第四章光及其應(yīng)用第四節(jié)光的干涉學(xué)習(xí)任務(wù)1．理解光的干涉的形成條件與干涉條紋的特點(diǎn)．2．理解產(chǎn)生明暗條紋的條件，理解條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系．3．了解薄膜干涉的現(xiàn)象、原理和應(yīng)用．必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備01知識(shí)梳理基礎(chǔ)自測(cè)知識(shí)點(diǎn)一光的雙縫干涉現(xiàn)象1．將一支激光筆發(fā)出的光照射在雙縫上，雙縫平行于屏，在屏上觀察到了________的條紋．2．光的干涉實(shí)驗(yàn)最早是英國(guó)物理學(xué)家__________在1801年成功完成的，楊氏實(shí)驗(yàn)直接證明了光的____特性．明暗相間托馬斯·楊波動(dòng)

相同恒定相同相干波整數(shù)奇數(shù)2．干涉條紋間距公式(1)屏上相鄰明條紋(或暗條紋)間的距離Δx＝___，式中L為觀察屏到雙縫擋板的距離，d為_(kāi)_______的距離，λ為光的波長(zhǎng)．(2)用不同顏色的光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)，條紋間距____，紅光條紋間距____，黃光條紋間距比____小，用藍(lán)光時(shí)更?。獾牟ㄩL(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋的間距____．

λ雙縫之間不同最大紅光越大知識(shí)點(diǎn)三薄膜干涉1．定義薄膜干涉是光通過(guò)薄膜時(shí)產(chǎn)生的干涉．薄膜可以是透明____、____或由兩塊玻璃所夾的____薄層．2．薄膜干涉是液膜前后兩個(gè)面____的光相遇后形成的．3．不同位置液膜前后兩個(gè)面的反射光的______不同，某些位置兩列反射光疊加后相互____，出現(xiàn)亮條紋；另一些位置，兩列反射光疊加后相互____，出現(xiàn)暗條紋．固體液體氣體反射光程差加強(qiáng)削弱4．應(yīng)用舉例(1)在相機(jī)的鏡頭上通過(guò)鍍上增透膜產(chǎn)生干涉，增加____，減少____．(2)航天員的頭盔和面罩表面都鍍有一層增反膜，以削弱紅外線(xiàn)對(duì)人體的____．透射反射透射1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)．(1)如果兩列光波到達(dá)某點(diǎn)時(shí)，路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，這兩列波互相加強(qiáng)，在那里就出現(xiàn)亮條紋． (

)(2)在干涉條紋中，相鄰兩條亮紋或暗紋之間的距離是相等的． (

)(3)薄膜干涉是通過(guò)兩個(gè)表面折射的光線(xiàn)產(chǎn)生的． (

)(4)增透膜的厚度應(yīng)等于光在空氣中的波長(zhǎng)的二分之一． (

)√√××2．從兩只相同的手電筒射出的光，當(dāng)它們?cè)谀骋粎^(qū)域疊加后，看不到干涉圖樣，這是因?yàn)?

)A．手電筒射出的光不是單色光 B．干涉圖樣太細(xì)小看不清楚C．周?chē)h(huán)境的光太強(qiáng) D．這兩束光為非相干光源D

[本題雖然強(qiáng)調(diào)兩只相同的手電筒，但它們發(fā)出的光仍然頻率不同．不滿(mǎn)足干涉產(chǎn)生的條件，看不到干涉圖樣，所以D正確，A、B、C錯(cuò)誤．]√

√√

關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點(diǎn)1楊氏雙縫干涉考點(diǎn)2薄膜干涉及應(yīng)用如圖所示是楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的示意圖，請(qǐng)問(wèn)在該實(shí)驗(yàn)中單縫屏和雙縫屏分別所起的作用是什么？提示：?jiǎn)慰p屏是為了獲得具有唯一頻率和振動(dòng)情況的線(xiàn)光源；雙縫屏是為了獲得兩束頻率相同、振動(dòng)情況完全一致的相干光．◆考點(diǎn)1

楊氏雙縫干涉1．雙縫干涉的示意圖

3．干涉圖樣的特點(diǎn)(1)單色光的干涉圖樣特點(diǎn)：中央為亮條紋，兩邊是明、暗相間的條紋，且相鄰亮條紋與亮條紋中心間、相鄰暗條紋與暗條紋中心間的距離相等．(2)白光的干涉圖樣：若用白光做實(shí)驗(yàn)，則中央亮條紋為白色，兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，彩色條紋顯示不同顏色光的干涉條紋間距是不同的．這是因?yàn)椋焊鞣N色光都能形成明暗相間的條紋，都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋，兩側(cè)條紋間距與各色光的波長(zhǎng)成正比，條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋．【典例1】如圖所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)使用波長(zhǎng)為6×10-7m的橙色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏P點(diǎn)及上方的P1點(diǎn)形成相鄰的亮條紋．若使用波長(zhǎng)為4×10-7m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，在P和P1點(diǎn)形成的亮、暗條紋的情況是(

)A．P和P1都是亮條紋

B．P是亮條紋，P1是暗條紋C．P是暗條紋，P1是亮條紋

D．P和P1都是暗條紋[思路點(diǎn)撥]

(1)光的路程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋．(2)光的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋．√

[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差d＝0.6μm.若分別用頻率為f1＝5.0×1014Hz和頻率為f2＝7.5×1014Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)條紋的情況是(

)A．用頻率為f1的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋B．用頻率為f1的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋C．用頻率為f2的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋D．用頻率為f2的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋√√

2．用干涉法檢查平面平整度如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的．如果被測(cè)表面某處凹下，則對(duì)應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中

P條紋所示；如果某處凸起來(lái)，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中Q所示．(注意：“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指由左到右的位置順序上)

