1、3光的干涉光的干涉 学习目标学习目标：1.物理观念物理观念观察光的干涉现象观察光的干涉现象，认识干涉条纹的特点认识干涉条纹的特点2.物理观点物理观点 知道相干光源的概念和产生干涉现象的条件知道相干光源的概念和产生干涉现象的条件3.科学思维科学思维能阐述干涉现象的成因及能阐述干涉现象的成因及 明暗条纹的位置和特点明暗条纹的位置和特点 阅读本节教材阅读本节教材， 回答第回答第 90 页页“问题问题”并梳理必要知识点并梳理必要知识点 教材第教材第 90 页问题页问题提示提示： 这这些彩色条纹是通过发生干涉产生的些彩色条纹是通过发生干涉产生的 一、光一、光的双缝干涉的双缝干涉 1物理史实物理史实 18
2、01 年年，英国物理学家英国物理学家托马斯托马斯杨杨成功地观察到了光的干涉现象成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识开始让人们认识 到光的波动性到光的波动性 2双缝干涉实验双缝干涉实验 (1)实验过程实验过程：让一束平行的让一束平行的单色单色光投射到一个有两条狭缝光投射到一个有两条狭缝 S1和和 S2的挡板上的挡板上，两狭两狭 缝相距很近缝相距很近，两狭缝就成了两个波源两狭缝就成了两个波源，它们的频率它们的频率、相位和振动方向总是相位和振动方向总是相同相同的的，两个两个 光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉干涉 (2)实验现象：在屏上得到实验
3、现象：在屏上得到明暗相间明暗相间的条纹的条纹 (3)实验结论：光是一种波实验结论：光是一种波 1双缝干涉的条件必须有相干光源双缝干涉的条件必须有相干光源，且双缝间的距离必须很小 且双缝间的距离必须很小 2杨氏干涉实验采用将一束光一分为二的方法获得相干光源杨氏干涉实验采用将一束光一分为二的方法获得相干光源 3决定条纹明暗的条件决定条纹明暗的条件 (1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长的的整数整数倍时倍时，两列光波在这点相互两列光波在这点相互 加强加强，出现出现明条纹明条纹 (2)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长当两个光源与屏上某点的距离之差等于
4、半波长 2的 的奇数奇数倍时倍时，两列光波在这点相两列光波在这点相 互减弱互减弱，出现出现暗条纹暗条纹 4干涉条纹和光的波长之间的关系干涉条纹和光的波长之间的关系 (1)亮条纹中心的位置：亮条纹中心的位置：xnl d(n 0，1，2) (2)相邻两相邻两条条亮条纹或暗条纹的中心间距是：亮条纹或暗条纹的中心间距是： xl d. 二、薄二、薄膜干涉膜干涉 1不同位置的液膜不同位置的液膜，厚度不同厚度不同，因此在膜上不同的位置因此在膜上不同的位置， ，一束自前后两个面的反一束自前后两个面的反 射光的射光的路程差路程差不同不同在某些位置在某些位置，这两列波叠加后相互加强这两列波叠加后相互加强，出现了出
5、现了亮亮条纹条纹；在另一位在另一位 置置，叠加后相互削弱叠加后相互削弱，出现了出现了暗暗条纹条纹 2薄膜干涉在技术上的应用薄膜干涉在技术上的应用可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增增 加光的加光的透射透射或者或者反射反射， 还可以利用还可以利用薄膜干涉薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑 度进行检测度进行检测 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“” “”) (1)直接用强光照射双缝直接用强光照射双缝，发生干涉发生干涉() (2)两只手电筒射出的光束在空间相遇两只手电筒射出
6、的光束在空间相遇，能观察到光的干涉现象能观察到光的干涉现象() (3)用单色光作光源用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹干涉条纹是明暗相间的条纹() (4)若用白光作光源若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹干涉条纹是明暗相间的条纹() 2(多选多选)以下光源不可作为相干光源的是以下光源不可作为相干光源的是() A两个相同亮度的烛焰两个相同亮度的烛焰 B双丝灯泡双丝灯泡 C出自一个光源的两束光出自一个光源的两束光 D一束平行单色光经双缝后分为两束一束平行单色光经双缝后分为两束 AB相干光的条件相干光的条件，必须是频率相同必须是频率相同，相位差恒定相位差恒定 3(多选多选)关于光的干涉关于
