光的干涉(3)
第三章光的干涉和干涉仪
第三章 光的干涉和干涉仪杨振宇干涉：同频率、同振动方向的两个或两个 以上单色光波叠加，其合成光强在叠加 区域出现稳定的强弱分布现象。
干涉仪：让实际光波产生干涉的装置3-1 产生干涉的条件（相干条件）回顾：什么是干涉现象？ 两个或多个光波在某区域叠加时，在叠加 区域内出现的各点强度稳定的强弱分布 现象。
思考：如图的两个独 立的普通光源，能 在观察屏上看到干 涉现象吗？观察屏3-1回顾：同频率、同振动方向两列光波在P 点的合强度I。
I = a + a + 2a1a2 cos δ2 1 2 2从干涉现象的定义出发，这一值应该不随 时间的变化而变化。
δ = const因此，产生干涉的条件是：3-1相干条件： 光波的频率相同 振动方向相同 位相差恒定补充条件：必须使光 程差小于光波的波 列长度。
2 2I = a + a + 2a1a2 cos δ2 1再来解释为什么两独立光源不能产生干涉3-1分光束的方法 要严格满足干涉条件，必须将源于同一波 列光分成几束，然后再令其产生干涉。
3-13-13-2 杨氏干涉实验y S d S1 D x r1 r2 P(x,y,D) zS2分波前干涉，单色点光源S，d<<DI = a + a + 2a1a2 cos δ2 1 2 23-22 I = a12 + a2 + 2a1a2 cos δ → I = I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos δδ=I1=I2, 空气介质2πλn(r2 − r1 )2⎡π ⎤ (r2 − r1 ) → I = 4 I 0 cos ⎢ (r2 − r1 )⎥ I = 2 I 0 + 2 I 0 cos λ ⎣λ ⎦(r2 − r1 ) = mλ ...极大值 = 4 I 02πy S dx(r2 − r1 ) = (m + 1 / 2)λ ...极小值 = 0r1 r2 S1 DP(x,y,D) z如何确定屏幕上极大值、极小值的位置？S23-2r1 = ( x − d / 2) 2 + y 2 + D 2 r2 = ( x + d / 2) 2 + y 2 + D 22 xd r − r = 2 xd → r2 − r1 = r2 + r12 2 2 1Q D >> d xd 2 xd ≈ ∴ r2 + r1 Dy S dxr1 r2 S1 DP(x,y,D) zS23-2干涉级mλD x= d m = 0,±1,±2,...... （m＋1 / 2）λD x= d3-2ee = λ / ω, 会聚角ω ≈ d / Dee3-2S1、S2连线垂直3-23-2对于屏幕任意放置的情况，要研究两点光源的等光程差在空间的轨 迹，然后再考虑屏幕与这些等光程差点相交的轨迹。
新教材高中物理第四章光第3节光的干涉课件新人教版选择性必修第一册
D. 单色光照射时出现暗条纹，单色光照射时出现亮条纹
[解析] 单色光的波长1 =
光的波长2 =
2
=
1
3×108
7.5×1014
=
3×108
5.0×1014
= 0.6 × 10−6 = 0.6，单色
= 0.4 × 10−6 = 0.4，因点到双缝的距
离 = 0.6 = 1 ，所以用单色光照射时点出现亮条纹。因 =
2.当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（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
屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这一点相互削弱，这里
出现暗条纹。
3.相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是 = ，已知双缝间距，再测
出双缝到屏的距离和条纹间距，就可以求得光波的波长。
要点二 干涉条纹和
光的波长之间的关系
=②
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是__________ 。
要点三 薄膜干涉
通常而言，不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前
后两个面的反射光的路程差不同。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出
现了_________；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现了_________
0.6 =
3
，所以用单色光照射时点出现暗条纹，故C正确。
2 2
规律总结
明暗条纹的判断方法
判断屏上某点出现亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源（双缝）的
路程差与波长的比值。路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长
的奇数倍处出现暗条纹。
高中物理 光的干涉(三)
2n
2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距
3）条纹的动态变化分析（
n, 变化时）,
4 ）半波损失需具体问题具体分析
n n
n1 n3
n2
n1 n2 n3
二 迈克耳孙干涉仪(Michelson interferometer)
M 反射镜 1
M移动导轨 1
单 色 光 源
分光板 G1
k 2n2
k 0,1,2,
油膜边缘 k 0, d0 0 明纹
k 1, d1 250nm k 2, d2 500nm
h
r
oR
k 3, d3 750nm
d k 4, d4 1000nm
由于 h 8.0 故1可0观2察n到m四
条明纹 .
