3.光的干涉
《物理光学》第3章 光的干涉和干涉仪
2 2
2
2
消去根号，化简便得到等光程差面方程式 :
x2 ∆ 2
2
−
y2 + z2 d ∆ − 2 2
条纹对比度主要影响因子: 光源大小 非单色性 振幅比（光强比）
3.4.1 光源大小的影响 (1)光源的临界宽度 ：可见度下降到零时光源的临界宽度。 假设光源只包含两个强度相等的发光点S和S’，S和S’在屏幕 E上各自产生一组条纹，两组条纹间距相等，但彼此有位移。
S ′S 2 − S ′S1 =
2 2
=1
将Δ=mλ代入
x2 mλ 2
2
−
y2 + z2 d mλ − 2 2
2 2
=1
等光程差面是一组以m为参数的回转双曲面族，x轴为回转轴 干涉条纹就是等光程差面与观察屏幕的交线。
结论：
干涉图样是由一系列平行等距的亮带和暗带组成。
1 e= ∝ W W
条纹间距与光波波长有关。波长较短的单色光，条纹较密， 波长较长的单色光，条纹较稀。
λ
§3.1.2 等光程差面和干涉条纹形状 在屏幕上观察到等距的直线干涉条纹条件: d《D，且在Z轴附近观察 设光屏上任意点P的坐标为(x、y、z），则有:
d r1 = S1 P = x − + y 2 + z 2 2 d r2 = S 2 P = x + + y 2 + z 2 2
I0dx为宽度dx的S点元光源的强度，Δ为D点元光源发出的 两束相干光到达P点的光程差。
第43节光的干涉
第四章·光 第03讲 光的干涉知识要点难易度1．光的干涉条件：频率相等，相位差稳定2．光的双缝干涉条纹特征：等间距，条纹宽度：Δx ＝ld λ★★★★★知识点01 杨氏双缝干涉实验1．光的干涉现象：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，人们开始认识到光具有波动性． 两束光在屏幕上形成稳定的明暗条纹的现象称光的干涉。
2．杨氏双缝干涉实验(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)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．也可用激光直接照射双缝． (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．3．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同． 4．干涉图样（1）原理图如上图所示． （2）亮、暗条纹的条件．①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．a ．光的路程差Δr ＝r2－r1＝kλ（k ＝0，1，2…），光屏上出现亮条纹．b ．光的路程差Δr ＝r2－r1＝（2k ＋1）λ2（k ＝0，1，2…），光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色（填写颜色）．③条纹间距公式：Δx ＝ld λ. 即增大挡板和屏的距离，减小双缝间距，增加波长都会导致条纹变宽知 识 精 讲目 标 导 航【例1】(多选)如图甲为双缝干涉实验的装置示意图．图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a处为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′处为中央亮条纹．若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短．则以下说法正确的是()A．丙图比乙图条纹间的间距大B．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长D．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短【答案】A、B【解析】由图可知丙图比乙图的条纹间距变大，丙图波长比乙图的波长长，所以AB正确，CD错误。
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
高中物理选择性必修一第四章光第三节光的干涉课后习题答案
高中物理选择性必修一第四章光第三节光的干涉课后习题答案1.光的干涉现象对认识光的本性有什么意义？解析：干涉现象是一切波所具有的特性，所以光的干涉现象说明了光是一种波．2.两列光干涉时光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？解析：光屏上的点到两个光源的距离差ΔX=（2n+1）λ2（n=0,1,2,3......）时，出现暗条纹；光屏上的点到两个光源的距离差ΔX=nλ（n=0,1,2,3......）时，出现亮条纹。
3.在杨氏双缝干涉实验中，光屏上某点p到双缝S1和S2 的路程差为7.5×10-7m，如果用频率6.0×1014Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹。
