(新教材)高中物理《光的干涉》课文分析人教版1

Байду номын сангаас析：设用波长 0.4 μm 的光入射，条纹宽度为 Δx1，则 Δx1 ＝dl λ1，屏上两侧各有 3 条亮纹，则屏上第三条亮纹到中心距离为 3Δx1.
用 0.6 μm 光入射，设条纹宽度为 Δx2，则 Δx2＝dl λ2，设此时 屏上有 x 条亮纹，则有 xΔx2＝3Δx1
代入数据解之得 x＝2，∴两侧各有 2 条亮纹． 答案：2 条
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮
解析：两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝 将一束光分成能够发生干涉的两束光，在光屏上形成干涉条纹， 但分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频 率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有红 光和绿光照射到屏幕上．
本题考查在双缝干涉现象中亮暗条纹的判断条件，分清楚 光的路程差与波长如何决定亮暗条纹的情况是解决该题的关 键．
【解析】 由 c＝λf 知绿光的波长为 λ＝cf＝63××1100184 m＝0.5
μm. P 点到双缝 S1、S2 的光的路程差与绿光的半波长相比为：
Δλx1＝00..755＝3， 22
答案：亮纹 暗纹 两条
解析：由题意知，P 到双缝的路程差 δ＝10..55××1100－－66λ1＝3λ1， 满足波长的整数倍，在 P 点形成亮条纹．当单色光波长 λ2＝0.6 μm 时，δ＝10..56××1100－－66λ2＝52λ2，满足半波长的奇数倍，在 P 点形成暗
条纹．在 0～52λ2 范围内12λ2 和32λ2 满足半波长的奇数倍，出现暗条 纹，故此时在中央亮纹和 P 点之间有两条暗纹．
分析双缝干涉中明暗条纹问题的技巧 (1)一般解题步骤： ①由题设情况依 λ 真＝nλ 介，求得光在真空(或空气)中的波 长． ②由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹 还是暗条纹． ③根据明条纹的判断式 Δr＝kλ(k＝0,1,2，…)或暗条纹的判 断式 Δr＝(2k＋1)2λ(k＝0,1,2，…)，判断出 k 的取值，从而判断 条纹数．
(2)应注意的问题： ①λ 真＝nλ 介可以根据 c＝λ 真 f、v＝λ 介 f、n＝vc三个式子推导 得到． ②两列光发生干涉的条件是两列光的频率相同，振动方向 相同，相位差恒定． ③相干光的获得方法． a．将一束光分成两束而获得，此法称为分光法． b．利用激光．
1．能发生干涉的两束光应是( C ) A．亮度一样 B．颜色一样 C．频率相等 D．传播方向相同
提示：不能．两只手电筒属于各自独立发光的光源，两者 发出的光是非相干光，因此它们照射到同一点上时不发生干涉， 所以无干涉条纹．
二、决定条纹间距的条件 1．干涉条件：两列光的 频率 相同、振动方向相同、相
差恒定．
2．相干光源：发出的光能够产生干涉的两个光源． 3．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
亮条纹，如果光波波长是 400 nm，屏上 P 点与 S1、S2 距离差为 1 800 nm，那么 P 处将是 暗 条纹．
解析：由光的干涉条件知光程差为波长的整数倍时就加强， 形成明条纹．δ＝1480000λ＝92λ，将形成暗条纹．
5．用单色光做双缝干涉实验时，已知屏上一点 P 到双缝的 路程差 δ＝1.5×10－6 m，当单色光波长 λ1＝0.5 μm 时，P 点将形 成亮纹还是暗纹？若单色光波长 λ2＝0.6 μm 呢？此时在中央亮 纹和 P 点之间有几条暗纹？
即为半波长的奇数倍，所以 P 点出现暗条纹． Q 点到双缝 S1、S2 的光的路程差与绿光的半波长相比为：
Δλx2＝10..55＝6， 22
即为半波长的偶数倍，所以 Q 点出现亮条纹．
如图表示某双缝干涉的实验装置，当用波长为 0.4 μm 的紫 光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中央亮条纹外，两侧 只看到各有 3 条亮条纹，若换用波长为 0.6 μm 的橙光做实验， 那么该像屏上除中央条纹外，两侧各有几条亮条纹？
3．杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的示意图如图所示．
(2)单缝屏的作用：获得一个线光源，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 上后，又照到间距 很小的双缝 S1、S2 上，这样一束光被分成两束频率相同、振动 情况完全一致的相干光．即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．
A．O 点是红光的暗条纹 B．O 点不是蓝光的亮条纹 C．红光的第一条亮条纹在 P 点的上方 D．蓝光的第一条亮条纹在 P 点的上方
解析：O 点处光程差为零，对于任何光都是振动加强点， 均为亮条纹，故 A、B 错；红光的波长比绿光长，蓝光的波长 比绿光短，根据 Δx＝dl λ 可知，C 正确．
4.如图所示的杨氏双缝干涉图中，小孔 S1、S2 发出的光在像 屏某处叠加时，当光程差为 波长的整数倍 时就加强，形成
【例 1】 两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到 干涉条纹，这是因为( C )
A．两个灯亮度不同 B．灯光的波长太短 C．两个灯光的振动情况不同 D．电灯发出的光不稳定
从两束光发生干涉的条件去分析．
【解析】 一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一 个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的，由点光源 发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的．光的 干涉必须具备的条件：频率相同，振动方向相同，相位差恒定．
重难疑点辨析 双缝干涉图样的特点
1．单色光的干涉图样 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，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与 光的波长有关，波长越大，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．
