第4章 3 光的干涉

3．光的干涉

学习目标：1.[物理观念]观察光的干涉现象，认识干涉条纹的特点． 2.[物理观点]知道相干光源的概念和产生干涉现象的条件． 3.[科学思维]能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置和特点．

☆阅读本节教材，回答第90页“问题”并梳理必要知识点．教材第90页问题提示：这些彩色条纹是通过发生干涉产生的．

一、光的双缝干涉

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缝S1和S2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：光是一种波．

1．双缝干涉的条件必须有相干光源，且双缝间的距离必须很小．

2．杨氏干涉实验采用将一束光一分为二的方法获得相干光源．

3．决定条纹明暗的条件

(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现明条纹．

(2)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长λ

2的奇数倍时，两列光波在

这点相互减弱，出现暗条纹．

4．干涉条纹和光的波长之间的关系

(1)亮条纹中心的位置：x＝n l

dλ(n＝0，±1，±2…)

(2)相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距是：

Δx＝l

dλ.

二、薄膜干涉

1．不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，一束自前后两个面的反射光的路程差不同．在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现了亮条纹；在另一位置，叠加后相互削弱，出现了暗条纹．

2．薄膜干涉在技术上的应用．可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射，还可以利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)直接用强光照射双缝，发生干涉．(×)

(2)两只手电筒射出的光束在空间相遇，能观察到光的干涉现象．(×)

(3)用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹．(√)

(4)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹．(×)

2．(多选)以下光源不可作为相干光源的是()

A．两个相同亮度的烛焰

B．双丝灯泡

C．出自一个光源的两束光

D．一束平行单色光经双缝后分为两束

AB[相干光的条件，必须是频率相同，相位差恒定．]

3．(多选)关于光的干涉，下列说法不正确的是()

A．只有频率相同的两列光波才能产生干涉

B．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定

C．频率相同、振幅相同的两束光才能产生干涉

D．两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到达屏上的路

程差是光波长的整数倍时出现亮条纹

BC[发生干涉现象时两列光的频率必须相同，振幅不一定相同，选项A正确，C错误；频率不同不能产生干涉，而不是干涉不稳定，选项B错误；干涉发生时出现亮条纹的条件是路程差是波长的整数倍或者半波长的偶数倍，选项D 正确．]

光的双缝干涉

为什么会出现双缝干涉现象？

提示：灯泡发出的光经挡板上的双缝后形成两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，这两个光源在空中的叠加区域出现振动加强和振动减弱交替分布的现象，这就是双缝干涉现象．

两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，且加强区和减弱区相互间隔，从而出现明暗相间条纹的现象叫光的干涉现象．

2．干涉条件

两列光的频率相同，振动方向相同且相位差恒定．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源通常可用同一束光分成两列而获得，称为分光法．

3．杨氏干涉实验法

利用如图所示装置，让一束平行的单色光(例如激光)

射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距

很近(约0.1 mm)．如果光是一种波，这样的两条狭缝即成

为振动情况总相同的两个波源．两个波源发出来的光在挡板后面的空间相互叠加，观察到的现象：光在一些位置相互加强，在另一些位置相互减弱，在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹．

4．杨氏实验的意义：证明了光的确是一种波．

【例1】某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，C为光屏．当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹，移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因可能是()

A．单缝S太窄

B．单缝S太宽

C．S到S1和S2距离不相等

D．阳光不能作为光源

B[双缝干涉中单缝的作用是获得线光源，而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的，这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽，得不到线光源．故选项B正确．]

[跟进训练]

1．真空中，由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象．这是因为()

A．两个光源发出光的频率相同

B．两个光源发出光的强度不同

C．两个光源的光速不同

D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源

D[题中两光源发出的光都是白光，频率不确定，没法比较，选项A错误；光的强度对光的干涉没有影响，选项B错误；光速在真空中是确定的，它对光的干涉也没有影响，选项C错误；不同光源发出的光频率一般不同，所以不会产生干涉现象，这样的光源不是相干光源，选项D正确．]