解析：根据题中的信息可得：λ=vf =3×1086×1014=12×10-6m ，所以ΔX12λ=3，即路程差是半波长的整数倍，所以P点是暗条纹。
4.劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。
将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？解析：从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为△x=2d即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差△x=2d=nλ时λ，显然此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差12抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，故干涉条纹变疏。
解析二：由薄膜干涉的原理和特点可知，干涉条纹是由膜的上、下表面反射的光叠加干涉而形成的，某一明条纹或暗条纹的位置就由上、下表面反射光的路程差决定，且相邻明条纹或暗条纹对应的该路程差是恒定的，而该路程差又决定于条纹下对应膜的厚度，即相邻明条纹或暗条纹下面对应的膜的厚度也是恒定的．当抽去一纸片后，劈形空气膜的劈尖角－上、下表面所夹的角变小，相同的厚度差对应的水平间距离变大，所以相邻的明条纹或暗条纹间距变大，即条纹变疏。
《光的干涉》课件人教版
5．图 1 是用单色光照射透明标准板，来检查 b 的上表面的平直情 况，观察到的现象如图 2 所示，则以下说法正确的是( D )
A．图 2 的图样是由于光从 a 的上表面和 b 的下表面反射后干涉的结果 B．图 2 的图样是由于光从 a 的上表面和 b 的上表面反射后干涉的结果 C．图 2 的图样说明 b 的上表面某处向上凸起 D．图 2 的图样说明 b 的上表面某处向下凹陷
课时训练
一、选择题 1．下列关于双缝干涉实验的说法正确的是( B ) A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C．用红光照射狭缝 S1，用紫光照射狭缝 S2，屏上将出现干 涉条纹 D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的 空间却没有干涉发生
解析 根据薄膜干涉产生的原理可知，图 2 的图样是由于光 从 a 的下表面和 b 的上表面反射后干涉的结果，故 A、B 两项错 误．薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相同；现在 向左弯曲，说明提前出现条纹，则说明 b 的表面某处向下凹陷， 故 C 项错误，D 项正确．
6．如图为单色光双缝干涉实验某一时刻的 波形，S1、S2 为双缝，实线和虚线分别表示各 缝发出的光的波峰和波谷．在此时刻，介质 中 A 点为波峰相叠加点，B 点为波谷相叠加 点，A、B 连线上的 C 点为某中间状态相叠加点．如果把屏分别 放在 A、B、C 三个位置，那么( A )
3．光的干涉条件 两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定． 4．干涉条纹间距：相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离Δx＝ dl λ. 二、光的薄膜干涉及其应用 1．薄膜干涉：光照到薄膜上，从膜的前表面和后表面反射 回来的光再次相遇而产生的干涉现象．
2．常见的薄膜干涉现象：白光照射肥皂液膜出现彩色条纹、 蚌壳内表面透明薄膜上呈现各种色彩、有透明薄膜保护层的激光 唱片呈现彩色等．
人教版高中物理选择性必修第1册 第3节 《 光的干涉》
以此类推
当光程差δ=(2n+1)λ /2 ，即半波长奇数倍 时，出现暗纹。
双缝
屏幕 Q3 第三暗纹 δ=5λ/2
Q2 第二暗纹 δ=3λ/2
S1
Q1 第一暗纹 δ=λ/2
S2
Q1/ 第一暗纹 δ=λ/2
Q2/ 第二暗纹 δ=3λ/2
Q3 / 第三暗纹 δ=5λ/2
3.总结规律
（1）空间的某点距离光源S1和S2的光程差 为0、λ、2λ、3λ等波长的整数倍（半波长
第一条亮纹的形成原因分析
双缝
屏幕
S1
S2
λ
第 P1 一
亮 纹
光程差δ=S2P1－S1P1=λ
取P0点上方的点P1，若从S1S2发出的光到P1点的光程差，正好等于一个波长δ = S1P1 －S2P2=λ，则当其中一条光线传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条 光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P1点总是波峰与波峰相遇或波谷与 波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。