7、光的干涉，下列说法不正确的是下列说法不正确的是() A只有频率相同的两列光波才能产生干涉只有频率相同的两列光波才能产生干涉 B频率不同的两列光波也能产生干涉现象频率不同的两列光波也能产生干涉现象， ，只是不稳定只是不稳定 C频率相同频率相同、振幅相同的两束光才能产生干涉振幅相同的两束光才能产生干涉 D两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时， ，从两个狭缝到达屏上的路程差是从两个狭缝到达屏上的路程差是 光波长的整数倍时出现亮条纹光波长的整数倍时出现亮条纹 BC发生干涉现象时两列光的频率必须相同发生干涉现象时两列光的频率必须相同，振幅不一定相同振幅不一定相同，
8、选项选项 A 正确正确，C 错误；频率不同不能产生干涉错误；频率不同不能产生干涉，而不是干涉不稳定而不是干涉不稳定，选项选项 B 错误；干涉发生时出现亮错误；干涉发生时出现亮 条纹的条件是路程差是波长的整数倍或者半波长的偶数倍条纹的条件是路程差是波长的整数倍或者半波长的偶数倍，选项选项 D 正确正确 光的双缝干涉光的双缝干涉 为什么会出现双缝干涉现象？为什么会出现双缝干涉现象？ 提示提示：灯泡发出的光经挡板上的双缝后形成两个波源灯泡发出的光经挡板上的双缝后形成两个波源，它们的频率它们的频率、相位和振动方相位和振动方 向总是相同的向总是相同的，这两个光源在空中的叠加区域出现振动加强和振动减弱交替
9、分布的现这两个光源在空中的叠加区域出现振动加强和振动减弱交替分布的现 象象，这就是双缝干涉现象这就是双缝干涉现象 1光的干涉现象光的干涉现象 两列光波在空间相遇时发生叠加两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱在另外一些区域总减弱，且且 加强区和减弱区相互间隔加强区和减弱区相互间隔，从而出现明暗相间条纹的现象叫光的干涉现象从而出现明暗相间条纹的现象叫光的干涉现象 2干涉条件干涉条件 两列光的频率相同两列光的频率相同， 振动方向相同且相位差恒定振动方向相同且相位差恒定 能发生干涉的两列波称为相干波能发生干涉的两列波称为相干波， 两个光源称为相干光源两个
10、光源称为相干光源，相干光源通常可用同一束光分成两列而获得相干光源通常可用同一束光分成两列而获得，称为分光法称为分光法 3杨氏干涉实验法杨氏干涉实验法 利用如图所示装置利用如图所示装置，让一束平行的单色光让一束平行的单色光(例如激光例如激光)射 到射 到 一个有两条狭一个有两条狭缝缝S1和和S2的挡板上的挡板上， 狭狭缝缝S1和和S2相距很近相距很近(约约0.1 mm)如果光是一种波如果光是一种波，这样的两条狭缝即成为振动情况这样的两条狭缝即成为振动情况总 相总 相 同的两个波源同的两个波源两个波源发出来的光在挡板后面的空间相两个波源发出来的光在挡板后面的空间相互 叠互 叠 加加，观察到的现象观
11、察到的现象：光在一些位置相互加强光在一些位置相互加强，在另一些位置相互减弱在另一些位置相互减弱，在挡板后面的屏在挡板后面的屏 上得到明暗相间的条纹上得到明暗相间的条纹 4杨氏实验的意义：证明了光的确是一种波杨氏实验的意义：证明了光的确是一种波 【例【例 1】某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中其中 A 为单缝屏为单缝屏，B 为双为双 缝屏缝屏，C 为光屏为光屏当让一束阳光照射当让一束阳光照射 A 屏时屏时，C 屏上并没有出现干涉条纹屏上并没有出现干涉条纹，移走移走 B 后后， C 上出现一窄亮斑上出现一窄亮斑分析实验失败的原因可能是分析实验失败的原
12、因可能是() A单缝单缝 S 太窄太窄 B单缝单缝 S 太宽太宽 CS 到到 S1和和 S2距离不相等距离不相等 D阳光不能作为光源阳光不能作为光源 B双缝干涉中单缝的作用是获得线光源双缝干涉中单缝的作用是获得线光源， 而线光源可以看成是由许多个点光源沿而线光源可以看成是由许多个点光源沿 一条线排列组成的一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源得不到线光源故选故选 项项 B 正确正确 跟跟进训练进训练 1 真空中真空中， 由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上， ， 不会产生干涉现
