使它們具有相同的頻率和恒定的相位差 也不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣 2 相干光的條件 1 頻率相同 2 振動(dòng)方向相同 3 相位差恒定 同時(shí)滿足這三個(gè)條件的光稱為相干光 發(fā)出相干光的兩個(gè)光源稱為相干光源 3 相干光的獲得 1 利用激光 激光是一種人造相干光源 其單色性極好 2 分光法 設(shè)法將同一束光分成兩束 因這兩束光都來源于同一光源 滿足相干條件 如雙縫干涉是光源發(fā)出的光先經(jīng)單縫 相當(dāng)于光源 再經(jīng)雙縫 相當(dāng)于相干光源 后疊加產(chǎn)生的 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 以下兩個(gè)光源可作為相干光源的是 A 兩個(gè)相同亮度的燭焰B 兩個(gè)相同規(guī)格的燈泡C 雙絲燈泡D 出自一個(gè)光源的兩束光解析 選D 相干光源必須滿足頻率相同 振動(dòng)方向相同 相位差恒定 只有D選項(xiàng)符合條件 3 對(duì) 增透 的理解 兩束反射光相互抵消 反射光的能量減少 由于總的能量是守恒的 反射光的能量被削弱了 透射光的能量就必然得到增強(qiáng) 增透膜是通過 消反 來確保 增透 的 課堂互動(dòng)講練 能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的兩束光是 A 頻率相同 振幅相同的兩束光B 頻率相同 相位差恒定的兩束光C 兩只完全相同的燈泡發(fā)出的光D 同一光源的兩個(gè)發(fā)光部分發(fā)出的光 精講精析 只有頻率相同 相位差恒定 振動(dòng)方向相同的光波 在它們相遇的空間里能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉 觀察到穩(wěn)定的干涉圖樣 但是 光波并不是一列連續(xù)波 它是由一段段不連續(xù)的具有有限長(zhǎng)度的所謂 波列 組合而成的 并且波動(dòng)間的間歇也是不規(guī)則的 兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光 即使是 頻率相同的單色光 實(shí)際上嚴(yán)格的單色光并不存在 也不能保持有恒定的相差 因此 為了得到相干光波 通常是把同一光源發(fā)出的一束光分成兩束 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 在光源和雙縫間設(shè)置一個(gè)狹縫 就是讓點(diǎn)光源發(fā)出的一束光 先經(jīng)第一個(gè)縫產(chǎn)生衍射 使得由雙縫得到的兩束光成為相干光 光源發(fā)光是以原子為發(fā)光單位的 由前面的分析可知 我們無法使兩只完全相同的燈泡 同一光源的兩個(gè)發(fā)光部分發(fā)出頻率相同 相差恒定的光 這樣的光源不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 無法觀察到干涉圖樣 所以應(yīng)選B 答案 B 方法總結(jié) 明確兩列光波發(fā)生干涉的條件 知道不同色光的頻率不同 是對(duì)此類問題作出正確判斷的關(guān)鍵 該識(shí)記必須記住 變式訓(xùn)練1光通過雙縫后在屏上產(chǎn)生彩色條紋 若用紅色和綠色玻璃板分別擋住雙狹縫 則屏上將出現(xiàn) A 黃色的干涉條紋B 紅綠相間的條紋C 黑白相間條紋D 無干涉條紋解析 選D 紅光和綠光的頻率不同 不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差為0 6 m 若分別用頻率為f1 5 0 1014Hz和f2 7 5 1014Hz的單色光垂直照射雙縫 則P點(diǎn)出現(xiàn)明 暗條紋的情況是 A 單色光f1和f2分別照射時(shí) 均出現(xiàn)明條紋B 單色光f1和f2分別照射時(shí) 均出現(xiàn)暗條紋C 單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)明條紋 單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋D 單色光f1照射時(shí)出現(xiàn)暗條紋 單色光f2照射時(shí)出現(xiàn)明條紋 答案 C 方法總結(jié) 判斷屏上某點(diǎn)條紋的明暗情況 關(guān)鍵看該點(diǎn)到雙縫的路程差 光程差 與半波長(zhǎng)的比值 若為偶數(shù)倍 則該點(diǎn)為亮條紋 若為奇數(shù)倍 則該點(diǎn)為暗條紋 熟記雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中屏上某點(diǎn)出現(xiàn)明 暗條紋的條件是正確解決此類問題的關(guān)鍵 變式訓(xùn)練2如圖4 1 4所示 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 若把單縫S從雙縫S1 S2的中心對(duì)稱軸位置稍微向上移動(dòng) 則 圖4 1 4 A 不再產(chǎn)生干涉條紋B 仍可產(chǎn)生干涉條紋 其中央亮條紋的位置不變C 仍可產(chǎn)生干涉條紋 其中央亮條紋的位置略上移D 仍可產(chǎn)生干涉條紋 其中央亮條紋的位置略下移解析 選D S稍向上移 則SS1的間距稍減小 SS2的間距稍增大 從S發(fā)出的光到達(dá)S2稍滯后些 則由S發(fā)出的光經(jīng)S1 S2后到達(dá)光屏上光程差為零的點(diǎn)必在P點(diǎn)的下方 劈尖干涉是一種薄膜干涉 其裝置如圖4 1 5甲所示 將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上 在一端夾入兩塊紙片 從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜 當(dāng)光垂直入射后 從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示 干涉條紋有如下特點(diǎn) 1 任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相鄰明條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定 現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片 則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后 從上往下觀察到的干涉條紋 圖4 1 5 A 變疏B 變密C 不變D 消失 精講精析 抽去一張紙片后 劈形空氣薄膜的劈勢(shì)減緩 相同水平距離上 劈形厚度變化減小 以至于干涉時(shí)光程差減小 條紋變寬 數(shù)量減少 變疏 故選項(xiàng)A正確 答案 A 方法總結(jié) 對(duì)于薄膜干涉類問題 關(guān)鍵要能識(shí)別發(fā)生干涉的薄膜的前后兩表面 然后結(jié)合題給信息分析求解 變式訓(xùn)練3如圖4 1 6所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置 所用的單色光是用普通光加濾光片產(chǎn)生的 檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個(gè)表面反射的光疊加而成的 圖4 1 6 A a的上表面和b的下表面B a的上表面和b的上表面C a的下表面和b的上表面D a的下表面和b的下表面解析 選C 薄膜干涉是透明介質(zhì)形成厚度與光波波長(zhǎng)相近的膜的兩個(gè)面的反射光疊加而成的 墊上薄片 a的下表面和b的上表面之間的空氣膜發(fā)生干涉 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全