明的薄膜，即增透膜，如氟化镁薄膜。
增透膜两个表面的反射光所通过的光 程差等于半个波长，这样反射回来的 光会因产生干涉而相互抵消，增加了 透射光的能量。
4.练习与应用
劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。将一块平板玻璃放置在另一平板 玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形 空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点： （1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等； （2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
由于S1S2到中央亮纹的距离是相等的, 又由于从S1S2发出的光是振动情况完 全相同，那么，当其中一条光线传来
光的干涉
洛埃镜
S1 d S2 M
E'
E
洛埃镜
此处为暗纹—半波损失
M为反射镜，S1为狭缝光源，它发出的光波一部分以接近于 为反射镜， 为狭缝光源， 为反射镜 90˚的入射角掠射于反射镜上，经反射到达屏幕 上，另一部 的入射角掠射于反射镜上， 的入射角掠射于反射镜上 经反射到达屏幕E上 分直接射到屏幕上。 可看作两个相干光源。 分直接射到屏幕上。S1和S2可看作两个相干光源。 处于位置 若光屏E处于位置 ，从光路上看，由S1和S2发出的光到达接 光屏 处于位置E'，从光路上看， 触处的路程相等，该处应该出现明条纹。 触处的路程相等，该处应该出现明条纹。但实验结果这里出现 的是暗条纹，说明反射光在该处出现了大小为π的相位变化 的相位变化， 的是暗条纹，说明反射光在该处出现了大小为 的相位变化， 这种现象称为“半波损失” 这种现象称为“半波损失”。
例题 4-4：
干涉现象应用于射电天文学： 干涉现象应用于射电天文学：将微波检测器安装在海平面上 h = 20m处。 处 当发射频率为ν= 60 MHz 的射电星从海面升起时，检测器收到来自星体和 当发射频率为 的射电星从海面升起时， 海面反射的电波干涉信号。求当第一个极大出现时， 海面反射的电波干涉信号。求当第一个极大出现时，射电星体相对于地平 线的仰角θ= 线的仰角 ？
获得相干光的基本方法是将光源上同一点发出的光设法 获得相干光的基本方法是将光源上同一点发出的光设法 同一点 一分为二” 然后再使这两部分光叠加起来， “一分为二”，然后再使这两部分光叠加起来，由于这两 部分光实际上都是来自同一发光原子 同一次发光， 同一发光原子的 部分光实际上都是来自同一发光原子的同一次发光，即每 一个光波列都分为两个频率相同、振动方向相同、 一个光波列都分为两个频率相同、振动方向相同、相位差 恒定的波列，因而这两部分光满足相干条件。 恒定的波列，因而这两部分光满足相干条件。 获得相干光的方法： 获得相干光的方法： ⑴使用单色光源（如：钠光灯、激光器等）； 使用单色光源（ 钠光灯、激光器等）； ⑵将一个分子单次发出的光波分为两个部分： 将一个分子单次发出的光波分为两个部分： 分波面法 分振幅（强度） 分振幅（强度）法
光的干涉和衍射现象的异同
光的干涉和衍射现象的异同
光的干涉和衍射现象是光的波动性质表现出来的两种现象，它们在物理原理和观测结果上有一些异同之处。
相同之处：
1. 都是光的波动性质的表现，证明光既有粒子性又有波动性。
2. 都是由于光波的传播和相互作用而产生的，需要光的传播介质。
异同之处：
1. 光的干涉现象是指两个或多个光波相互叠加产生干涉图样，其中有明暗相间的干涉条纹，如干涉圆环和干涉条纹等。
而光的衍射现象是指光通过细缝、光栅或障碍物等时发生波的弯曲现象，形成衍射图样，如衍射环和衍射条纹等。
2. 光的干涉现象需要有两个或多个光波相互作用才能产生干涉图样，而光的衍射现象只需要一个光波通过细缝或障碍物等就能形成衍射图样。
3. 干涉条纹的空间分布是由相干光波的相位差决定的，可以观察到明暗相间的交替条纹。
而衍射图样的空间分布则是由光波的波前形状及通过障碍物的方式决定的，形成的图样可以是环形、直线条纹等。
4. 干涉现象常用于测量物体的形状、表面质量、薄膜厚度等，还可以用于实现光栅、激光干涉和干涉仪等应用。
而衍射现象
则可以用于测量物品的尺寸、观察光栅或细缝的特性、通过衍射遮光进行图像处理等应用。
光的干涉、衍射和偏振
光的干涉、衍射和偏振
1．光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．
(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定．