13、象不会产生干涉现象 这这 是因为是因为() A两个光源发出光的频率相同两个光源发出光的频率相同 B两个光源发出光的强度不同两个光源发出光的强度不同 C两个光源的光速不同两个光源的光速不同 D这两个光源是彼此独立的这两个光源是彼此独立的，不是相干光源不是相干光源 D题中两光源发出的光都是白光题中两光源发出的光都是白光，频率不确定频率不确定，没法比较没法比较，选项选项 A 错误；光的错误；光的 强度对光的干涉没有影响强度对光的干涉没有影响，选项选项 B 错误；光速在真空中是确定的错误；光速在真空中是确定的，它对光的干涉也没它对光的干涉也没 有影响有影响，选项选项 C 错误；不同光源发出的光频率一般
14、不同错误；不同光源发出的光频率一般不同，所以不会产生干涉现象所以不会产生干涉现象，这这 样的光源不是相干光源样的光源不是相干光源，选项选项 D 正确正确 干涉条纹和光的波长之间的关系干涉条纹和光的波长之间的关系 教材第教材第 92 页页“思考与讨论思考与讨论(1)”答案提示：能答案提示：能 “思考与讨论思考与讨论(2)”答案提示：不同答案提示：不同颜色的光颜色的光，波长不同波长不同，发生干涉后发生干涉后，条纹之间条纹之间 的距离不一样的距离不一样 1 亮暗纹的产生条件如图所示亮暗纹的产生条件如图所示， S1、 S2是两条狭缝是两条狭缝，缝到屏缝到屏 的距离远大于两缝的间距的距离远大于两缝的间距
15、，P 是是 S1S2的中垂线与屏的交的中垂线与屏的交点点从从 S1和和 S2发出的两列波到达发出的两列波到达 P 点的路程差点的路程差x0，因此两因此两列波总列波总 是波峰是波峰(或波谷或波谷)同时到达同时到达 P 点点， 使使 P 点的光波得到加强点的光波得到加强，形成中形成中 央亮条纹央亮条纹由波动理论还可知由波动理论还可知，若两列光波到屏上某点的路程差若两列光波到屏上某点的路程差x 为波长为波长的整数倍的整数倍， 这一点处也将出现亮纹；若路程差这一点处也将出现亮纹；若路程差x 为半波长为半波长 2的奇数倍 的奇数倍，该点处就出现暗纹该点处就出现暗纹即即 xn(n0,1,2，)，出现亮纹；
16、出现亮纹； x(2n1) 2(n 0,1,2，)，出现暗纹出现暗纹 2单色光的干涉图样特点单色光的干涉图样特点 (1)中央出现的总为亮纹中央出现的总为亮纹，两边则为明暗相间的条纹两边则为明暗相间的条纹 (2)两相邻亮纹两相邻亮纹(或暗纹或暗纹)间的距离相等间的距离相等，且波长越长且波长越长，这个间距越大这个间距越大因此因此，比较相比较相 邻亮邻亮(暗暗)纹的间距纹的间距，红光的最大红光的最大，紫光的最小紫光的最小 【例【例 2】在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中，双缝到光屏上双缝到光屏上 P 点的距离之差为点的距离之差为 0.6 m，若两次实若两次实 验分别用频率为验分别用频率为 f15.010
17、14Hz 的单色光的单色光 a 和和 f27.51014Hz 的单色光的单色光 b 进行实验进行实验， 则则 P 点出现明点出现明、暗条纹的情况是暗条纹的情况是() A单色光单色光 a 和和 b 分别照射时分别照射时，均出现明条纹均出现明条纹 B单色光单色光 a 和和 b 分别照射时分别照射时，均出现暗条纹均出现暗条纹 C单色光单色光 a 照射时出现明条纹照射时出现明条纹，单色光单色光 b 照射时出现暗条纹照射时出现暗条纹 D单色光单色光 a 照射时出现暗条纹照射时出现暗条纹，单色光单色光 b 照射时出现明条纹照射时出现明条纹 思路点拨：思路点拨：解答本题的关键是理解干涉现象中产生明条纹与暗条
18、纹的条件解答本题的关键是理解干涉现象中产生明条纹与暗条纹的条件 C根据根据c f， ， 单色光单色光 a 的波长的波长1c f1 3108 5.01014 m0.610 6 m0.60 m； 单色单色 光光 b 的波长的波长2c f2 3108 7.51014 m0.410 6 m0.40 m.则则x0.60 m1，x0.60 m3 2 232 2 ，可得出选项可得出选项 C 正确正确 在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中， 判断光屏上某点是明条纹还是暗条纹判断光屏上某点是明条纹还是暗条纹， 要看该点到两个光源要看该点到两个光源 双双 缝缝 的路程差与波长的关系的路程差与波长的关系.光程差是波长的
19、整数倍处出现明条纹；光程差是半波长的奇光程差是波长的整数倍处出现明条纹；光程差是半波长的奇 数倍处出现暗条纹数倍处出现暗条纹. 跟跟进训练进训练 2如图所示如图所示，在杨氏双缝干涉实验中在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为 激光的波长为 7.3010 7 m，屏上屏上 P 点距点距 双缝双缝 S1和和 S2的路程差为的路程差为 7.3010 7 m则在这里出现的应是则在这里出现的应是_(选填选填“明条纹明条纹” 或或“暗条纹暗条纹”) 解析解析屏屏上上P点距双点距双缝缝S1和和S2的路程差的路程差为为7.3010 7 m， 则则ns 2 7.3010 7 m 7.3010 7 m 2 2，故在故
