2022-2023学年高二物理同步讲义（人教）4.3 光的干涉（学生版）.docxVIP

第03讲光的干涉

课程标准

课标解读

1．知道光的干涉现象，知道光是一种波．

2．理解相干光源和产生干涉现象的条件．

3．理解杨氏干涉实验明暗条纹的特点、成因及出现明暗条纹的条件．

1．知道杨氏干涉实验，知道光的干涉现象的产生条件，理解光是一种波．

2．理解明暗相间条纹的成因及出现明暗条纹的条件．

3．能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点．

知识点01干涉实验

1．光的干涉现象：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有波动性．

2．杨氏双缝干涉实验

(1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏．

(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．也可用激光直接照射双缝．

(3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．

3．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、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．

4．干涉图样

(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，干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．

5．证明了光是一种波．

【即学即练1】从两只手电筒射出的光，当它们照射到同一点时看不到干涉条纹，是因为()

A．手电筒射出的光不是单色光

B．周围环境的漫反射光太强

C．干涉图样太细小看不清楚

D．两个光源是非相干光源

知识点02光的干涉现象产生明暗条纹满足的条件

1．明暗条纹路程差：如图所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差Δr＝r2－r1.

(1)若满足路程差为波长的整数倍，即Δr＝kλ(其中k＝0,1,2,3，…)，则出现亮条纹．

(2)若满足路程差为半波长的奇数倍，即Δr＝eq\f(2k＋1,2)λ(其中k＝0,1,2,3，…)，则出现暗条纹．

2．双缝干涉实验中，屏幕上相邻亮条纹和相邻暗条纹是等间距的，这个间距与光的波长、屏幕到双缝的距离和双缝的间距有关．波长越长，屏幕到双缝的距离越大，双缝的间距越小，干涉条纹的间距越宽．

3．屏上出现亮、暗条纹的条件

频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，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；暗条纹处振动步调总相反．具体产生亮、暗条纹的条件为：

(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|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3，…)．

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为亮条纹的级次．

(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

|PS1－PS2|＝(2k－1)·eq\f(λ,2)(k＝1,2,3，…)．k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．

(3)时间上的关系

①亮条纹：Δt＝nT(n＝0,1,2,3，…)．

②暗条纹：Δt＝(2n＋1)·eq\f(T,2)(n＝0,1,2,3，…)．式中Δt表示两列光波到同一点的时间差；T＝eq\f(1,f)为光波的周期．

【即学即练2】(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)()

A．在距双缝的光程差相等的点形成暗条纹

B．在距双缝的光程差为nλ的点形成明条纹

C．在距双缝的光程差为neq\f(λ,2)的点形成明条纹

D．在距双缝的光程差为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(1,2)))λ的点形成暗条纹

知识点03光的干涉现象的实际应用

1．用干涉法检查平面平整度

如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示．

(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)

2．增透膜

(1)增透膜的原理

如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光反向，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零．一般取最小厚度d满足2d＝eq\f(λ,2)(此波长为光在该种介质中的波长)，由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相互抵消．

(2)增透膜的应用：为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁．

【即学即练3】如图所示是用干涉法检查某厚玻璃块的上表面是否平整的装置．所用单色光是用普通光