知识讲解 光的干涉 和色散

光的干涉

【学习目标】

1.知道光的干涉现象与干涉条件,并能从光的干涉现象中说明光就是一种波.

2.理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因.

3.了解相干光源,掌握产生干涉的条件.

4.明确《用双缝干涉测量光的波长》实验原理.

5.知道实验操作步骤.

6.会进行数据处理与误差分析. 【要点梳理】 要点一、光的干涉

1.光的干涉

(1)光的干涉:在两列光波的叠加区域,某些区域相互加强,出现亮纹,某些区域相互减弱,出现暗纹,且加强与减弱的区域相间,即亮纹与暗纹相间的现象.

如图所示,让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝1S 与2S 的挡板上,狭缝1S 与2S 相距很近.如果光就是一种波,狭缝就成了两个波源,它们的振动情况总就是相同的.这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,发生干涉现象,光在一些位置相互加强,在另一些位置相互削弱,因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹.

(2)干涉条件:两列光的频率相同,振动情况相同且相差恒定.能发生干涉的两列波称为相干波,两个光源称为相干光源,相干光源可用同一束光分成两列而获得,称为分光法.

2.屏上某处出现明、暗条纹的条件

同机械波的干涉一样,光波的干涉也有加强区与减弱区,加强区照射到光屏上出现亮条纹,减弱区照

射到光屏上就出现暗条纹.对于相差为0的两列光波如果光屏上某点到两个波源的路程差就是波长的整数倍,该点就是加强点;如果光屏上某点到两个波源的路程差就是半波长的奇数倍,该点就是减弱点.因此,出现亮条纹的条件就是路程差:k δλ=,012k =L ，，， 出现暗条纹的条件就是路程差:(21)

2

k λ

δ=+,012k =L ，，，

如图所示,若P ＇就是亮条纹,则21r r k λ=－(012k =L ，，，).

由图知:2

2212d r L x ⎛

⎫=+- ⎪⎝⎭,

2

2

2

2

2d r L x ⎛

⎫=++ ⎪⎝

⎭,22212r r dx -=,

由于d 很小,212r r L +≈,所以21d r r x L

-=, 21()r r L L

x k d d

λ-=

=(012k =L ，

，，),该处出现亮条纹. 当0k =时,即图中的P 点,12S S 、到达P 点的路程差为零,P 一定就是振动加强点,出现亮纹,又叫中央亮纹.

当1k =时,为第一亮纹,由对称性可知在P 点的下方也有与P 点上方相对称的亮纹. 同理,由21(21)2

r r k λ

-=+(012k =L ，

，，), 可得(21)

2

L x k d λ

=+⋅(012k =L ，

，，),该处出现暗条纹. 3.双缝干涉条纹特征

有关双缝干涉问题,一定要用双缝干涉的特点进行分析,一就是两缝间距d 应很小;二就是照射到两缝上的光波必须就是相干光;三就是两相邻亮纹或两相邻暗纹间的距离L

x d

λ∆=

;四就是出现亮纹的条件就是路程差21r r k δλ==－,012k =L ，

，，;出现暗纹的条件就是路程差

21(21)2

r r k λ

δ=-=+⋅

(012k =L ，

，，);五就是白光的干涉条纹为彩色,但中央亮纹仍为白色;六就是单色光的干涉条纹宽度相同,明暗相间,均匀分布.不同色光条纹宽度不同,波长越长的干涉条纹的宽度越

大;七就是白光干涉时,各色光的条纹间距离不等. 4 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频率一般不同,即使就是同一光源,它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率与恒定的相差,在一般情况下,很难找到那么小的缝与那些特殊的装置.故一般情况下不易观察到光的干涉现象.

要点二、用双缝干涉测量光的波长解题依据 1.实验目的

(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样;

(2)测定单色光的波长. 2.实验原理

(1)光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹.如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹.

(2)若双缝到屏的距离用z 表示,双缝间的距离用d 表示,相邻两条亮纹间的距离用x ∆表示,则入射光的波长为d x

l

λ∆=

.实验中d 就是已知的,测出l 、x ∆即可测出光的波长λ. 3.实验器材

双缝干涉仪包括:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺.

4.实验装置

如图所示,将直径约10 cm 、长约l m 的遮光筒平放在光具座上,筒的一端有双缝,另一端装上毛玻璃做光屏,其上有刻度,先取下双缝,打开光源,调节光源高度,使它发出的一束光恰沿遮光筒的轴线照亮光屏,然后放好单缝与双缝,两屏相距5 cm 10 cm ～,使缝互相平行,且位于轴线上,这时可瞧到彩色干涉条纹,若在单缝屏与光源之间放置一块滤光片,则可观察到单色干涉条纹.

5.实验步骤

(1)调节双缝干涉仪,观察光的双缝干涉现象;

(2)用单色光入射得到干涉条纹,测出n 条亮纹的距离a ,得相邻条纹的距离(1)x a

n ∆=／－; (3)利用已知的双缝间距d ,用刻度尺测出双缝到屏的距离l ,根据公式/d x l λ=∆计算出波长;

(4)换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹间的距离有什么变化,并求出相应的波长. 要点诠释:①某种颜色的滤光片只能让这种颜色的光通过,其她颜色的光不能通过. ②条纹间距用测量头测出.

③单缝与双缝闻的距离在5 cm 10 cm ～. 6.注意事项

(1)调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮; (2)放置单缝与双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上;

(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心,记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条条纹间的距离;