1 第1节 光的干涉

第1节光的干涉

1.认识光的干涉现象及光发生干涉的条件.（重点）

2.理解光的干涉条纹的形成原因及干涉现象的本质，认识干涉条纹的特征.（重点＋难点）

3.了解光的干涉条纹的特点，理解用双缝干涉测光波波长的原理.（重点）

4.知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用.（难点）

一、光的干涉及其产生条件

1.干涉现象：若两束光波在空间传播时相遇，将在相遇区域发生叠加，如果在某些区域光被加强，而在另一些区域光被减弱，且加强区域和减弱区域相互间隔，这种现象称为光的干涉.

2.由干涉现象得出的结论：光具有波的特性，光是一种波.

3.相干条件：要使两列光波相遇时产生干涉现象，两光源必须具有相同的频率和振动方向，还要满足相位差恒定.

（1）频率不相同的两束光不能发生干涉.（）

（2）两个相同的灯泡发出光能够发生干涉.（）

（3）杨氏实验中，通过两狭缝的光是相干光.（）

提示：（1）√（2）×（3）√

二、科学探究——测定光的波长

1.在双缝干涉实验中，相邻两条亮（或暗）纹之间的距离：Δy＝l

d

λ，其中，l表示两缝到光屏的距离，d表示两缝间的距离，λ表示光波的波长.

2.测量光屏上亮（暗）条纹的宽度，为了减小误差，测出n个条纹间的距离a，然后取平均值

求出Δy，则Δy＝a

n－1

.

1.实验中为什么不直接测量相邻亮纹间的距离，而是测n条亮纹间的距离？

提示：测n条亮纹间的距离，然后取平均值可减小实验误差.

三、薄膜干涉及其应用

1.薄膜干涉中相干光的获得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象.

2.薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波相遇后被相互削弱，于是出现暗条纹.

3.薄膜干涉的应用

（1）劈尖干涉是一种劈形空气薄膜干涉，可用于检查平面的平整程度；

（2）在照相机、望远镜等高质量的光学仪器中，在其镜头的表面镀上透明的增透膜，用来增加透射光的能量.

2.在演示竖直放置的薄膜干涉实验时，应从哪个角度观察干涉条纹？

提示：由于薄膜干涉是两列反射光叠加而成的，因此观察干涉条纹时，眼睛应和光源在薄膜的同一侧.

对光的双缝干涉的理解

1.双缝干涉的装置示意图

实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏.

2.单缝屏的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏.杨氏那时没有激光，因此他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光.

3.双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光.

4.屏上某处出现亮、暗条纹的条件

频率相同的两列波在同一点引起振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反.具体产生亮、暗条纹的条件为：

（1）亮条纹的条件：屏上某点P 到两条缝S 1和S 2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即：

|PS 1－PS 2|＝kλ＝2k ·λ2（k ＝0，1，2，3，…） k ＝0时，PS 1＝PS 2，此时P 点位于屏上的O 处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.k 为亮条纹的级次.

（2）暗条纹的条件：屏上某点P 到两条缝S 1和S 2的路程差正好是半波长的奇数倍.即：

|PS 1－PS 2|＝（2k －1）·λ2

（k ＝1，2，3，…） k 为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.

（3）时间上的关系

①亮条纹：Δt ＝nT （n ＝0，1，2，3，…）

②暗条纹：Δt ＝（2n ＋1）·T 2

（n ＝0，1，2，3，…） 式中Δt 表示两列光波到同一点的时间差；T ＝1f

为光波的周期. （1）双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小.

（2）由于不同光源发出的光频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定具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，所以杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源.

如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－

7 m 的橙

色光做实验时，光屏P 点及上方的P 1点形成相邻的亮条纹.若使用波

长为4×10－7 m 的紫光重复上述实验，在P 和P 1点形成的亮、暗条纹

的情况是（ ）

A.P 和P 1都是亮条纹

B.P 是亮条纹，P 1是暗条纹

C.P 是暗条纹，P 1是亮条纹

D.P 和P 1都是暗条纹

[解题探究] （1）光屏上P 点及P 1点形成相邻亮条纹的条件是什么？

（2）用不同波长的光做实验时，P 和P 1两点一定形成亮条纹吗？

[解析] λ橙λ紫＝6×10－

7 m 4×10－7 m

＝1.5＝32. P 1点对橙光：Δr ＝n ·λ橙，

对紫光：Δr ＝nλ橙＝n ·32λ紫＝3n ·λ紫2

因为P 1与P 相邻，所以n ＝1，P 1点是暗条纹.

对P 点，因为Δr ＝0，所以仍是亮条纹，B 正确.

[答案] B

判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源（双缝）的路程差（光程差）与波长的比值，要记住光程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹.还要注意这一结论成立的条件是两个光源情况完全相同.

双缝干涉图样的特点

1.单色光的干涉图样

如图所示，若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹

间距相等.中央为亮条纹，两相邻亮纹（或暗纹）间距离与光的波长有关，

波长越长，条纹间距越大.

2.白光的干涉图样

若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮条纹是白色的.这是因为：

（1）从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央亮条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹.

（2）两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹.

用白光做干涉实验，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是

从大到小，屏中央各色光都得到加强，复合成白色，而两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红.

在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx 1与绿光的干涉条纹间距Δx 2相比，

Δx 1 Δx 2（填“>”“＝”或“<”）.若实验中红光的波长为630 nm ，双缝与屏幕的距离为1.00