2017-2018学年高中物理鲁科版选修3-4教学案：第5章 第1节 光的干

第1节

光的干涉

1．杨氏双缝干涉实验证明光是一种波。

2．要使两列光波相遇时产生干涉现象，两光源必须具有

相同的频率和振动方向。

3．在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δyld

＝λ，可利用λ＝Δy测定光的波长。 dl

4．由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象叫薄

膜干涉。

对应学生用书P47

光的干涉及其产生条件 [自读教材·抓基础] 1．实验现象

l

在屏上出现明暗相间的条纹。相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δy＝λ，式中的d表示两

d缝间距，l表示两缝到光屏的距离，λ为光波的波长。

2．实验结论 证明光是一种波。 3．光的相干条件 相同的频率和振动方向。

[跟随名师·解疑难]

1．杨氏双缝干涉实验原理透析

(1)双缝干涉的装置示意图：实验装置如图5-1-1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。

图5-1-1

(2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝，杨氏那时没有激光，因此他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝发生干涉。

(3)双缝的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。

2．光屏上某处出现亮、暗条纹的条件

频率相同的两列波在同一点引起的振动发生叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同，总是同时过最高点、最低点、平衡位置；暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为：

(1)亮条纹的条件：光屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。

λ

即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，?)

2

(2)暗条纹的条件：光屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。 λ

即|PS1－PS2|＝(2k＋1)(k＝0,1,2,3，?)

23．双缝干涉图样的特点 (1)单色光的干涉图样：

若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。如图5-1-2所示中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大。

图5-1-2

(2)白光的干涉图样：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，这是因为：

①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。

②两相邻亮(或暗)条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。

[特别提醒]

(1)双缝干涉实验的双缝必须很窄，且双缝间的距离必须很小。 (2)双缝干涉中，双缝的作用主要就是用双缝获得相干光源。 [学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试射手)

如图5-1-3所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )

图5-1-3

A．增大S1与S2的间距 B．减小双缝屏到光屏的距离 C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光

l

解析：选C 由双缝干涉条纹间距公式Δy＝λ可知，要增大条纹间距，可以增大双缝

d到屏的距离，减小双缝间距，选用波长更长的单色光，因此C项正确。

科学探究——测定光的波长 [自读教材·抓基础] 1．实验目的

(1)观察白光及单色光的干涉图样；

l

(2)掌握用公式Δy＝λ测定单色光的波长的方法。

d2．实验原理

双缝间的距离d已知，双缝到屏的距离l可以测定，相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δyd

根据手轮上的读数测出，根据公式λ＝Δy可计算波长λ。

l

3．实验步骤

(1)在光具座上只装上光源和遮光筒(不带单、双缝)，调节光源高度，使它发出的一束光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮。

(2)放好单缝和双缝，其间距为5～10 cm，且使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。

(3)光源与单缝间放上滤光片，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹。撤去滤光片，观察白光的干涉条纹。

(4)加上滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮的读数。然后继续转动手轮使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐第n条亮纹的中心，记下此时手轮的读数。

(5)将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a，则相邻亮纹间距Δy＝d

用公式λ＝Δy，求出此单色光的波长λ。(d、l在仪器中均可读出)

l

(6)换用不同的滤光片，观察干涉条纹间距离的变化，并求出相应的波长。

[跟随名师·解疑难]

1．注意事项

(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。

(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等。

(3)为了减小测量误差，测条纹间距Δy时，先测出n条亮(暗)纹间的距离a，再求出相a

邻的两条亮(暗)纹间的距离Δy＝。

n－1

(4)某种颜色的滤光片只能让这种颜色的光通过，其他颜色的光不能通过。因此，加装滤光片的目的是获得单色光。

2．误差分析

本实验为测量性实验，因此应尽一切办法减小有关测量的误差，即l和Δy的测量误差。 (1)l的测量误差：因本实验中，双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用mm刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小误差。

(2)测条纹间距Δy带来的误差：①干涉条纹没有调到最清晰的程度。 ②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。 ③测量多条亮条纹间距时读数不准确。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手) 在双缝干涉实验中，以下说法正确的是( )

A．狭缝的作用是使入射光线到达双缝时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源 B．若入射光是白光，光屏上产生的条纹是黑白相间的干涉条纹

C．光屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍，该点处一定是亮条纹 D．双缝干涉图样中，亮条纹之间距离相等，暗条纹之间距离不相等

解析：选A 双缝干涉实验中，狭缝的作用就是产生一个线光源，使得光到达双缝时，

a

，利n－1

使双缝振动情况完全相同，形成一对相干光源，选项A正确；由实验现象知，入射光是白光时，屏上产生的是彩色条纹，选项B错误；屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5l

倍，即半波长的奇数倍，应为暗条纹，选项C错误；由Δy＝λ知，干涉条纹不管是明条纹

d之间，还是暗条纹之间都是等间距的，选项D错误。

薄膜干涉及其应用 [自读教材·抓基础] 1．定义

由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象称为薄膜干涉。 2．应用

(1)检查平面的平整程度。 (2)光学镜头上的增透膜。

[跟随名师·解疑难]

1．薄膜干涉的成因

如图5-1-4所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，则出现亮条纹；在另一些地方，叠加后相互削弱，则出现暗条纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。

图5-1-4

说明：(1)眼睛应与光源在同一侧才能看到干涉条纹，因为条纹是由从薄膜前、后两表面反射的光发生干涉形成的，不是由通过薄膜的光形成的；

(2)每一条纹呈水平状态排列；

(3)由于各种色光干涉后相邻两亮纹中心的距离不同，所以若用白光做这个实验，会观察到彩色干涉条纹；

(4)两列光的路程差是薄膜厚度的两倍。 2．薄膜干涉的应用

(1)增透膜：照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的薄膜，薄膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉，由于只有一定波长(一定颜色)的光干涉时才会相互加强，所以镀膜镜头看起来是有颜色的。镀膜厚度不同，镜头的颜色也不一样。一般增透膜的厚度是光在薄膜1λ1

介质中传播的波长的，即d＝，若厚度为绿光在薄膜中波长的，则镜头看起来呈淡紫色。

444

(2)用干涉法检查平面：如图5-1-5甲所示，被检查平面 B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单

色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。

图5-1-5

[特别提醒] 增透膜的“增透”应理解为：两束反射光相互抵消，反射光的能量减少，由于总能量守恒，透射光的能量必然得到增强。增透膜是通过“消反”来确保“增透”的。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

如图5-1-6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是( )

图5-1-6

图5-1-7

解析：选D 薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平的，故选项D正确。

对应学生用书P49

双缝干涉的规律 [典题例析]

1．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×107 m，如果用

－

频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试问：

(1)该黄光的波长是多少？

(2)用干涉法检查平面：如图5-1-5甲所示，被检查平面 B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单

色光照射时，入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲，如图乙所示。

图5-1-5

[特别提醒] 增透膜的“增透”应理解为：两束反射光相互抵消，反射光的能量减少，由于总能量守恒，透射光的能量必然得到增强。增透膜是通过“消反”来确保“增透”的。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

如图5-1-6所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是( )

图5-1-6

图5-1-7

解析：选D 薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平的，故选项D正确。

对应学生用书P49

双缝干涉的规律 [典题例析]

1．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×107 m，如果用

－

频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试问：

(1)该黄光的波长是多少？

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