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹．
2．光的衍射
发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．
3．光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光．
②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．
(4)光的偏振现象说明光是一种横波．
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光的干涉与衍射现象
光的干涉与衍射现象光的干涉与衍射现象是光学领域中的两个重要概念，它们揭示了光在传播过程中的波动性质。
干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生的明暗条纹，而衍射则是光波在遇到障碍物时发生的弯曲和扩散现象。
本文将详细介绍光的干涉与衍射的基本原理、应用领域以及未来的发展趋势。
一、光的干涉光的干涉是指两束或多束光波在相遇时产生叠加现象，结果形成明暗相间的干涉条纹。
这一现象可以用波动理论来解释，其中最著名的是杨氏双缝干涉实验。
这个实验是由英国科学家托马斯·杨于19世纪初进行的，他通过在光透射板上制造两个非常细小的缝隙，让一束光通过这两个缝隙，然后观察光在屏幕上形成的干涉条纹。
光的干涉可以分为两种类型：构造干涉和破坏干涉。
构造干涉是指两束或多束光波在相遇时叠加形成明暗相间的干涉条纹，而破坏干涉则是指光波发生相消干涉或相位差大于π时没有明显干涉条纹的现象。
干涉现象广泛应用于光学仪器、激光技术、光纤通信等领域。
二、光的衍射光的衍射是指光波在遇到障碍物时发生弯曲和扩散的现象。
根据赫伯特·弗朗索瓦·菲涅尔的衍射理论，当光通过一个狭缝或孔径的时候，会在屏幕上产生出一系列明暗相间的衍射条纹。
这种条纹的形成是由于光波的振幅和相位在空间上的扩散和叠加导致的。
光的衍射现象是光学领域中的基础理论之一，它不仅引起了科学家的关注，也在许多实际应用中起到了重要作用。
衍射技术广泛应用于光学显微镜、光栅、激光干涉测量等领域，为科学研究和工程实践提供了有力的支持。
三、光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射现象在许多领域得到了广泛的应用。
以下是一些典型的应用案例：1. 显微镜光的干涉与衍射技术被广泛应用于显微镜中，以提高像的清晰度和分辨率。
通过利用干涉和衍射现象，显微镜可以观察到更加细微的物体结构和细节。
2. 激光技术激光光束的干涉与衍射可以用来制造激光干涉图案，进而实现激光干涉测量和激光光栅。
这些技术在工程测量、光通信等领域有着广泛的应用。
光的干涉与衍射的解释与应用
光的干涉与衍射的解释与应用光是一种电磁波，在波动学中，我们知道光可以出现干涉和衍射现象。
这两种现象是光的波动性质的直接体现，也是光学研究中重要的基础。
在本文中，我们将解释光的干涉和衍射，并探讨它们在现实生活中的应用。
一、光的干涉光的干涉是指两个或多个波峰和波谷相遇时，波峰与波峰之间、波谷与波谷之间发生加强或相消的现象。
这种现象可以用波动理论来解释，即光波的叠加原理。
当两束或多束光线相遇时，它们的振动会叠加在一起，形成一条新的振动曲线。
这种叠加会产生交叉的明暗条纹，这就是干涉现象。
干涉现象可以分为两种类型：远场干涉和近场干涉。
远场干涉是指光源到干涉屏的距离大于波长的情况下产生的干涉现象，例子就是双缝干涉。
近场干涉是指光源到干涉屏的距离小于波长的情况下产生的干涉现象，例子有杨氏双缝干涉和牛顿环等。
在实际应用中，我们可以利用干涉的特性来制造干涉仪、干涉滤光镜等仪器。
二、光的衍射光的衍射是指当光通过一个有限孔径或者遇到障碍物时，光波会向周围扩散，产生一系列交织的明暗条纹的现象。
衍射比干涉更普遍，可以说几乎每个光学现象都包含了衍射。
具体而言，衍射是光的传播过程中，波的振幅和相位的空间分布的变化。
根据衍射的几何构造特点，我们可以将其分为菲涅尔衍射和傅里叶衍射。
菲涅尔衍射是指光波在通过孔径时，光的前方和后方的衍射效应。
傅里叶衍射是指光通过远大于波长的一条缝或者任意形状的孔径时，光的衍射规律。
衍射现象的应用十分广泛。
例如，在显微镜中，利用衍射现象，我们可以观察被测物体的微小结构。
在光学仪器中，我们通过衍射放大器等设备来实现对光信号的放大。
此外，衍射现象还被广泛用于激光技术、光学通信、全息照相等领域。
三、光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射在许多领域中都有广泛的应用。
下面我们将重点介绍其中的几个应用。
1. 干涉测量：利用光的干涉特性，我们可以测量极小的长度差异。
例如，在精密工程领域中，利用干涉仪可以测量零件的微小变形，从而实现高精度测量和质量控制。