当油滴展开时，
1.01310 Pa 的 空空玻气璃管, 中用逐以渐测充量入空空气气的折，射直率至压.强设达所到用光5波波长为546nm为，止实.验在时此，过向程真
n 中 ，观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射率 .
1.013105 Pa n
解 Δ1 Δ2 2(n 1)l 107.2
n 1 107 .2 1 107 .2 546 107 cm
2l
2 10 .0cm
1.00029
干涉
M'2
M1
光程差 Δ 2d
d
插入介质片后光程差
n M2 Δ' 2d 2(n 1)t
光程差变化
G1
G2
Δ'Δ 2(n 1)t
t
介质片厚度
2(n 1)t k
干涉条纹移动数目
t k
12章光的干涉(3)
温度升高
相邻两条纹中 h 心对应高度差 2 条纹整体移N H N 根，高度变化 2 条纹偏向膜（空气）厚部， 表示平面上有凸起。
平面上有凹坑。
5、测凸透镜的曲率半径
n1 >n2 <n3
n2 =1
R
明 k 2hn2 2k 1 暗 2 2 中心 h 0 2 顶点处为一暗斑
且这些彩色随着肥皂泡的增大而改变.解释此现 象.当肥皂泡将要破裂时,将呈现什么颜色?
三、用白光光源进行双缝实验，若用一纯红色滤光片盖 住一条缝，用一个纯蓝色滤光片盖住另一缝，则（ D ） A. 干涉条纹宽度发生变化 C. 干涉条纹亮度将变化 B. 产生红色和蓝色两 套干涉条纹 D. 不产生干涉条纹 不是相干光
l Nh N
λ=539.1nm
2
l 0.620nm
N 23
6、两个直径有微小差别彼此平行的滚柱间的距离为L，夹在 两平玻璃（足够长）中间，形成空气劈尖。当单色光垂直照 射时，产生等厚干涉条纹。若两柱间距离L变大，则在L范围 内（１）干涉条纹的数目如何变化？（２）间距如何变化？ 数目不变，间距变大
牛顿环
将凸透镜放在平板玻璃上,形成空气间隙.透镜与 玻璃之间形成厚度不均的空气层，空气层的厚度
自切点向四周逐渐增加，等厚点的轨迹是以切点
为中心的圆，因此等厚干涉条纹是一系列以切点 为圆心的圆环，称牛顿环.
测凸透镜的曲率半径
明 k 2hn2hk )2 rk2 rk R 2 2 2 2 Rhk hk rk rk 2hk
I max
I0 I 0 2 I1 I 2 2 1.5I 0 2 I 0 2.9 I 0
2019-2020年人教版高中物理选修3-4教学案：第十三章 第3节 光的干涉含答案
第3节光_的_干_涉一、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.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。
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，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。
光的干涉 知识点总结
鉴于 0，L0是决定光场纵向相干性的特征量，人们称 0为相干时间（coherent time） L0为相干长度（coherentlength） 光场中这类相干性称为时间相干性 (temporal coherence)
光场的空间相干性
光场的空间相干性是指在光源照明空间中横向任意两点位置处的光场U~1 和U~2 之间的相干
I 0(1
sin v v
cos k0L)
其中
v
k 2
L
则
(L) sin v
sin
k 2
L
k
第一次出现 此时 求得
0时的光程差称为最大光 程差LM k L / 2
LM ＝2 / k 2 /
准单色光持续发光时间有限，因而发射的波列长度是有限的，相邻波列之间相位关系是随机
的。
L0 c 0
(5)干涉条纹间距公式
由 I(x ,y )
I 0(1
cos(k
d D
x ))，k
d D
x
2
d D
x
2j
得 x j
j
D d
条纹间距：
e
(j
1)
D d
j
D d
D d
(６) 干涉条纹的物理意义： 光程差
r2 r1 m
时
亮条纹；
r2
r1
(m
1 2
)
时
暗条纹；
物理意义：
1、干涉条纹代表着光程差的等值线。
