第3課光的干涉

學(xué)習(xí)目標(biāo)

課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.通過(guò)觀察現(xiàn)象和演示實(shí)驗(yàn)，了解光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波，進(jìn)一步認(rèn)

觀察光的干涉現(xiàn)象，了解

識(shí)光的本性。

現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其

2.知道雙縫干涉的原理，相鄰紋間距表達(dá)式。

在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

3.知道薄膜干涉的原理，相鄰紋間炬的決定因素。

預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)

（-）課前閱讀：

干涉條件、判斷某點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)或者減弱的方法（動(dòng)態(tài)圖解、公式法）、增透膜、增反膜。

（二）基礎(chǔ)梳理

一、雙縫干涉

1、光的干涉【概念銜接】頻率、相位差、疊加

⑴定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某【拓展補(bǔ)充】若用普通光做實(shí)驗(yàn)，需要取出一列光波分成兩列。

些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)一條紋，某【即學(xué)即練】I.如圖所示，用頻率為了的單色光（激光）垂直照射雙

些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)一條紋，且加縫，在光屏的〃點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c,則P到雙縫

強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象.S1、S2的距離之差出一間應(yīng)為（

（2）條件：兩束光的頻率、振動(dòng)

方向,相位差恒定.

⑶雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：?jiǎn)紊庹丈?/p>

時(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條A.eq

紋；白光照射時(shí)，中央為一條紋，其C.eq

余為條紋.答案D

2.雙縫干涉

解析出現(xiàn)第3條暗條紋，說(shuō)明與、S2到P點(diǎn)距離之差為-I)

(1)條紋間距：Ax=___________,對(duì)

J5S5c

同一雙縫干涉裝置，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，=g(2X3—1)=丞，而所以比一門(mén)|=手=全故D正確.

干涉條紋的間距_____.2.如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀

⑵明暗條紋的判斷方法：察到干涉條紋.要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()

相干光源8、S2發(fā)出的光到屏上P'A.增大$與S2的間距

—

點(diǎn)的路程差為Ar=r2H.B.減小雙縫屏到光屏的距離

當(dāng)Ar=A7(A=0,I,2…)時(shí)，光屏上P'C.將綠光換為紅光

處出現(xiàn)一條紋.D.將綠光換為紫光

當(dāng)"=(2A+1依=0,1,2…)時(shí)，光屏答案C

上P'處出現(xiàn)一條紋.解析據(jù)光的干涉產(chǎn)生的條紋間距滿(mǎn)足的關(guān)系可知，增大$

答案：1、光的干涉與S2的間距，條紋間距減小，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；減小雙縫屏到光屏的距

⑴定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某離，條紋間距減小，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；將綠光換成紅光，波長(zhǎng)增大，條

些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些紋間距增大，C選項(xiàng)正確；綠光換成紫光，波長(zhǎng)減小，條紋間距減

區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)小，D選項(xiàng)錯(cuò)誤.

區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象.【微點(diǎn)撥】看波程差與波長(zhǎng)的關(guān)系

(2)條件：兩束光的頻率相同、振動(dòng)方

向相同，相位差恒定.

⑶雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：?jiǎn)紊庹丈?/p>

時(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條

紋；白光照射時(shí)，中央為白色亮條紋,

其余為彩色條紋.

2.雙縫干涉

⑴條紋間距：."=夕，對(duì)同一雙縫

干涉裝置，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋

的間距越大.

(2)明暗條紋的判斷方法：

如圖所示，相干光源Si、S'發(fā)出的光

到屏上尸'點(diǎn)的路程差為Ar=「2—八

當(dāng)立=Q.(A=0,l,2…)時(shí)，光屏上P'

處出現(xiàn)明條紋.

當(dāng)"=(2A+lg(A=0,l,2…)時(shí)，光屏

上P'處出現(xiàn)暗條紋.