光的干涉 知识点
光的干涉、用双缝干涉测波长、衍射现象一、知识点梳理 1、光的干涉现象：频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光， 在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。
（1）产生干涉的条件：①若S 1、S 2光振动情况完全相同，则符合λδn x dLr r ==-=12，（n =0、1、2、3…）时，出现亮条纹；②若符合2)12(12λδ+==-=n x d L r r ，（(n=0，1，2，3…)时， 出现暗条纹。
相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为λdLx =∆。
（2）熟悉条纹特点中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。
2． 用双缝干涉测量光的波长原理：两个相邻的亮纹或暗条纹的中心间距是Δx ＝l λ/d 测波长为：λ＝d ·Δx /l（1）观察双缝干涉图样：只改变缝宽，用不同的色光来做，改变屏与缝的间距看条纹间距的变化 单色光：形成明暗相间的条纹。
白光：中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹。
这是因为白光是由不同颜色的单色光复合而成的，而不同色光的波长不同，在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条件下，光波的波长越长，各条纹之间的距离越大，条纹间距与光波的波长成正比。
各色光在双缝的中垂线上均为亮条纹，故各色光重合为白色。
（2）测定单色光的波长：双缝间距是已知的，测屏到双缝的距离l ，测相邻两条亮纹间的距离x ∆，测出n 个亮纹间的距离a ，则两个相邻亮条纹间距：1-=∆n a x3．光的色散：不同的颜色的光，波长不同在双缝干涉实验中，各种颜色的光都会发生干涉现象，用不同色光做实验，条纹间距是不同的，说明：不同颜色的光，波长不同。
图16-1-1含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。
各种色光按其波长的有序排列就是光谱。
从红光→紫光，光波的波长逐渐变小。
4．薄膜干涉中的色散现象如图：把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像：是液膜前后两个反射的光形成的，与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光用图中实虚线来代表两列光，所走的路程差不同。
高中物理人教版选修3-4课件：13.3 光的干涉
1. 杨氏双缝干涉实验 (1)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。 (2)实验过程:让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡 板上, 两条狭缝相距很近。如果光是一种波, 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。两波源发出的光在挡板后 面的空间互相叠加, 发生干涉现象:来自两个光源的光在一些位置相 互加强, 在另一些位置相互削弱。 (3)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹。 (4)实验结论:证明光是一种波。 (5)现象解释: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。
题后反思: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, 要记住路程差等于波长整数 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。
1 下列说法中正确的是( ) A. 机械波和光波本质上不相同, 但它们都能发生反射、 折射、 干涉和 衍射现象 B. 托马斯· 杨利用双缝干涉实验有力地说明了光是一种波 C. 光波和机械波一样依赖于介质传播 D. 频率相同的不同种波, 也能发生干涉 解析:机械波和光波的产生机制不同, 即本质上有所区别, 但都有波的 共性, 即能发生反射、折射、衍射及干涉现象,A 项正确;干涉是波特 有的现象, 只要是波就都能发生干涉现象, 托马斯·杨利用光通过双缝 装置成功地观察到了干涉图样, 这就有力地说明了光是一种波, 所以 选项 B 是正确的;机械波是机械振动在介质中的传播, 而光在真空中 就可以传播, 所以 C 项错误;频率相同的不同种波, 也能发生干涉是正 确的, 形成干涉的两个必要条件是:频率相同和相位差恒定, 而没有限 制波的种类, 因此,D 项正确。 答案:ABD