分波前干涉（将波前先分割再叠加，叠加广场来自同波源具有相同初始位相） 分振幅干涉（将光的能量分为几部分，参与叠加的光波来自同一波列，保证相位差 稳定） 杨氏双孔干涉实验：两个球面波的干涉 (1) 杨氏双孔干涉实验装置及其历史意义
光3.光的干涉
实际应用中大都是平行光垂直入射到劈尖上。
考虑到劈尖夹角极小， 反射光1、2在膜面的光 程差可简化计算。
单色平行光垂直入射 在A点，反射光1有半波
反射光2 反射光1 损失， 所以反射光1、2的
n n
·A
e
光程差为 (e) 2ne
n (设n > n )
2
明纹： (e) k ，k = 1，2，3…
V Imax Imin Imax Imin
I I1 I2
Imax
I 4I1I1 I2
Imin
-4 -2 0 2 4
-4 -2 0 2 4
衬比度差 (V < 1)
衬比度好 (V = 1)
▲ 决定衬比度的因素：
振幅比，光源的单色性，光源的宽度
干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。 8
3.普通光源获得相干光的途径
▲ 日常中见到的薄膜干涉：肥皂泡上的彩色、 雨天地上油膜的彩色、昆虫翅膀的彩色…。
▲ 膜为何要薄？ ─ 光的相干长度所限。 膜的薄、厚是相对的， 与光的单色性好坏有关。
▲普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题。 实际
意义最大的是厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹和 厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹。
31
本节讨论不均匀薄膜表面的等厚条纹。
2. 激光光源：受激辐射
•
E2
= (E2-E1) / h
•
E1
完全一样（传播方向，频率， 相位，振动方向）
5
二. 光的相干性
1.
两列光波的叠加（只讨论电振动）
E
光矢量，令
E1
//
E2
，
1
2
P：E1 E10 cos( t 1 )
第三章 光的干涉和干涉系统
5
I1 I 2 A1 A2 cos
干涉条件（必要条件）：
(1)频率相同， 1 2 0; (2)振动方向相同， A1 A2 A1 A2 (3)位相差恒定， 1 2 常数
注意：干涉的光强分布只与光程差 k (r1 k 2 ) 有关。
在两个光波叠加的区域形成稳定的光
强分布的现象，称为光的干涉现象
The term Interference refers to the phenomenon that waves, under certain conditions, intensify or weaken each other.
2
observed visually, projected on a screen, or
recorded photoelectrically.
23
Interference fringes
Zeroth-order maximum
First-order minimum
First-order maximum
1）相干波源到接收屏之间的距离D
2）两相干波源之间的距离d 3）波长
14
干涉条纹间隔与波长的关系
条纹间隔 e ,
e 1 。
白光条纹 0 白条纹 白条纹
15
x
二、两个点源在空间形成的干涉场
两点源形成的干涉场是空间分布的； 干涉条纹应是空间位置对点光源等光程差的轨迹。 ＝r2 r1 ( x d ) 2 y 2 D 2 ( x d ) 2 y 2 D 2 2 2
axial
24
§3－3 干涉条纹的可见度 the visibility (contrast) of interference fringes
现代光学工程-3 光的干涉
稳定干涉的三个条件： 稳定干涉的三个条件：
v 2 v 2 v v I ( P) = U1 + U 2 + 2 U1 ⋅ U 2
两列波的扰动方向一致，或有方向一致的平行分量。如果正交， （1）两列波的扰动方向一致，或有方向一致的平行分量。如果正交，必然 v v 2 v 2 v 2 v v 是非相干叠加。 是非相干叠加。 I ( P ) = U1 + U 2 = U1 + U 2 + 2 U1 ⋅ U 2 （2）频率相同是相干的另一条件。两列波若频率不同，必然为非相干叠加。 ）频率相同是相干的另一条件。两列波若频率不同，必然为非相干叠加。
