精选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。试想：屏上还有干涉条纹吗？

提示：屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，透过的两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会再发生干涉。

对杨氏双缝干涉实验的理解

1．双缝干涉的装置示意图

实验装置如图13-3-1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。

图13-3-1

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。

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的振动的叠加，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S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即：

|PS1－PS2|＝kλ＝2k λ

2

(k＝0,1,2,3……)

k＝0时，PS1＝PS2，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S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即：

|PS1－PS2|＝(2k－1)λ

2

(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。

[典例] 在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7m，如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试问：

(1)该黄光的波长是多少；

(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹。

[解析] (1)λ＝c

f ＝

3×108

6×1014

m＝5×10－7 m；

(2)Δx＝7.5×10－7 m＝3

2

λ，所以是暗条纹。

[答案] (1)5×10－7 m (2)暗条纹

双缝干涉中明暗条纹的判断方法

(1)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。

(2)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。

(3)上述结论成立的条件是：两个光源情况完全相同。

1．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是( )

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．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹

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：选B 在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确；光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误；两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误。

2．如图13-3-2所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷。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( )

图13-3-2

A．A、B、C三个位置都出现亮条纹

B．B位置出现暗条纹

C．C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定

D．以上结论都不对

解析：选A 本题中，A、B、C三点总是振动加强的点屏上对应出现的都是亮条纹。另外，要特别注意波谷与波谷相遇的点(图中B点)振动也是加强的，不要以为B点是暗的。

3.如图13-3-3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P1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P1点形成的亮、暗条纹的情况是( )

图13-3-3

A．P和P1都是亮条纹

B．P是亮条纹，P1是暗条纹

C．P是暗条纹，P1是亮条纹

D．P和P1都是暗条纹

解析：选B λ橙

λ紫＝

6×10－7

4×10－7

＝1.5＝

3

2

P1点对橙光：Δr＝n·λ橙，