1第一节光的干涉.docx

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1第一节光的干涉

第二十章光的波动性

本章编写:

赵瑞海一校：

范学燕二校:

范学燕

第一节光的干涉

★预习引导

1.杨氏双缝干涉实验中观察到的图样有什么特点?

杨氏双缝干涉实验的意义是什么?

托马斯·杨是如何得到相干波源的

2.双缝干涉实验中满足什么条件出现亮条纹?

满足什么条件出现暗条纹?

3.条纹间距与什么因素有关?

如何使条纹间距变大?

红光和紫光相比哪一条纹间距大?

4.为什么用白光照射竖直放置的肥皂膜，逆着反射光方向会看到彩色的干涉条纹?

★读书自检

1.光的干涉

两列振动情况总是相同的相干波（光）源，它们发出的光，会发生:

光在一些地方互相，在另一些地方互相.光的干涉现象说明.

2.双缝干涉

由同一光源发出的光经两狭缝后形成两列光波叠加而成.当两列光波到达某点的路程差为时，该处的光互相，出现明条纹;当到达某点的路程差为时，该处的光互相，出现暗条纹.相邻的明条纹（或暗条纹）之间距离Δx与波长λ.双缝间距d及双缝到屏的距离l的关系为Δx=.

3.不同色光在真空中的传播速度，波长不同的色光，它们的频率，波长越长，频率越，波长越短，频率越.同种色光在不同的介质中，它的频率总是的.

★要点精析

1.光的的两种学说

光的微粒说

光的波动说

代表人物

牛顿

惠更斯

观点

光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定速度传播

光是一种波

依据

光的直线传播和光的反射现象

光的反射、光的折射现象

学说成功的方面

能很好的解释光的直线传播和光的反射

能很好的解释光同时发生折射、反射现象以及几束光相遇后能保持自己的特征沿原来方向传播的现象。

学说不完善的方面

不能解释一束光在两种物质的分界面时同时发生折射和反射，不能解释几束光交叉相遇后彼此毫无妨碍地继续向前传播的现象

无法解释光的直线传播现象

2.光的干涉

两列光波在空间传播时相遇，在相遇区域发生波的叠加，使某些区域的光波加强，出现亮纹，某区域的光波减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，这种现象成为光的干涉现象.

（1）光的干涉必须具备的条件:

频率相同，振动情况总是相同.能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用一束光分成两列而获得.

（2）相邻两亮条纹间的间距公式:

，其中λ为光波波长，l为缝到屏的距离，d为双缝距离.

3.薄膜干涉

（1）薄膜干涉的成因：

光照射在薄膜上，在前表面和后表面两个表面上均会发生反射，由于薄膜的厚度不均匀，不同位置的反射光传播的路程差不同，形成明暗相同的条纹，根据条纹的情况可以判断薄膜的厚度.

（2）薄膜干涉的应用：

用干涉法检查平面。

4.增透膜

光通过光学元件——透镜、棱镜等时，在每个元件的表面都要有反射，怎样尽量消除或减少表面反射造成的后果呢?

现行的办法是在这些元件表面涂上一层薄膜（一般用氟化镁），利用在薄膜两表面的反射光形成干涉相互抵消，使反射光的强度减弱，从而使透射光强度加强.

5.正确认识光干涉现象中的“加强”和“减弱”点

若在波叠加区中某点P，两列光波路程差

，S1波源发出的光传到P点是波峰，则S2波源发出的光传到P点也是波峰，P点的位移是两列波产生的位移矢量和，即P点位移最大;经过

，两列光波传到P点的位移都是0，P点的合位移为0，振动方向是负方向;再过

，两列光波的波谷同时传到P点，使P点的位移为负向最大值，大小为两列波的振幅之和.由此可见，加强点是以大振幅时刻振动着，其位移时刻变化，不能错误地认为质点总处于波峰或波谷.同理分析，若某点Q，

，两列波引起该质点振动情况始终相反，其振幅为两列波振幅之差.

6.用白光做双缝干涉实验时，中央白条纹两侧彩色条纹的形成

从双缝射出的两列光波中的红光与红光干涉形成明暗相间条纹，橙光与橙光干涉形成明暗相间条纹，紫光与紫光干涉形成明暗相间条纹，但是条纹间距与色光的波长成正比，即红光的亮纹宽度最大，紫光的亮纹宽度最小.这样各种色光的亮纹重叠复合的机会就很多，形成了彩色干涉条纹，而不可认为是双缝中射出的红光与蓝光干涉形成的干涉条纹，因为不同的色光不具备相干的条件.

7（可删）.双缝干涉中，相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离

的推导

如图所示，从S1、S2发出的光，到达P点的路程差为r2-r1，

由于

，则

即

结合出现亮条纹的条件可得:

若用k1=n和k2=n+1分别代入上式，则可得到相邻两亮条纹的距离:

.