由普通光源获得相干光的途径（方法）有两类： 由普通光源获得相干光的途径（方法）有两类：
分波前干涉
从同一波面上的不同部分产生次级波相干
分波面法,如：杨氏双孔干涉 分波面法 如
p
S*
分振幅干涉
利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅 较小的两束相干光 ·p S * 分振幅法， 分振幅法，如：薄膜干涉 薄膜
ω1 ≠ ω2，此时I (P ) = I1 (P ) + I 2 (P )，为非相干叠加。 ω1 = ω2，∆I (P ) = A1 A2 cos(ϕ1 − ϕ 2 ) = 2 I1 I 2 cos δ ( P)
（3）稳定的相位差，才能获得稳定干涉图样。 ）稳定的相位差，才能获得稳定干涉图样。
I ( P) = I1 ( P) + I 2 ( P) + 2 I1 I 2 cos δ ( P )
r2 − r1 = 常数
的点的轨迹是
对称装置，R1＝R2
相同的点，干涉情况相同。数学证明 以两点光源为焦点的回旋双曲面。
《大学物理教程》郭振平主编第三章光的干涉知识点及课后习题答案
图3-2
如图3-2所示，设薄膜的厚度为 e ，折射率是 n ，薄膜周围介质的折射率是 n1 ，光射入
薄膜时的入射角是 i ，在薄膜中的折射角是 ，透镜 L 将a、b两束平行光会聚到位于透镜焦
平面的观察屏P上使它们相互叠加形成干涉。
当 n n1 时在反射光中要考虑半波损失，反射光中亮条纹和暗条纹分别对应
杨氏双缝干涉：
图3-1
杨氏双缝干涉实验装置如图 3-1 所示，亮条纹和暗条纹中心分别为
x k D ， k 0,1, 2,... ：亮条纹中心 a
x 2k 1 D ， k 1, 2, ：暗条纹中心
2a 式中， a 为双缝间距； D 为双缝到观察屏之间的距离； 为光波的波长。
杨氏双缝干涉条件： a ≈ ； x << D 。
2e
n2
n12
sin 2
i
k
1 2
：亮条纹
2e n2 n12 sin2 i k ：暗条纹 k 1, 2,3, 。
由此可以看出，对厚度均匀的薄膜，在 n 、 n1 、 n2 和 e 都确定的情况下，对于某一波长 而言，两反射光的光程差只取决于入射角。因此，以同一倾角入射的一切光线，其反射相干 光有相同的光程差，并产生同一干涉条纹。换句话说，同一条纹都是由来自同一倾角的入射 光形成的。这样的条纹称为等倾干涉条纹。
中央明纹相位差 0 ，光强 I0 4I1
P 点相位差 ，该点的光强度和中央明纹的光强度之比 4
I cos2 cos2 0.8536
I0
2
8
3-2 在杨氏实验装置中，两小孔的间距为 0.5 mm，光屏离小孔的距离为 50 cm。当
以折射率为 1.60 的透明薄片贴住小孔 S2 时，如图 3-5 所示，发现屏上的条纹移动了 1cm， 试确定该薄片的厚度。
13.3 光的干涉 优秀教案优秀教学设计高中物理选修3-4新课 (3)
13.3光的干涉1、教学目标 一．知识与技能（1）会观察与描述光的双缝干涉现象，认识单色光双缝干涉条纹的特征。
（2）知道单色光双缝干涉亮、暗条纹形成的原理。
（3）知道产生光的干涉现象的条件。
二．过程与方法（1）通过对实验观察分析，认识干涉条纹的特征，获得探究活动的体验。
（2）尝试运用波动理论解释光的干涉现象。
（3）体验观察到光的双缝干涉以支持光的波动说的假说上升为理论的方法。
（4）通过机械波的干涉向光的干涉迁移，经历知识同化、抽象建模的物理思维过程。
三．情感态度与价值观（1）体验探究自然规律的艰辛与喜悦。
（2）欣赏光现象的奇妙和谐。
（3）了解光干涉现象的发现对推动光学发展的意义。
2、教学重点1．观察与描述光的双缝干涉现象。
2．双缝干涉中波的叠加形成的明暗条纹的条件及判断方法。
教学难点用波动理论解释明暗相间的干涉条纹。
教学过程： 1）课堂导入在光的折射一课中，从实验中得出的折射定律1212sin sin n θθ=与从惠更斯原理得出的结论形式一致，是否可以推测光可能是一种波？学生思考与交流后得到：如果光是一种波，则要有波的特征现象作实验支持．干涉是波特有的现象，一切波都能发生干涉，因此可以用光是否具有干涉现象来判断光是不是一种波。