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。
光的干涉和光的衍射
光的干涉和光的衍射光的干涉是指两束或多束相干光波相互叠加时，它们在空间中某一点相遇时产生的光强分布现象。
光的衍射是指光波遇到障碍物或通过狭缝时，光波在障碍物或狭缝周围发生弯曲、扩展和干涉的现象。
一、光的干涉1.干涉现象的条件–光源发出的光为单色光或频率非常接近的多色光。
–光束经过不同路径传播后相遇。
–光束相遇时要有相位差。
2.干涉条纹的特点–等距性：干涉条纹间距相等。
–亮暗相间：干涉条纹由亮条纹和暗条纹组成。
–叠加性：多束干涉光相遇时，各自干涉条纹叠加形成新的干涉条纹。
3.干涉实验–双缝干涉实验：通过两个狭缝，观察光在屏幕上的干涉现象。
–迈克尔逊干涉实验：利用分束器将光分为两束，分别经过不同路径后再次合并，观察干涉现象。
二、光的衍射1.衍射现象的条件–光源发出的光波遇到障碍物或通过狭缝时发生衍射。
–障碍物或狭缝的尺寸与光波波长相当或更小。
–观察衍射现象时，衍射光束要有足够的光程差。
2.衍射条纹的特点–衍射条纹是光波传播路径的积分结果，具有明显的弯曲和扩展现象。
–衍射条纹间距不固定，取决于光波波长和障碍物或狭缝的尺寸。
–衍射条纹可以是明暗相间的，也可以是亮度分布的。
3.衍射分类–单缝衍射：光通过一个狭缝时的衍射现象。
–多缝衍射：光通过多个狭缝时的衍射现象。
–圆孔衍射：光波通过圆形孔洞时的衍射现象。
–菲涅尔衍射：光波从一种介质进入另一种介质时的衍射现象。
4.衍射的应用–衍射光栅：利用光的衍射原理，制造出具有周期性结构的衍射光栅，用于光谱分析、光学仪器等。
–光纤通信：利用光在光纤中的衍射现象，实现高速、长距离的通信。
–激光技术：激光的产生和传播过程中，衍射现象起着关键作用。
光的干涉和光的衍射是光学中的重要现象，它们在生活中和科技领域有着广泛的应用。
通过学习光的干涉和光的衍射，我们可以深入了解光的本质和光波的传播规律。
习题及方法：1.习题：双缝干涉实验中，若将其中一个狭缝关闭，则观察到的现象是什么？•双缝干涉实验中，两束相干光波相遇产生干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹。
光的干涉
干涉图样: 干涉图样 3D—旋转双曲面族 旋转双曲面族
2D—旋转双曲面族的截线 旋转双曲面族的截线
屏幕∥ 傍轴区:平行等距直线 屏幕∥ S1 S2,傍轴区 平行等距直线 傍轴区 一系列平行的明、暗相间的条纹; ● 一系列平行的明、暗相间的条纹 不太大时直条纹且等间距; ● θ 不太大时直条纹且等间距 ● ∆y ∝ λ ∆y ∝ ro ∆y ∝ 1 ●中间级次低，两边级次高; 中间级次低，两边级次高
几何光程差为: 几何光程差为
δ = 2n2do cos i2
式中n2、do为薄膜的折射率及厚度,i2 为薄膜中光的折射角; 式中 为薄膜的折射率及厚度 为薄膜中光的折射角 计算光程差时要考虑薄膜上、下表面的附加光程差. 计算光程差时要考虑薄膜上、下表面的附加光程差
10. 迈克尔逊干涉仪—分振幅双光束干涉 分振幅双光束干涉
干涉相长
I = ( A1 + A2 ) 2 I = ( A1 − A2 ) 2
j = 0,±1,±2⋯
干涉相消
6.分波面干涉 分波面干涉
光程差
jλ y λ δ =d = ro (2 j + 1) 2
明纹 ( j = 0,±1,±2⋯ ) 暗纹
干涉条纹位置 条纹间距
roλ j d y= rλ (2 j + 1) o 2d
( A1 = A2 )
总光强不等于分强度之和
当干涉项对时间的平均值等于零,称非相干叠加 则 当干涉项对时间的平均值等于零 称非相干叠加,则 称非相干叠加 总光强等于分强度之和 1).频率相同 频率相同; 频率相同 2).有相互平行的分量 有相互平行的分量; 有相互平行的分量 3).在叠加区域内位相差恒定 在叠加区域内位相差恒定. 在叠加区域内位相差恒定
《光的干涉》课件
特定的干涉条纹。
实验步骤
1. 制备不同厚度的薄膜样品。
2. 将光源对准薄膜，使光波入射到薄 膜表面。
3. 观察薄膜表面的干涉条纹，分析干 涉现象与薄膜厚度的关系。
迈克尔逊干涉仪
实验目的：利用迈克尔逊干涉仪观察不同波长的光的干 涉现象。 实验步骤
2. 将不同波长的光源依次对准迈克尔逊干涉仪。
实验原理：迈克尔逊干涉仪通过分束器将一束光分为两 束，分别经过反射镜后回到分束器，形成干涉。
1. 调整迈克尔逊干涉仪，确保光路正确。
3. 观察不同波长光的干涉条纹，分析干涉现象与波长 的关系。
04
光的干涉的应用
光学干涉测量技术
干涉仪的基本原理
干涉仪利用光的干涉现象来测量长度、角度、折射率等物理量。干涉仪的精度极高，可以达到纳米级 别。
光的波动性是指光以波的形式传播， 具有振幅、频率和相位等波动特征。
光的干涉是光波动性的具体表现之一 ，当两束或多束相干光波相遇时，它 们会相互叠加产生加强或减弱的现象 。