(3)由于白光中含有多種波長(zhǎng)的光，所以增透膜只能使其中一定波長(zhǎng)的光相消．(4)因?yàn)槿藢?duì)綠光最敏感，一般選擇對(duì)綠光起增透作用的膜，所以在反射光中綠光強(qiáng)度幾乎為零，而其他波長(zhǎng)的光并沒(méi)有完全抵消，所以增透膜呈現(xiàn)淡紫色．【典例2】

(多選)光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用．例如，在磨制各種鏡面或其他精密的光學(xué)平面時(shí)，可以用干涉法檢查平面的平整程度．如圖所示，在被測(cè)平面上放一個(gè)透明的樣板，在樣板的一端墊一個(gè)薄片，使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被測(cè)平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄層．用單色光從上面照射，在樣板上方向下觀測(cè)時(shí)可以看到干涉條紋．如果被測(cè)表面是平整的，干涉條紋就是一組平行的直線(xiàn)(如圖甲)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．這是空氣層的上下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉B．空氣層厚度相同的地方，兩列波的路程差相同，兩列波疊加時(shí)相互加強(qiáng)或相互削弱的情況也相同C．如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測(cè)表面彎曲對(duì)應(yīng)位置向下凹D．如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測(cè)表面彎曲對(duì)應(yīng)位置向上凸√√√ABC

[在標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被測(cè)平面間形成了很薄的空氣薄膜，用單色光從標(biāo)準(zhǔn)平面上面照射，從空氣薄膜的上下表面分別反射的兩列光波頻率相等，符合相干條件，在樣板平面的下表面處發(fā)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的條紋，A正確；在空氣層厚度d相等的地方，兩列波的波程差均為2d保持不變，疊加時(shí)相互加強(qiáng)和削弱的情況是相同的，屬于同一條紋，故薄膜干涉也叫等厚干涉，B正確；薄膜干涉條紋，又叫等厚條紋，厚度相同的地方，應(yīng)該出現(xiàn)在同一級(jí)條紋上．題圖乙中條紋向左彎曲，說(shuō)明后面較厚的空氣膜厚度d，在左面提前出現(xiàn)，故左方存在凹陷現(xiàn)象，C正確，D錯(cuò)誤．故本題選ABC.]被測(cè)平面凹下或凸起的形象判斷法被測(cè)平面凹下或凸起的形象判斷法——矮人行走法．即把干涉條紋看成“矮人”的行走軌跡．讓一個(gè)小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走，始終保持腳踏被測(cè)板，頭頂樣板，在行走過(guò)程中：(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去繞，方可按上述要求過(guò)去，即條紋某處彎向薄膜尖端，該處為一凹下．(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去繞，方可按上述要求過(guò)去，即條紋某處彎向薄膜底部，該處為一凸起．因此，條紋向薄膜尖端彎曲時(shí)，說(shuō)明下凹，反之，上凸．[跟進(jìn)訓(xùn)練]◆訓(xùn)練角度1肥皂膜干涉2．用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象．圖甲是點(diǎn)燃的酒精燈(在燈芯上撒些鹽)，圖乙是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈．將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是(

)A．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°D．干涉條紋保持原來(lái)狀態(tài)不變√D

[豎直肥皂液薄膜是由于重力作用產(chǎn)生的上薄下厚的薄膜，所以金屬絲圈的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，改變不了肥皂液薄膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知，同一厚度處的干涉條紋在同一級(jí)次上，所形成的干涉條紋都是水平的，與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)，仍然是水平的干涉條紋，D正確．]

√

學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)031．(多選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是(

)A．相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的B．把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩明條紋間距變寬C．只有頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同的兩列光才能發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象D．頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定1234√5AC

[在干涉中，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的，A正確；入射光波長(zhǎng)越大，條紋間距越大，入射光由紅光換成紫光，波長(zhǎng)變短，相鄰兩明條紋間距變窄，B錯(cuò)誤；只有頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同的兩列光才能發(fā)生干涉現(xiàn)象，C正確，D錯(cuò)誤．]√2．如圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用單色光為普通光加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的條紋是由下列哪兩個(gè)表面反射的光線(xiàn)疊加而成的(

)A．a(chǎn)的上表面和b的下表面 B．a(chǎn)的上表面和b的上表面C．a(chǎn)的下表面和b的上表面 D．a(chǎn)的下表面和b的下表面1234√5C

[本題關(guān)鍵是找到使光線(xiàn)發(fā)生干涉的薄膜，本題中a是樣本，b是被檢查的平面，而形成干涉的兩束反射光是a、b間的空氣薄層上下表面反射的，所以選C.]3．(多選)a光經(jīng)過(guò)某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示，若只將a光換成b光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示．則下述正確的是(

)A．a(chǎn)光的頻率較大 B．b光的頻率較大C．a(chǎn)光的波長(zhǎng)較大 D．b光的波長(zhǎng)較大1234√5

√4．利用薄膜干涉的原理可以檢查平面的平整度和制成鏡頭增透膜．圖甲中，讓單色光從上方射入，這時(shí)從上方看可以看到明暗相間的條紋，下列說(shuō)法正確的是(

)12345A．圖甲中將薄片向著劈尖方向移動(dòng)使劈角變大時(shí)，條紋變疏B．圖甲中將樣板微微平行上移，條紋疏密不變C．在圖甲中如果看到的條紋如圖乙所示，說(shuō)明被檢平面在此處是凸起D．圖丙中鍍了增透膜的鏡頭看起來(lái)是有顏色的，那是增透了這種顏色的光的緣故12345√B

[當(dāng)將薄片向著劈尖方向移動(dòng)使劈角變大時(shí)，相鄰亮條紋或暗條紋中心間距變小，所以干涉