右图是两列水波某时刻干涉的示意图，S 1、S 2是振动情况总是相同的波源，实线代表波峰，虚线代表波谷，直线OO '是S 1S 2的中垂线，在此时刻介质中a 点为两波谷叠加，b 点、、、为波峰与波谷叠加，c点为两波峰叠加，d点是处于某种中间状态的叠加。
问：a b c d 中哪些是出现振动加强的地方，哪些是出现振动减弱d 地方，哪些是出现振动加强和减弱的中间过渡状态？设问：b点位于什么位置呢？既然S1S2到d点的路程差为零，根据波动理论，两波源在d点处激起的振动总是一致的，虽然该时刻是中间状态的叠加，但两列波在d点处的叠加，激起d点的振动的振幅（教师强调是振幅最大，而非位移最大，即使是振动加强的点，也有位移为零的时候）仍为最大，故d点还是振动加强的地方。
光的干涉-3
分析：白光波长在 390 ~ 750nm范围内
明纹条件 x k D
d
x
k
D d
r
(k
1)
D d
v
kr (k 1)v
k v 390 1.08 r v 750 390
表明：从紫到红排列清晰的可见光谱只有正负各一 级。
1’ 12
白光干涉条纹强度分布
白光入射的杨氏双缝干涉照片
讨论题：在双缝干涉实验中，当缝光源 S 在垂直于 轴线向下或向上移动时，干涉条纹如何变化？
2,
x14
x4
x1
D d
k4
k1
d D
x14
k4 k1
500 nm
(2) x D 3.0 mm
d
例2 把一对顶角很小的玻璃棱镜底边粘贴在一起做 成“双棱镜”，就可以利用一个普通缝光源S来做 双缝干涉实验（菲涅耳双棱镜实验）。试分析之。
S
分析：双棱镜是分波面法获得相干光的基本装置。
水膜在白光下
白光下的肥皂膜
17.1 杨氏双缝干涉
杨 (Thomas Young) ，英国物 理学家、考古学家、医生。 在 1801 年做了双孔和双缝干 涉实验，首先提出波干涉和波 长概念，论证了光的波动性， 解释了牛顿环的成因和薄膜的 颜色。他还第一个测量了 7 种 颜色光的波长。
一. 杨氏双缝干涉实验
d sin (2k 1) , k 1,2,3, 相消干涉
2
(3) 波程差为其他值，光强介于最明与最暗之间。
现象：在接收屏上，中央为零级明纹，两侧对称的 分布着较高级次的明暗相间的条纹。
又 d sin d x
D
k D , k 0,1,2 明纹
x
光学(第三章 干涉3)2
k，设干涉级次为
λ
r rk+ k
1
第k+1级亮纹 级亮纹
λ
2n2 h
λ
2n2 h
设第k级条纹半径是 设第 级条纹半径是 rm
λ
2n2 h
k k rm ≈ D sin i1k = nD sin 2 = nD 1 cos 2 i2
= nD 1 [(k1 m)(
)]2 = nD 1 (1
m) 2
薄膜干涉
d (cos i2 ) k +1 k λ k k k (i2 i2 ) = (i2 +1 i2 ) sin i2 = di2 2n2 h
第 k 级 亮 纹
(i
k +1 2
i ) =
k 2
λ
k 2n2 h sin i2
rk rk+1
如何判断干涉圆环的级次? 如何判断干涉圆环的级次 干涉圆环中心的级次是多少? 干涉圆环中心的级次是多少
R
D O
P
h
O
r
光
学
第三章 干 涉 第五节 薄膜干涉
4．等厚干涉的实现和应用 ． 2）牛顿圈及其应用 ） P点的空气隙厚度与 及r的关系为： 点的空气隙厚度与R及 的关系为 的关系为： 点的空气隙厚度与
r 2 = R 2 ( R h ) 2 = 2 Rh h 2 ≈ 2 Rh
R
垂直入射时的光程差 n=1，cosi2=1 ，
2 2
D O
P
h
r
有什么应用？两个 的表达式有什么不同 的表达式有什么不同？ 有什么应用？两个R的表达式有什么不同？
光 第三章 第五节
4．等厚干涉的实现和应用 ． 2）牛顿圈及其应用 ）
高二物理选修34第十三章：第3节：光的干涉
第十三章光光具有波粒二象性。
光电效应现象说明波有粒子性；光的干涉、衍射和偏振现象说明光具有波动性，光波是横波。
麦克斯韦电磁场理论说明光是一种电磁波，赫兹用实验证实了光确实是一种电磁波。
激光是一种人造光源，具有很多特性，在科学研究和工农业生产中有广泛的应用。