20、在 P 点出现明条纹点出现明条纹 答案答案明条纹明条纹 1物理观念：物理观念：相干光源相干光源、干涉条件干涉条件 2. 科学思维：科学思维：利用波动理论研究光的传播现象利用波动理论研究光的传播现象 3科学探究：科学探究：探究产生亮探究产生亮、暗条纹的条件暗条纹的条件 1(多选多选)对两列光波在空中叠加对两列光波在空中叠加，以下说法中正确的是以下说法中正确的是( ) A不同的色光有可能发生干涉现象不同的色光有可能发生干涉现象 B不同的色光不可能发生干涉现象不同的色光不可能发生干涉现象 C光的强度不同有可能发生干涉现象光的强度不同有可能发生干涉现象 D是否发生干涉现象与光的强度无关是否发生干涉现象
21、与光的强度无关 BCD两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光，即是否满即是否满 足频率相同足频率相同、相位差恒定的条件相位差恒定的条件，不同的色光频率不同不同的色光频率不同，所以不可能发生干涉现象所以不可能发生干涉现象，故故 B 项正确项正确；光的强度不同光的强度不同，但仍有可能满足相干条件但仍有可能满足相干条件，也就是有可能发生干涉现象也就是有可能发生干涉现象，故故 选项选项 C、D 正确正确 2(多选多选)关于光的干涉关于光的干涉，下列说法中正确的是下列说法中正确的是() A在双缝干涉现象里在双缝干涉现象里，相邻两明条纹
22、和相邻两暗条纹的间距是相等的相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的 B在双缝干涉现象里在双缝干涉现象里，入射光波长变短入射光波长变短，相邻两个明条纹间距将变窄 相邻两个明条纹间距将变窄 C只有频率相同的两列光波才能产生干涉只有频率相同的两列光波才能产生干涉 D频率不同的光不可能叠加频率不同的光不可能叠加 ABC在双缝干涉现象中在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，入射入射 光的波长越长光的波长越长，相邻两个明条纹的间距越大相邻两个明条纹的间距越大；两列波产生干涉时两列波产生干涉时，频率必须相同频率必须相同任何任何 两列光波都能叠加
23、两列光波都能叠加 3.如图所示如图所示，用一束平行的白光经图示装置垂直照到挡光板用一束平行的白光经图示装置垂直照到挡光板 Q 上上，板上开两条靠得板上开两条靠得 很近的平行狭缝很近的平行狭缝 S1、S2，在屏在屏 P 上可以看到干涉条纹上可以看到干涉条纹，O 点是屏上到两狭缝距离相等的点是屏上到两狭缝距离相等的 一点一点，则干涉条纹是则干涉条纹是_的的，O 点是点是_点点 解析解析不同颜色的光波长不同不同颜色的光波长不同，白色光含有不同颜色的光白色光含有不同颜色的光，各种色光形成的干涉各种色光形成的干涉 条纹间距不同条纹间距不同，故显示的条纹是彩色的故显示的条纹是彩色的O 到到 S1、S2的距
24、离相同的距离相同，所以各色光在此处均所以各色光在此处均 为亮纹为亮纹 答案答案彩色彩色亮亮 4思维拓展思维拓展情境：煤矿中的瓦斯危害极大情境：煤矿中的瓦斯危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体某同学查资料得知含有瓦斯的气体 的折射率大于干净空气的折射率的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理其原理 如图所示如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器在双缝前面放置两个完全相同的透明容器 A、B，容器容器 A 与干净的空气相通与干净的空气相通， 在容器在容器 B 中通入矿井中的气体中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度就能够监测瓦斯浓度 问题：如果屏的正中央问题：如果屏的正中央 O 点变为暗条纹点变为暗条纹，试分析说明试分析说明 B 中气体成分中气体成分 解析解析如果屏的正中央如果屏的正中央 O 变为暗纹变为暗纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化说明从两个子光源到屏的光程差发生变化， 所以所以 B 中气体一定含瓦斯中气体一定含瓦斯 答案答案见解析见解析
