2022-2023學年高二物理同步寓教于樂（人教版2019選擇性必修一）光的干涉.pptx

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光的干涉 肥皂膜看起來常常是彩色的，雨后公路積水上面漂浮的油膜，經常顯現(xiàn)出彩色條紋。一、觀察現(xiàn)象 兩列機械波的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同，即相干波源會發(fā)生干涉。光是一種電磁波，那么光也應該會發(fā)生干涉現(xiàn)象。如何找到相干光源，并實驗觀察光的干涉現(xiàn)象？單縫雙縫S1SS2屏機械波的干涉 1.兩個獨立的光源發(fā)出的光不是相干光原因:即使頻率(顏色)相同，相位差不恒定。2.1801年托馬斯·楊尋找到的相干光源尋找相干光源狹縫(1)單縫作用：獲得一束線光源，使光源有唯一頻率和振動情況，也可用激光直接照射雙縫。強光二、光的干涉(2)雙縫作用：把一束光分成兩列頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的相干光。雙縫間距為0.1mm。 二、光的雙縫干涉 單縫雙縫S1SS2屏1.實驗現(xiàn)象：屏上形成的明暗相間條紋叫做干涉圖樣2.干涉圖樣的特點：等間距、中央為亮條紋明暗相間、亮條紋的中心線亮條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線二、光的雙縫干涉 S1S2P來自同一束光，為同相位的相干光源。P1S1S2P2d=λ振動加強點條件：（亮條紋）振動減弱點條件：（暗條紋）二、光的雙縫干涉 如圖所示，雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點為P。對屏上與P距離為x的一點P1，兩縫與P1的距離P1S1＝r1，P1S2＝r2。S1S2P1Pldxr2r1M當兩列波的路程差為波長的整數(shù)倍，即相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為：在線段P1S2上作P1M＝P1S1，則S2M＝r2－r1，因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形。有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)①另：x＝ltanθ≈lsinθ②時才會出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：目標：求x二、光的雙縫干涉 S1S2P1Pldxr2r1M當光程差為0時：n=0，稱為中央亮條紋（零級亮條紋）用光程差討論亮條紋：當光程差為時：稱為n級亮條紋思考：n級暗條紋，怎么定義的？稱為n級暗條紋。想想為什么不寫作2n+1？——2n+1，n從0開始取，但沒有0級暗條紋。二、光的雙縫干涉 雙縫S1S2光屏P1第一亮紋△r=λP中央亮紋△r=0P2第二亮紋△r=2λP3/第三亮紋△r=3λP3第三亮紋△r=3λP2/第二亮紋△r=2λP1/第一亮紋△r=λQ2第二暗紋Q1第一暗紋Q3第三暗紋Q3/第三暗紋Q2/第二暗紋Q1/第一暗紋△r=5λ/2△r=λ/2△r=3λ/2△r=5λ/2△r=3λ/2△r=λ/2產生明暗條紋的條件：亮紋：光程差△r=kλ（k=0,1，2，等）暗紋：光程差△r=（2k-1)λ/2(k=1,2,3,等）總結規(guī)律二、光的雙縫干涉 例1在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋．若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光的頻率、波長均不相等，這時()A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋仍然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在D．至少有一種顏色的雙縫干涉條紋C二、光的雙縫干涉 例2在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6μm，若分別用頻率為f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，試分析判斷P點應出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？分別為第幾條亮條紋或暗條紋？(光在真空中的傳播速度c＝3×108m/s)二、光的雙縫干涉 雙縫S1S2光屏P1第一亮紋△r=λP中央亮紋△r=0P2第二亮紋△r=2λP3/第三亮紋△r=3λP3第三亮紋△r=3λP2/第二亮紋△r=2λP1/第一亮紋△r=λQ2第二暗紋Q1第一暗紋Q3第三暗紋Q3/第三暗紋Q2/第二暗紋Q1/第一暗紋△r=5λ/2△r=λ/2△r=3λ/2△r=5λ/2△r=3λ/2△r=λ/2產生明暗條紋的條件：亮紋：光程差△r=kλ（k=0,1，2，等）暗紋：光程差△r=（2k-1)λ/2(k=1,2,3,等）總結規(guī)律二、光的雙縫干涉 S1S2P1Pldxr2r1M條紋間距：將紅光換為紫光，間距如何變化？二、光的雙縫干涉 例31801年，托馬斯·楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質，證實了光的波動性，在光的波動說中具有重要的地位和意義．