波的叠加原理
波的叠加原理是物理学中的基本原理之一，当两列波相遇时，它们会相互叠加， 形成新的波形。
在光的干涉中，当两束相干光波相遇时，它们的光程差决定了干涉加强或减弱的 位置。
多功能性
光学干涉技术将向多功能化发展，实现同时进行 多种参数的测量和多维度的信息获取。
光学干涉技术的挑战与机遇
挑战
光学干涉技术面临着测量精度、 稳定性、实时性等方面的挑战， 需要不断改进和完善技术方法。
机遇
随着科技的不断进步和应用需求 的增加，光学干涉技术在科学研 究、工业生产、医疗等领域的应 用前景将更加广阔。
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。
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白光的双缝干涉：
单色光的合成
中央明条纹
思考：肥皂泡看起来常常是彩色的，雨后公路积 水上面漂浮的油膜，看起来也是彩色的。这些现 象是这样形成的？
二、薄膜干涉
1）现象：水平 明暗相间条纹
２）相干光的来源：
肥皂薄膜 前表面反射光波 与后表面反射 光波相互 叠加产生干涉
在薄膜的厚度为d处，前后表面反射光 的光程差为２d，则
⑴当 2d k 时，出现亮条纹
⑵当 2d 2k 1 时，出现暗条纹
2
⑶如果薄膜厚度均匀变化，用单色光照射 条 纹间距相等
用白光照射 在同一厚度某一波长的光反射后 增强，另一波长的光反射后减弱，所以出现彩 色条纹
形成干涉条纹的原因
竖直放置的肥皂膜由于 重力的作用是下面厚、 上面薄，因此在薄膜不 同的地方，从膜的前后 表面反射的两列光波叠 加，若两列波叠加后加 强，则出现两条纹；若 叠加后振动减弱，则出 现暗条纹；若在白光下 照射出现彩色干涉条纹。
巩固练习
5、2003（上海卷）劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。
将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸
片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。干涉条纹
有如下特点：⑴任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜
厚度相等；⑵任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒
定。现若在装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形
薄膜干涉的应用（二） ——增透膜
➢增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？
薄膜的厚度至少是入射光在薄膜中波长的1/4。 ➢是否对所有颜色的光都有增透的作用？
因为人眼对绿光最敏感，所以一般增 强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光 在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不 能被有效透射，故反射较强，这样的 镜头呈淡紫色。
空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将（
）
A.变稀疏
B.变紧密
C.不变
D.消失
巩固练习
6、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是： A. 增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度； B. 增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的1/4； C. 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4； D. 因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红 光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈 淡紫色。
照相机和望远镜
因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的
厚度为绿光在增透膜中波长的1/4。以增大绿光的
透射强度。
因为红光与紫光反射强度大，所以照相机的镜头 常呈淡紫色或蓝色
牛 顿 环
干涉图样：中央疏 边沿密的同心圆环
巩固练习
1、下列现象属于薄膜干涉的有: （ ） A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹; B.雨后天空中呈现的彩虹; C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹 D.肥皂泡上呈现的彩色条纹。