形成原因：如圖所示，豎直的肥皂薄【概念銜接】干涉、薄膜、疊加

膜，由于重力的作用，形成上薄下厚【拓展補(bǔ)充】薄膜干涉又叫等厚干涉

的楔形.光照射到薄膜上時(shí)，從膜的前【即學(xué)即練】1、（多選）如圖所示，把?個(gè)凸透鏡的彎曲表面壓在

表面44'和后表面呂朋分別回另一個(gè)玻璃平面上，讓旭色光從上方射入，這時(shí)可以看到亮暗相間

來(lái),形成兩列頻率相同的光波.并日.的同心回環(huán),對(duì)這些亮暗廁環(huán)的相關(guān)說(shuō)法合理的是（）

疊加.A.遠(yuǎn)離中心點(diǎn)處亮環(huán)的分布較密

答案：形成原因：如圖所示，豎直的B.用白光照射時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)干涉形成的圓環(huán)

肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上C.這些亮暗圓環(huán)是透鏡曲面上反射光與透鏡上方平面上的反射光干

薄下厚的楔形.光照射到薄膜上時(shí)，從涉形成的

膜的前表面AA'和后表面〃沙分別D.與同一亮環(huán)相對(duì)應(yīng)的空氣薄膜的厚度是相同的

反射回來(lái)，形成兩列頻率相同的光波,答案AD

并且疊加.解析遠(yuǎn)離中心點(diǎn)處亮環(huán)的分布較密，故A正確；用白光照射時(shí),

仍然會(huì)出現(xiàn)干涉形成的圓環(huán)，故B錯(cuò)誤：這些亮暗圓環(huán)是透鏡曲面

上反射光與玻痛平面上的反射光干涉形成的，故C錯(cuò)誤；與同一亮

環(huán)相對(duì)應(yīng)的空氣薄膜的厚度是相同的，故D正確.

2.如圖所示，把一矩形均勻薄玻璃板ABCD壓在另一個(gè)矩形平行玻

璃板上，一端用薄片墊起，將紅單色光從上方射入，這時(shí)可以看到

明暗相間的條紋，下列關(guān)于這些條紋的說(shuō)法中正確的是（）

A.條紋方向與48邊平行

B.條紋間距不是均勻的，越靠近4c邊條紋間距越大

C.減小薄片的厚度，條紋間距變小

D.將紅單色光換為藍(lán)單色光照射，則條紋間距變小

答案D

解析薄膜干涉的光程差A(yù)r=2J（d為薄膜厚度），厚度相同處產(chǎn)生

的條紋明暗情況相同，因此條紋應(yīng)與8c邊平行，故A錯(cuò)誤；因?yàn)?/p>

兩玻璃間形成的空氣膜厚度均勻變化，因此條紋是等間距的，故B

錯(cuò)誤；減小薄片厚度，條紋間距將增大，故C錯(cuò)誤；將紅光換成藍(lán)

光照射，入射光波長(zhǎng)減小，條紋間距將減小，故D正確。

【微點(diǎn)撥】紋的形狀看等厚點(diǎn)的分布，紋的疏密看波長(zhǎng)與尖角

（三）預(yù)習(xí)作業(yè)

1.判斷題:

（1）只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。（）

因易得該礦泉水的折射率為“，A、C正確。

VZ2A2

2.如圖所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，0和S2為雙縫,P是光屏上的一點(diǎn)，已知P點(diǎn)與$和S2距離之差為2.1X10

6m,今分別用A、8兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，問(wèn)尸點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？

(1)己知C光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為4X10-7m；

(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長(zhǎng)為3.I5X107m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí)，臨界角為37°(sin37。=0.6,

cos370=0.8)；

(3)若用A光照射時(shí)，把其中?條縫遮住，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。

解析：(1)設(shè)人光在空％中波長(zhǎng)為L(zhǎng),在介質(zhì)中波長(zhǎng)為幻，由〃=§=年得

uA2

_77

A1=WA2=1.5X4X10m=6X10^m

根據(jù)路程差A(yù)x=2.IX10-6m

△x2.1X10-6m

所以M=21-6X10-7m=3.5

由此可知，從與和S2到0點(diǎn)的路程差原是A光波長(zhǎng)&的3.5倍，所以P點(diǎn)為暗條紋。

(2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinC=］得

15

〃=而喬=3

由此可知，B光在空氣中波長(zhǎng)小為

人=就^=|x3.15X10-7m=5.25X10-7m

A.r2.1X10~6m

所以郎=27=5.25X|()-7m=4

可見(jiàn)，用8光作光源，戶(hù)點(diǎn)為亮條紋。

(3)光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，兩邊條紋逐漸變窄變暗。

答案：(1)暗條紋(2)亮條紋(3)見(jiàn)解析

環(huán)節(jié)二薄膜干涉

問(wèn)題探究1：劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一

端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜.當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉

條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點(diǎn)：

(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；

(2)任意相鄰亮條紋和暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定.