圖示為雙縫干涉實驗裝置，單縫S在雙縫S1、S2的中心對稱軸上，實驗中在屏上P點剛好得到的是中央亮條紋上方第3級亮條紋，現(xiàn)要使P處出現(xiàn)中央亮條紋上方第4級亮紋，可采取的措施有()A．適當增大屏到雙縫的距離B．適當增大單縫到雙縫的距離C．換用頻率更低的單色光D．換用波長更短的單色光D二、光的雙縫干涉 如果用白光，干涉會怎樣？S1S2P1Pldxr2r1M思考3：中心為什么顏色？——白色思考1：考慮1級亮條紋，從P往上走，最先出現(xiàn)什么顏色光的亮條紋？——紫色思考2：考慮1級亮條紋，從P往上走，最后出現(xiàn)什么顏色光的亮條紋？——紅色——中間白色，兩側彩色條紋白光和單色光有什么區(qū)別？白光為復色光，包含紅橙黃綠青藍紫。因為各種成分亮條紋所在位置不同！二、光的雙縫干涉 由于重力的作用，肥皂薄膜上薄下厚．薄膜上燭焰的像有水平條紋三、薄膜干涉 出現(xiàn)彩色條紋，且為橫向的條紋。三、薄膜干涉 在陽光下，為什么肥皂薄膜上會形成彩色圖樣?由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。思考3：厚度滿足什么出現(xiàn)亮（暗）條紋？思考1：沿著什么方向觀察才能看到干涉條紋？——光入射的方向思考2：厚度為d，光程差等于多少？同一級亮（暗）條紋在厚度相同的地方出現(xiàn)，故薄膜干涉也稱為等厚干涉。①傾角很小，不考慮光的偏折②薄膜很薄，幾納米，零點幾納米三、薄膜干涉 在陽光下，為什么肥皂薄膜上會形成彩色圖樣?由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。思考4：綠光換為紅光，原有的亮條紋會向上還是向下移動？——向下思考5：白光入射會怎樣？①傾角很小，不考慮光的偏折②薄膜很薄，幾納米，零點幾納米三、薄膜干涉會出現(xiàn)彩色的干涉條紋。 三、薄膜干涉 ——檢查光學表面的平整程度入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋。標準樣板待檢部件空氣薄層薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，相當于一張紙。薄膜厚度相等的位置對應的反射光(或透射光)形成的干涉結果相同，故稱為等厚干涉。三、薄膜干涉的應用 ——檢查光學表面的平整程度標準樣板待檢部件空氣薄層薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，相當于一張紙。三、薄膜干涉的應用如果觀察到的干涉條紋不平行，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。這種測量精度可達10-6cm。如果被檢表面是平的，產生的干涉條紋就是平行的； 思考1：如果出現(xiàn)了下面這種干涉條紋，兩處分別是凹陷還是凸起？從A點往里面走厚度都相同，本應出現(xiàn)平直亮條紋，但如果P點凹陷，則達到P點時厚度增加，亮條紋應出現(xiàn)在剛才厚度處，剛才厚度在哪兒，畫正視圖可知向左偏。總結方法：三、薄膜干涉的應用 若將標準板向上平移一段距離，則條紋間距是否變化？三、薄膜干涉的應用 ——增透膜三、薄膜干涉的應用 ——增透膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)。當薄膜的厚度適當時，在薄膜的兩個表面上反射路程差恰好等于半個波長，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。鍍層薄膜三、薄膜干涉的應用 三、薄膜干涉的應用 鍍層薄膜波長為的光入射，問增透膜的厚度d應該滿足什么關系？d至少為多少？錯?。?！為在增透膜中的波長介質變了，波長也就變了。什么不變？——頻率不變——增透膜三、薄膜干涉的應用 1.楊氏雙縫干涉實驗②干涉圖樣的特點①光的干涉條件:相干光③產生明暗條紋的條件單色光照射時:白光照射時:亮紋：光程差δ=kλ暗紋：光程差δ=（2k+1)λ/2④亮（暗）紋間距的公式【總結】三、薄膜干涉條紋間距： 例4如圖所示，把一個平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，這時可以看到明暗相間的條紋．下面關于條紋的說法中正確的是()A．干涉條紋的產生是由于光在上面玻璃板的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結果B．干涉條紋中的暗條紋是由于兩列反射光的波谷與波谷疊加的結果C．將上玻璃板平行上移，條紋間距變窄D．觀察干涉條紋時，應在入射光一側三、薄膜干涉 針對訓練2(多選)(2022·林州一中月考)如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結果在上方觀察到如圖乙所示的內疏外密的同心圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是()A．干涉現(xiàn)象是凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B．干涉現(xiàn)象是凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的D．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的三、薄膜干涉