＝r2 r1＝ k，k 0,1, 2, ,明条纹
＝r2
r1＝
2k＋1
2
，k
0,1,
2,
,暗条纹
单色光的双缝间距或宽度与波长的关系：
1、条纹间距的含义：相邻的亮纹或暗纹
之间的距离总是相等的，相邻的亮纹和亮
纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离叫
做条纹间距。
条纹中心的位置：
x k L
明纹
d
x (2k 1)
A
B
C
D
巩固练习
4.(93年高考题)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
标准样板 薄片
被检测平面
(a)
(b)
(c)
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
薄膜干涉的应用（二） ——增透膜
镀层 薄膜
在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当 薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程度恰好 等于半个波长，因而互相抵，这就大大减小光的反射损失， 增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。
薄膜干涉中的色散
1. 薄膜干涉的成因 说明
① 出现薄膜干涉条纹的条件是介质膜足够薄 ② 眼睛要与光源在同一侧才能观察到薄膜干涉条纹
薄膜干涉的应用（一） ——检查表面的平整程度
标准样板 空气薄层 待检部件
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一 薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜， 用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列 光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹
L
2d
暗纹
k 0,1,2,
2、单色光的相干的特征：等宽度等间
距的明暗条纹 x L
d
（指相邻明纹与明纹之间或暗纹与暗纹之间）
红光 蓝光 白光
观察不同单 色光的双缝干 涉条纹的情况， 说说你的思考？
七种单色光的综合性质对比一览表
特征量
干涉条纹间 距（Δx） 真空中的波 长（ λ）
频率（ν）
红光→紫光 由大到小 由大到小 由小到大
薄膜干涉的应用（一） ——检查表面的平整程度
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的, 如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示， 则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的 地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测 表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。
单色光
地上的油膜
肥皂泡
杨氏双缝干涉 一、杨氏双缝实验
S1 *
像
S*
屏
S2 *
双 缝 屏
观察实 验，概 括实现 象，并 说明出 这种现 象的原 因？
单色光的双缝干涉的实验现象：
1、等宽度、等间距的明暗条纹。
2、波峰与波峰、波谷与波谷叠加 的区域振动最强，即出现明条纹。 波峰与波谷叠加的区域振动最弱， 即出现暗条纹。
2、用单色光照射肥皂薄膜:（
）
A. 看到的干涉图样是明暗相间的条纹;
B. 从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发生干涉射光从薄膜的前表面和后表面分别反射出来,形
成两列波,这两列波频率相同,所以可以产生干涉;
D. 若改用白光照射则看不到干涉条纹。
巩固练习
3. 2002（上海卷）如图所示为一显示薄 膜干涉现象的实验装置，P是附有肥 皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。 往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察 到的干涉图象应是下图中的（ ）
7、将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透 明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为 （） A，λ/4n； B，λ/2n； C，λ/4； D，λ/2