現(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去?張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋

A.變疏B.變密C.不變D.消失

答案A

解析

而曲跳鍛猊鍛

亮條政亮條儀亮條蚊

如圖所示，若抽去一張紙片，則三角截而空氣層的傾角變小，則干涉條紋變疏，A正確.

問(wèn)題探究2：（多選）利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度，如圖3）所示，現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)板M和待檢工

件N間形成一楔形空氣薄層，并月單色光照射，可觀察到如圖⑻所示的干涉條紋，條紋的彎曲處尸和。對(duì)

應(yīng)于A和8處，下列判斷中正確的是（）

A.N的上表面人處向上凸起

B.N的上表面8處向上凸起

C.條紋的c、d點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同

D.條紋的4、e點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同

答案AC

體系構(gòu)建

激光、普通光干涉雙縫干涉、薄腴干涉

記憶清單

一、雙縫干涉

★學(xué)習(xí)聚焦：條紋間距：Ax=」入

----------------------------------------H-

二、薄膜干涉

★學(xué)習(xí)聚焦：紋的形狀看等厚點(diǎn)的分布，紋的疏密看波長(zhǎng)與尖角

強(qiáng)化訓(xùn)練

1、光熱轉(zhuǎn)換是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為其他物質(zhì)內(nèi)能的過(guò)程，太陽(yáng)能熱水器如圖所示，就是一種光熱轉(zhuǎn)換裝置，它

的主要轉(zhuǎn)化器件是真空玻璃管，這些玻璃管將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成水的內(nèi)能.真空玻璃管上采用鍍膜技術(shù)增加透

射光，使盡可能多的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，這種鍍膜技術(shù)的物理依據(jù)是（）

A.光的直線(xiàn)傳播B.光的粒子性

C.光的干涉D.光的衍射

答案C

解析真空玻璃管上的鍍膜是一層增透膜，利用了光的干涉的原理，故選項(xiàng)C正確.

2、（多選）在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干

涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是（）

A.改用紅色激光

B.改用藍(lán)色激光

C.減小雙縫間距

D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)

E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)

解析；選ACD山夕可知，改用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的激光照射在雙健上，相鄰亮條紋的間距Ax增大，A項(xiàng)正

確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；減小雙縫間距d,相鄰亮條紋的間距Ax增大，C項(xiàng)正確；將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)，

增大了屏幕與雙縫的距離/,相鄰亮條紋的間距Ai增大，D項(xiàng)正確；相鄰亮條紋的間距與光源到雙縫的距

離元關(guān)，E項(xiàng)錯(cuò)誤。

3.（多選）把一平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方

射入，如圖所示.這時(shí)可以看到明暗相間的條紋.下面關(guān)于條紋的說(shuō)法中正確的是（）

薄片

A.干涉條紋是光在空氣尖劈膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果

B.干涉條紋中的暗條紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果

C.將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng)

D.觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè)

解析根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣劈尖膜前后表面反射的兩列光亮加而成，當(dāng)波峰與波

峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，形成亮條紋，所以A項(xiàng)對(duì)，B項(xiàng)錯(cuò).因相干光是反對(duì)光，故觀察

薄膜干涉時(shí)，應(yīng)在入射光的同一例，故D項(xiàng)錯(cuò)誤.條紋的位置與空氣劈尖膜的厚度是對(duì)應(yīng)的，當(dāng)上被踏板

平行上移時(shí)，同一厚度的空氣劈尖膜向劈尖移動(dòng)，故條紋向著劈尖移動(dòng)，故C項(xiàng)正確.

答案AC

4、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上點(diǎn)P的距離之差為0.6若分別用頻率為力=5.0X10MHZ和力=

7.5X10"Hz的單色光垂直照射雙縫，試分析判斷點(diǎn)尸應(yīng)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？分別為第幾條亮條紋或暗

條紋？

答案見(jiàn)解析

解析如圖所示，雙縫Si、S到光屏上任一點(diǎn)P的路程差A(yù)r=S2s2’，當(dāng)△「等于單色光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),

S2和S同時(shí)到達(dá)波峰或波谷，由與和S2發(fā)出的光在點(diǎn)P互相加強(qiáng)，點(diǎn)P出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)△廠(chǎng)等于單色光半

個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，若Sz到達(dá)波峰（波谷），則&到達(dá)波谷（波峰），這樣由Si后Sz發(fā)出的光在點(diǎn)P互相抵消,

點(diǎn)P出現(xiàn)暗條紋.