3 光的干涉●教学目标一、知识目标1.通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识.2.通常学习知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似规律.二、能力目标1.通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想.2.在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理能力和抽象思维能力.三、德育目标通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德.●教学重点单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件.●教学难点衍射条纹成因的初步说明.●教学方法1.通过机械波衍射现象类比推理，提出光的衍射实验观察设想.2.通过观察分析实验，归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现.3.通过对比认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图象的了解.●教学用具JGQ型氦氖激光器25台，衍射单缝（可调缝宽度），光屏、光栅衍射小圆孔板，两支铅笔（学生自备），日光灯（教室内一般都有），直径5 mm的自行车轴承用小钢珠，被磁化的钢针（吸小钢珠用），投影仪（本节课在光学实验室进行）.●课时安排：1课时1.实验：双缝干涉（1）装置：双缝、激光器、光屏（2）现象：屏上形成亮暗相间的条纹；条纹之间的距离相等，亮度相同（实际上由于衍射而不同）。
这就是光的干涉现象，今天我们来学习第一节：光的干涉。
第1课时：双缝干涉新课教学：一、双缝干涉1.什么是双缝干涉：平行的单色光照射到相距很近的双狭缝上，在狭缝后的光屏上出现亮暗相间条纹的现象叫做双缝干涉现象。
十三章 光 第三节 光的干涉(30张幻灯片)
(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹． (3)实验结论：光是一种波． (4)现象解释：S1和S2相当于两个频率、相位和振动方向相 同的波源，当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶 数倍时(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光波在这点相互加 强，出现明条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波 长的奇数倍时，两列光波在这点相互削弱，出现暗条纹．
此ppt下载后可自行编辑
高中物理课件
第三节
光的干涉
明确要求
课标解读 把握方向
学业有成
1．观察干涉现象，认识干涉条纹的特点． 2．能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点． 3．知道相干光源的概念和产生干涉现象的条件．
教材知识梳理 感受自主学习 收获成果
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S1和S2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．
S1、S2是两个频率相同，振动状况相同的光源，两列波传 到O点时，经过相同的距离后到达O点，在O点两列光的振动 状况也是相同的，O点就是一个振动加强的点，所以O点将出 现亮条纹，若两列光波到屏上某一点P的光程差(r2－r1)为半波 长的偶数倍，这一点将出现亮条纹；若两列光波到达屏上某点 Q的光程差为半波长的奇数倍，这一点将出现暗条纹．即光程 差Δx＝± nλ(n＝0,1,2,3…)出现亮条纹；Δx＝(2n＋1) 0,1,2,3…)出现暗条纹． λ 2 (n＝
间距是不等的，条纹间距是相邻的两个明条纹或暗条纹中心之 间的距离，条纹间距在干涉图样中是相等的．
第四章 光的干涉(3)
迈克耳孙干涉仪原理分析 1、光路：
反射 a1 G1上 折射
G1下 表面 折 射 G1上 表面 表面 反射 G1上 表面
M1
折射
G1下 表面
折射
折射 a2 G2上折射 G2下折射
表面
表面
反射 G2下 折射G 上 折射 G1下 反射 2 M2 表面 表面 表面
F
M
1