【典例】 白光是复色光，包含各种颜色的光，不同颜色 的光，其频率不同，因此在空气中传播时的波长不同．用白光 做双缝干涉实验，在屏上可看到干涉条纹，若某点 O 与两狭缝 的距离相等，则( C )
A．干涉条纹是黑白的，O 处是亮条纹 B．干涉条纹是黑白的，O 处是暗条纹 C．干涉条纹是彩色的，O 处是亮条纹 D．干涉条纹是彩色的，O 处是暗条纹
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1.志愿精神可以表述为一种具体化或 日常化 的人文 精神。 作为促 进社区 发展、 社会进 步和社 会成员 个人身 心完善 的一种 价值观 念和社 会心理 ，志愿 精神在 日常生 活层面 的实际 体现形 式就是 志愿行 动。志 愿精神 的兴起 ，作为 一种独 特的社 会文化 形式， 体现了 在不同 层面上 的功能 。
【例 2】 在双缝干涉实验中，光屏上 P 点到双缝 S1、S2 的距离之差 Δx1＝0.75 μm，光屏上 Q 点到双缝 S1、S2 的距离之 差 Δx2＝1.5 μm，如果用频率为 6.0×1014 Hz 的绿光照射双缝， 则( B )
A．P 点出现亮条纹，Q 点出现暗条纹 B．Q 点出现亮条纹，P 点出现暗条纹 C．两点均出现亮条纹 D．两点均出现暗条纹
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，两波源发出的光在挡 板后面的空间互相叠加发生 干涉现象 ．
(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 ．
找两只完全一样的手电筒，照射同一区域，能观察到明暗 相间的干涉条纹吗？
在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩 色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红 光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿 光频率、波长均不相等，这时( C )
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉 条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹 依然存在
解析：产生干涉的条件是两光源的频率相同，振动方向相 同，相位差恒定．
2．从两只相同的手电筒射出的两束光，当它们在某一区域 叠加后，看不到干涉图样，这是因为( D )
A．手电筒射出的光不是单色光 B．干涉图样太细小看不清楚 C．周围环境的光太强 D．这两束光为非相干光
解析：本题虽强调两只手电筒相同，但它们发出的光仍然 是非相干光，不满足产生干涉的条件，所以看不到干涉图样．选 项 D 正确．
考点二 屏上出现亮、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．
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·2λ(k＝0,1,2,3…)．
【解析】 由于不同色光波长不同，对于屏上的某点，其路 程差可能等于某种色光波长的整数倍，但不一定也正好等于其他 色光波长的整数倍，则在该点这种色光为亮条纹，而其他色光不 一定为亮条纹，因此，不同色光在不同位置得到加强，干涉条纹 是彩色的．O 点与两狭缝的路程差为零，因此所有色光都加强， 为亮条纹．故选项 C 正确．
灯丝两侧细密分布着彩色的条纹，而且缝离灯越近，细密的条 纹越清晰，你知道这种现象是如何产生的吗？
提示：这实际上就是双缝干涉现象，从双缝穿过的光叠加 后有的区域加强，有的区域减弱，所以出现条纹，因为白光是 由不同颜色的光组成的复色光，所以叠加后是彩色条纹．
考点一 杨氏干涉实验
1．光的干涉：两列光波在空间传播时相遇，在相遇区域发 生波的叠加，使某些区域的光被加强出现亮条纹，而在另一些 区域的光被减弱出现暗条纹．且加强区域和减弱区域(亮纹和暗 纹)是相互间隔的，这种现象称为光的干涉现象．如图所示．
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纹.
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)2λ(k＝0,1,2,3…)． 如果从能量的角度来看，到达亮纹处的光能量比较集中， 而在暗纹处基本没有光能量传到该处．
条纹．
取曝过光的 135 型胶卷的黑底片，放在玻璃板上，用刀片 沿直尺在胶片上划一条细缝，然后不移动直尺，将刀口稍微偏 一点，再划一条细缝．或者将两张刀片并拢，以刀的前端沿直 尺在胶片上一次划出两道细缝．再一种方法，也可取一小块玻 璃片在上面均匀涂一薄层黑墨汁(最好不用烛焰上熏的烟黑，因 烟灰颗粒大，划出缝太宽)，待干后再用刀片以同样方法划出两 道透明狭缝．缝间距离要小于110 mm.观察时将带缝的板横放在 眼前，通过双缝观看相距半米左右的白炽灯的灯丝，可看到在
第三章
光及其应用
3 光的干涉
01课前自主学习 03课堂效果检测
02课堂考点演练 课时作业
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 单色光 投射到一个有两条狭
3.双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝 S 后，投射到 具有双缝的挡板上，双缝 S1 和 S2 与单缝的距离相等，光通过双 缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹．屏上 O 点距双缝 S1 和 S2 的距离相等，P 点是距 O 点最近的第一条亮条纹．如果将入 射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上 O 点及其上方的干涉条 纹的情况是( C )
2．发生干涉的条件 产生干涉现象的两列光波必须具有相同的频率、相同的振 动方向和恒定的相位差．发出这两列光波的光源叫相干光源． 【拓展延伸】 为什么一般情况下很难观察到光的干涉现 象？ 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．