教科版物理选修光的干涉2讲课文档

教科版物理选修课件光的干涉
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优选教科版物理选修课件光的干涉
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大量事实证明，光是直线前进的，可能是一个微小的粒子。
光的直线传播
光的反射
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光的折射
我们如果能看到光发生干涉、衍射等现象，具有波特有的性质， 那么我们就可以说光是一种波。
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爱因斯坦 1905年，
运用量子论解释了光电效应。他给光子作了十分明确的表示
，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行的。
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光学的发展简介：
5、现代光学时期
从20世纪中叶起，随着新技术的出现，新的理论也不断发展，已逐步形 成了许多新的分支学科或边渊学科，光学的应用十分广泛。几何光学本来就 是为设计各种光学仪器而发展起来的专门学科，随着科学技术的进步，物理 光学也越来越显示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密测量中无可替代 的手段，衍射光栅则是重要的分光仪器，光谱在人类认识物质的微观结构(如 原子结构、分子结构等)方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍 射结合起来，发展起一门新的学科——傅里叶光学，把它应用到信息处理、像
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5.1光的干涉
一、双缝干涉
双缝干涉实验证 明光是一种波
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1、装置特点：
单缝 双缝
屏
1）双缝S1、S2到单缝S的距离相等
2）双缝很近 0.1mm
2、①单缝的作用： 获得线光源 ②双缝的作用：
S1 S
S2
双缝的作用是获得两个振动情况完全 相同的光源，叫相干光源(频率相同)
条纹间距Δx、缝宽d和缝屏距离L的关系：
x l
d
P85 发展空间
r12
L2
(x
d 2
)
2
,
r22
L2
(x
d 2
)2
r22
r12
L2
(x
d )2 2
L2
(x
d 2
)2
2dx
r22 r12 (r2 r1)(r2 r1) r
r k(k取1，2，3......时 ) ，出现亮条纹 相邻两亮条纹间x距对应的r
屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样
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第 第中第第
二 一间一二
条 条亮条条
亮 纹
亮 纹
纹
亮 纹
亮 纹
第 第第 第 第第 三 二一 一 二三 条 条条 条 条条 暗 暗暗 暗 暗暗 纹 纹纹 纹 纹纹
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白光的干涉图样
①明暗相间的彩色条纹；
②中央为白色亮条纹；
③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；
1、干涉法检查平面的平整度
牛顿环
视频：干涉的应用
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三、应用
1、干涉法检查平面的平整度
光在空气层的上下表面
发生反射,这两束反射 光发生干涉.
如果被检测表面的平整的,将看到与底 线平行的干涉条纹.
原因是厚度相等的地方，光程差一样、干涉情况 一样，即某一处反射回来的两列波叠加，若光振 动加强，产生亮点，那些与这处厚度相等的地方 都是亮点，这些亮点组成彼此平行的亮纹,反之是 暗纹
④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
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双缝干涉图样
单
色
激
S1
光
束
S2
双缝
屏
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？ 明暗相间
等间距
中央亮条纹
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探究： 出现明暗相间条纹的条件
S1 S2
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亮条纹 亮条纹
L d , 且 L x 所以有 r1 r2 2 L 即： r d x
L
即： x L
d
r 2k 1(k取1，2，3......时 ) ，出现暗条纹
2
相邻两暗条纹间x距对应的r
即： x L
d
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条纹间距Δx、缝宽d和缝屏距离L的关系：
因为 x l ，由结论可知：各种色光的波长不相同 ，由不同的色d光作光源，在双缝宽度和缝、屏宽度相同 的情况下，形成的干涉图样的条纹间距是各不相同的， 红光的条纹间距最宽，紫光的最窄。
牛顿于公元1704年出版的《光学》，提出了光是微粒流的理论
，他认为这些微粒从光源飞出来。
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光学的发展简介：
3、波动光学时期
惠更斯反对光的微粒说，1678年他在《论光》一书中从声和光的某些现象
的相似性出发，认为光是在“以太”中传播的波．所谓“以太”则是一种假想 的弹性媒质，充满于整个宇宙空间，光的传播取决于“以太”的弹性和密度． 运用他的波动理论中的次波原理，惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定律， 还解释了方解石的双折射现象．但惠更斯没有把波动过程的特性给予足够的说 明，他没有指出光现象的周期性，他没有提到波长的概念．
质评价、光学计算等技术中去。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一 个革命性的里程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的 性能，自从它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息 检测、医疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。此外，激光还为 同位素分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的 前景。
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出现亮条纹的条件
光程差：
r 2n•
2
（ n=0，1，2，3…）
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探究： 出现暗条纹的条件
S1 S2
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暗条纹
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出现暗条纹的条件
光程差：
r(2n1)•
2
（ n=0，1，2，3…）
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小结：出现亮条纹和暗条纹的条件
19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双
狭缝干涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为 人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释 光的直线传播。
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光到底是什么？……………
17世纪明确形成了 两大对立学说
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二、薄膜干涉
单色光成单色条纹； 复色光成彩色条纹
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二、薄膜干涉
形成干涉图样的原 因是：重力作用下，薄 膜的厚度随高度变化， 当入射光射到肥皂泡液 薄膜上时，由液膜前的 两个表面反射回来的两 列光是相干光，相互叠 加产生干涉。
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三、应用
光学的发展简介：
1、萌芽时期
我国的光学发展萌芽时期： （1）、对光的直线传播的认识 早在春秋战国时《墨经》已记载了小 孔成像的实验 （2）、对视觉和颜色的认识 （3）、光的反射和镜的利用 （4）、对大气光学现象的探讨 （5）、关于成影现象的认识
第五页，共光学时期
这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在这个时期建立了 光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了提高 人眼的观察能力，人们发明了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进 了天文学和航海事业的发展，显微镜的发明给生物学的研究提供了 强有力的工具。
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练习：如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表面是否平的 装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所 观察到的干涉条纹是由哪两个表面反射的光叠加而成的( )
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
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亮条纹 暗条纹
r 2n• （ n=0，1，2，3…）
2
r2n1• （ n=0，1，2，3…）
2
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白光的干涉图样
为什么会是 这样的呢？
①明暗相间的彩色条纹；
②中央为白色亮条纹；
③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；
④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
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光的电磁理论主要困难是不能解释光和物质相互作用的某些现象，例如，炽热黑体辐射中能量 按波长分布的问题，特别是1887年赫兹发现的光电效应。
1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了
辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能 量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。
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
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
微粒说
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
波动说
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒” 第八页，共32页。
光学的发展简介：
4、量子光学时期
19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的围观机制中。
标准样板
楔性空气薄层
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被检测平面
3 2
2
2
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例、如图所示，是用干涉法检查某厚玻璃 的上表面是否平整的装置，所用单色光做 光源，检查中所观察到的干涉条纹是由下 列两个表面反射的光线叠加而成的？ A、a的C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