M2
h a1
45°
S发射a
S
G1
平行光
4 4 3 3 亮暗 2 暗 2 亮 1 1 亮暗 m=0 暗 暗亮 Δh 楔棱 θ n hm
∴
λ 2nθ
hm+1
ΔL ∵ 顶角是恒值，∴条 Lm 纹是等间距的。角越 大，L越小，条纹越 密。由于很小，若从实验上测出L，则可利用上式 确定很小的角度。
对单色光而言，楔形薄膜的干涉条纹是明 暗相间的，均匀分布且平行于楔棱的直条纹。若入 射光是复色光，则不同波长的光的同一级条纹位置 不同，各种波长的光的干涉条纹相互错开，形成一 幅彩色的直条纹。 C 2、牛顿环
S n
结论
单 R 色 光 a b O' O
r
h
单色光干涉条纹特点的讨论
从OC算起距离r处膜的厚度为h
r R ( R h) 2 Rh h
2 2 2 2
C
R h 略去h2
h
r
2
R
a b
对于垂直入射，i1 ，薄膜上、 下两表面反射光之光程差为：
半波损
Δ 2nh
迈克耳孙干涉仪的应用
1、以波长数量级确定国际“标准米”标准； 1960年国际计量会议上规定用氪--86在液氮温度下 的2p10--5d5的橙色光在真空中的波长= 605.6nm 的1,650,763.73 倍做为长度的标准单位。
光学第1章光的干涉(第3讲)
第一章 光的干涉
一、干涉条纹的可见度
可见度（也称对比度、反衬度）的定义：
讨论：
V Imax Imin Imax Imin
1、当Imin=0时（暗纹全黑），V=1，条纹反差最大，清晰可见；
2、当Imax=Imin时，V=0，条纹模糊不清，不可辨认； 3、V与两相干光相对强度、光源的大小和光源的单色性有关；
1N
§1.4 条纹的可见度
第一章 光的干涉
I 合成光强
I 合成光强
b
y
y
结论： b ，条纹可见度下降。
临界宽度
§1.4 条纹的可见度
第一章 光的干涉
相距为d’ 的两个线光源S与S’ ，在相同点P0的光程差
分别为S与S’，两者间关系为：
S'
S
d'd r0 '
d'd
若
r0' 2
则S与S’分别产生的两组干涉花样刚好明暗相反，
明条纹宽度： y j r0
d
（2）干涉条纹可见度下降。
y增大，则条纹可见度下降。
波长为+的第j级条纹与波长为的第j+1级条纹重合，
则条纹可见度下降为0。
( j 1) j( )
最大光程差（又称相干长度）
jmax
max j( ) 2 /
§1.4 条纹的可见度
第一章 光的干涉
屏上出现均匀亮度。
设扩展光源的宽度为
b0
2d '
r0'
d
将扩展光源分成相距为d’的一对对线光源，每一对线光源
在屏幕上产生相反的干涉花样，则最终屏幕上亮度均匀。
b0称为临界宽度。
光学-干涉-3
各级明、暗干涉条纹的半径：
R
r o
e
rK '
(2k 1)R k 1, 2,3L 明条纹
2
rk kR k 0,1, 2L 暗条纹
e=0,两反射光的光程差 =/2，为暗斑。
rk1 rk
(
(k 1)
k)
R
R
(k 1)
k
随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。即
条纹不等间距，内疏外密。
条纹形状：干涉条纹是以平 凸透镜与平面玻璃板的接触 点为圆心，明暗相间的同心 圆环，中心为暗点(实际上由 于磨损、尘埃等因素的影响， 中央常模糊不清)。
源 S3 *
e
屏
透镜 玻璃
n1
薄膜 n2 n2 > n1
n1
单 色
S1 *
光 S2 *
源 S3 *
e
屏
透镜 玻璃
n1
薄膜 n2 n2 > n1
n1
单 色
S1 *
光 S2 *
源 S3 *
e
屏
透镜
等倾干涉 条纹
玻璃
n1
薄膜 n2 n2 > n1
n1
干涉条纹的干涉级决定于入射光的入射角。 干涉成因：
光程差越大，条纹级次越高。
膜的厚度e 增大时，条纹外冒，中心处明暗交替。
膜的厚度e 减小时，条纹内缩，中心处明暗交替。
2）如光源由不同频率组成，则将出现彩色条纹。 若白光入射： 由红到紫的彩色条纹。
2e
n22
n12
sin
2
i
2
k
k 1.2.3. 明纹
e.k 一定， 大， 大， n22 n12 sin 2 i 大
实验三光的干涉与衍射