頻率為/的單色光波長(zhǎng)

3X108

A,=/=5.0X10而m=0.6X106irj=0.6^m

頻率為方的單色光波長(zhǎng)

.c3XI08……f八

22=7=7s乂in"m=0.4X10rri=0.4/zm

JLf?J**1kz

3

可見(jiàn)An=21,*2=不2

可見(jiàn)，用單色光頻率為力照射時(shí)，點(diǎn)p出現(xiàn)亮條紋，且為第一條亮條紋；用單色光頻率為力照射時(shí)，點(diǎn)P

處出現(xiàn)暗條紋，且為第二條暗條紋.

5、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到$、S2的距高相等，。點(diǎn)為S、S2連線(xiàn)中垂線(xiàn)與光屏的

交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長(zhǎng)為2的光，經(jīng)51出射后垂直穿過(guò)玻璃片傳播到O點(diǎn)，經(jīng)52出射后直接傳播到0點(diǎn)，

由Si到0點(diǎn)與由S2到。點(diǎn)，光傳播的時(shí)間差為2。玻璃片厚度為10九玻璃對(duì)該波長(zhǎng)光的折射率為L(zhǎng)5,

空氣中光速為c,不計(jì)光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是（）

解析：選A波長(zhǎng)為2的光在玻璃片中的傳播速度。=今通過(guò)1（皿的距離，光傳播的時(shí)間差4=乎一個(gè)

=",A正確。

6、用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋。

MillI

Ox

卜.列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標(biāo)工的變化圖像，可能正確的是（）

解析：選D根據(jù)薄膜干涉的形成規(guī)律，若薄膜厚度d均勻變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生等間距的明暗相間的條紋，現(xiàn)

在條紋間距不等，說(shuō)明薄膜厚度4不是線(xiàn)性變化的，故A、B錯(cuò)誤；由于條紋間距變大，說(shuō)明薄膜厚度d

的變化趨緩，反映到公圖像中即圖像的斜率減小，故C錯(cuò)誤，D正確。

7、2009年11月21口凌晨2時(shí)30分，黑龍江新興煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故，造成10名礦工遇難.煤礦中的

瓦斯危需極大，某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是他根據(jù)雙縫干涉

現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測(cè)儀，其原理如圖所示：在雙縫前面放置兩個(gè)完全相同的透明容器A、B,容器A與干凈

的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏1：的干涉條紋，就能夠監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛?如果屏的正中

央0點(diǎn)變?yōu)榘导y，說(shuō)明B中氣體（）

出、,進(jìn)

I心

I?……P?……

A.一定含瓦斯B.一定不含瓦斯C,不一定含瓦斯D.無(wú)法判斷

【答案】A

8、洛埃德在1834年提出了一種更簡(jiǎn)單的觀察干涉的裝置。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到

平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過(guò)

平面鏡成的像是S'。

⑴通過(guò)如圖所示的裝置在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的干涉條紋一致。

如果5被視為其中的一個(gè)縫，相當(dāng)于另一個(gè)“縫”；

（2）實(shí)驗(yàn)表明，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)在界面發(fā)生反射時(shí)，在入射角接近90。時(shí)，反射光與入射光相比，

相位有兀的變化，即半波損失。如果把光屏移動(dòng)到和平面鏡接觸，接觸點(diǎn)P處是（填寫(xiě)“亮條紋”

或“暗條紋”）；

⑶實(shí)驗(yàn)中已知單縫S到平面鏡的垂直距離h=0A5mm,單縫到光屏的距離。=1.2m,觀測(cè)到第3個(gè)痙條紋

到第12個(gè)亮條紋的中心間距為22.78mm,則該單色光的波長(zhǎng)4=m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

解析：（1）根據(jù)題圖可知，如果S被視為其中的一個(gè)縫，S經(jīng)平面鏡成的像S'相當(dāng)于另一個(gè)“縫:"。

（2）根據(jù)題意可知，把光解移動(dòng)到和平面鏡接觸，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)平面鏡反射后將會(huì)有半波損失，因此接觸點(diǎn)P處

是暗條紋。