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学案1 光的干涉
[学习目标定位] 1.知道什么是相干光及光产生干涉现象的条件.2.观察光的干涉现象，认识干涉条纹的特点.3.理解双缝实验中明、暗条纹的位置特点.4.了解薄膜干涉现象，知道薄膜干涉条纹的特点．
波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉．
1．1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉．
2．如图1，让一束单色光投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，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，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，挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹．
图1
3．明暗条纹位置的判断方法
λ
当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的偶数倍(即波长λ的整数倍)时，光在这点相互
2λ
加强，这里出现明条纹；当路程差为半波长的奇数倍时，光在这点相互削弱，这里出现暗条
2纹．
一、双缝干涉
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如图2所示，机械波可以产生波的干涉现象，形成稳定的干涉图样；如果我们先假设光是一种波，那么按照我们所学的波动知识，光要发生干涉现象需要满足什么条件？
图2
答案 两光源必须有相同的频率，即两光源为相干光． [要点提炼]
1．杨氏双缝干涉实验：
图3
(1)双缝干涉的装置示意图
实验装置如图3所示，有光源、单缝、双缝和光屏．
(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．也可用激光直接照射双缝．
(3)双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，后又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．
(4)实验现象：①若用单色光作光源，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹． ②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． (5)实验结论：光是一种波．
2．光产生干涉的条件：两列光的频率相同、相位相同、振动方向相同．杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的． 二、明暗条纹位置的判断方法 [问题设计]
机械波发生干涉现象时，形成的图样有什么特点？光发生干涉现象时为什么会出现明暗相间的条纹？
答案 机械波的干涉图样的特点是：振动加强区和减弱区相互间隔，其分布不变． 光发生干涉现象时，振动加强区和振动减弱区也会交替分布．反映在屏上，振动加强区，光能量较强——亮；振动减弱区，光能量较弱——暗，即得到明暗相间的干涉条纹． [要点提炼]
屏上某处出现亮、暗条纹的条件 精品文档
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1．出现亮条纹的条件：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：
λ
|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)
2
(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为亮条纹的级数．)
2．出现暗条纹的条件：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：
λ
|PS1－PS2|＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)
2(k为暗条纹的级数，从第1级暗条纹开始向两侧展开)． 二、薄膜干涉
[问题设计] 1．在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光．把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜．把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像如图4所示．这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验情况又会如何？
图4
答案 灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成．如果用白光做实验，肥皂膜上会出现彩色水平条纹．
2．马路积水上的油膜呈现彩色图样，这是光的什么现象？ 答案 光在积水上的油膜上发生了薄膜干涉． [要点提炼] 1．薄膜干涉的原理
光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差等于膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹． 2．薄膜干涉中应注意的问题
(1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧) (2)用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹． (3)每一条纹是水平(填“水平”或“竖直”)的． 3．薄膜干涉的应用
(1)用干涉法检查平面的平整度． (2)光学仪器上的增透膜．
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精品文档 一、杨氏干涉实验
例1 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏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( )
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．有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹 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，在屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿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，但屏上仍会有光亮，故选C. 答案 C
二、决定干涉明、暗条纹的条件
例2 在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是( )
A．单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹 B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹
C．单色光f1照射时出现亮条纹，单色光f2照射时出现暗条纹 D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现亮条纹
解析 判定某处是亮条纹还是暗条纹，关键是看该处到两光源的光程差是该光波长的倍数情况，若是整数倍，该处为亮条纹；若为半波长的奇数倍，则为暗条纹．
3×108c
单色光f1的波长λ1＝＝ m＝0.6 μm.
f15.0×1014c
单色光f2的波长λ2＝＝0.4×10－6 m＝0.4 μm
f23
可见Δs＝λ1，Δs＝λ2，故用f1照射时，P点出现亮条纹，f2照射时，P点出现暗条纹．
2答案 C 三、薄膜干涉
例3 用如图5所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
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