实验三光的干涉与衍射【实验目的】1.了解光的干涉与衍射特性2.自选、自学、自做，独立完成实验操作，培养实践能力和创新精神3.验证光的干涉与衍射特性并对各种现象进行正确解释【仪器用具】He－Ne激光器，扩束镜，接收屏，不同间距的双缝，双棱镜，迈克尔逊干涉仪，缝宽可调的单缝，单孔屏（多组），单丝，孔缝屏组件等【实验内容】（一）光的干涉现象二束相干光（或多束光）叠加在一起，能够引起光强的重新再分布的现象叫做光的干涉。
这种干涉是光波的振幅叠加引起的，因而在干涉区产生明暗相间的干涉条纹。
1、双缝干涉双缝干涉是由两个相干光源发出的光在场区相干叠加而产生的现象。
我们用激光作为光源来照射双缝，在远处的接收屏上将看到一系列等间距、明暗相间的条纹。
当用间距不同的双缝时，屏幕上的条纹间距也会随之改变，并且两者的变化呈现出相反趋势。
下面我们给出理论上的解释。
假设双缝间隔为d ，缝与屏之间的距离为L（其光学结构如图1所示），则在接收屏上的光强分布为：，相位差，为光程差。
可以看出：（1）明条纹中心满足条件：（为明条纹干涉级次），即明条纹中心坐标为：，（=0，±1，±2，……）（2）暗条纹中心满足条件：，即，暗条纹中心坐标为：（，±1，±2，……）。
屏幕上相邻两个明条纹（或暗条纹）中心之间的线距离称为条纹间距，因而条纹间距为：。
由以上理论可以得出以下结论：①屏幕上的条纹间距与波长成正比，与L成正比，与双孔间距成反比；②λ，L，d变化时，零级条纹中心位置不变。
2、双棱镜干涉双棱镜干涉原理类似于双缝，它采用通过双棱镜的折射成像来“产生”两个相干光源（其结构如图2所示）。
两像的间距为：d=2L1（n－1.0）α屏幕上的条纹间距为：，（L=L1+L2），n为双棱镜的折射率，α为双棱镜顶角，L1为光源到双棱镜的距离，L2为双棱镜到屏幕的距离。
可以看出双棱镜干涉在原理上与双缝干涉是一致的。
（关于细节的理论推导，有兴趣的同学可以参阅赵凯华编写的《光学》）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
S1 S2 屏
双缝
双缝干涉图样
单 色 激 光 束 S1 S2 双缝
暗条纹的中心线 暗条纹的中心线 亮条纹的中心线 亮条纹的中心线
图样有何特征？ 图样有何特征？ 明暗相间 等间距 中央亮条纹
探究2： 探究 ： 出现明暗相间条纹的条件
S1
亮条纹
亮条纹
S2
出现亮条纹的条件
亮条纹 ∆s = 2n •
应用一:
检查平面
样板
被检查平面
增 透 膜
λ
2
（ n=0，1，2，3…）
探究2： 探究 ： 出现明暗相间条纹的条件
S1
暗条纹
S2
出现亮条纹和暗条纹的条件
亮条纹
暗条纹
λ （ n=0，1，2，3…） ∆s = 2n •
∆s = (2n + 1) •
2 λ
2
（ n=0，1，2，3…）
P1 S1 P S2 l
l 条纹间距∆X = λ d
∆X
光的干涉
光的直线传播
海市蜃楼
是什么让我们的世界如此美丽？ 是什么让我们的世界如此美丽？
光到底是什么？ 光到底是什么？
17世纪明确形成 了两大对立学说 由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风 牛顿 微粒说 19世纪初证明了 波动说的正确性 19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性 惠更斯 波动说
∆X
∆X
∆X ∆X
∆X
第 二 条 亮 纹
第 一 条 亮 纹
中 间 亮 纹
第 一 条 亮 纹
第 二 条 亮 纹
第 三 条 暗 纹
第 二 条 暗 纹
第 一 条 暗 纹
第 一 条 暗 纹
第 二 条 暗 纹
第 三 条 暗 纹
薄膜干涉
让一束光经薄膜的两个表面反射后， 让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成 的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉 薄膜干涉． 的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微 粒”
假设光真的是一种波
我们必然能看到波特有的现象
二、光的干涉 1801年，英国物理学 年 家托马斯·杨在实验 家托马斯 杨在实验 室里成功的观察到 了光的干涉现象． 了光的干涉现象．
托马斯·杨 托马斯 杨
1773~1829
探究1： 探究 ：光是一种波
光
单 色