★应用演练

【例1】两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为

A.两个灯亮度不同B.灯光的波长太短

C.两灯光的振动情况不同D.电灯发出的光不稳定

解析:

一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光，振动情况往往是不同的;由点光源发出的光或同一列光分出的两列光，其振动情况是相同的，故选C.

〖点评〗光的干涉必须具备两个条件:

频率相同，振动情况相同.

【例2】（1997年全国）在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹.若在双缝中的一缝前放一红光滤光片（只能透红光），另一缝前放一绿光滤光片（只能透绿光），这时

A.只有红光和绿光的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失.

B.红光和绿光的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在.

C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光.

D.屏上无任何亮光.

解析:

两列光波发生干涉的条件之一是频率相等，利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹.故选C

【例3】用包括红外光、绿光、紫光三种色光的复合光做光的干涉实验，所产生的干涉条纹中离中央亮纹最近的是（）

A.紫色条纹B.绿色条纹C.红色条纹D.都一样近

解析:

本题考查干涉条纹与入射光波长之间的关系.由相邻两亮条纹间的间距

可知:

条纹间的距离与波长成正比，故A项正确.

〖点评〗相邻条纹间的距离与屏到挡板的距离l、波长λ成正比，与双缝间距d成反比.

【例4】用单色光做双缝干涉实验时，下列说法中正确的是（）A

A.相邻干涉条纹之间的距离相等

B.中央明条纹宽度是两边条纹宽度的2倍

C.屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大

D.在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距

【例5】（2003上海）劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图a所示，将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，在一端夹入两张纸，从而在两玻璃表面之间形成一个空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图b所示.干涉条纹有如下特点，

（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;

（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在图a中抽去一张纸片，则光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（）A

A.变疏B.变密C.不变D.消失

解析:

抽去一张纸片后，劈形空气薄膜的劈势减缓，相同水平距离上，劈势厚度变化减小，以致干涉时路程差变化减小，条纹变宽，数量变少.故选A

【例6】市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用他照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处.这种灯降低热效应的原因之一是灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线.以λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（）

A.λ/8B.λ/4C.λ/2D.λ

解析:

要消除红外线的反射，必须使红外线在薄膜的两个面上反射光的路程差正好等于红外线半个波长λ/2的奇数倍，即

，其中

为光在薄膜两个面上反射的路程差，即

，

的最小值为λ/2，所以2d=λ/2，即薄膜的最小厚度d为λ/4，选项B是正确的.

〖点评〗波长为红外线在这种薄膜中的波长，而不是在真空中的波长

【例7】在光学仪器中，为了减小在光学元件表面上的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，最小厚度为d，它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消，那么绿光在真空中的波长λ为（）D

A.d/4B.nd/4C.4dD.4nd

【例8】（综合题）如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是（）

A.人从右向左看，可以看到彩色条纹

B.人从左向右看，可以看到彩色条纹

C.彩色条纹水平排列

D.彩色条纹竖直排列

解析:

白光射到膜上，经前后两个界面反射回来的光相遇，产生干涉现象，所以从左向右看可看到彩色条纹.又由于薄膜同一水平线上的厚度相同，故彩色条纹是水平排列的，所以答案应为BC.

〖点评〗光的干涉是由薄膜前后两表面反射的光形成的，所以条纹应在入射光同侧，而在入射光异侧则应是透射光形成的，应属于光的色散现象.而光的色散形成与介质的厚度有关，薄膜折射很难看到光的色散现象.

★同步练习

A组

1.马路上附着的油膜呈现彩色图样，这是由于（）Ｄ

A.光的色散B.光的折射C.光的漫反射Ｄ．光的干涉

２．以下现象或实验，说明光具有波动性的是（）Ｂ

Ａ．小孔成像Ｂ．肥皂泡上出现的彩虹

Ｃ．雨后天空出现的彩虹Ｄ．通过三棱镜看书上的字，字的边缘有彩色

３．一束单色光从空气射入水中，则正确的叙述是（）A

Ａ．光的颜色、频率不变，波长、波速都变小

Ｂ．光的频率变小，颜色、波长、波速都不变

Ｃ．光的频率、速度变小，颜色、波长不变

Ｄ．频率、颜色、波长都不变

4.以下说法不正确的是（）C

A.牛顿用微粒说可成功地解释光的直线传播和光的反射现象

B.惠更斯的波动说可成功地解释光的反射、折射、叠加等光现象

C.微粒说也能解释光的干涉现象

D.波动说在解释光的直线传播的现象时遇到了困难

5.用单色光做光的双缝干涉实验，下列说法正确的是（）AC

A.入射光波长越长，干涉条纹间距越大

B.入射光频率越高，干涉条纹间距越大

C.把入射光由绿光变成紫光，干涉条纹间距变小

D.把入射光由绿光变成红光，干涉条纹间距变小

6.关于杨氏干涉实验，下列说法正确的是（）ABC

A.该实验证明光具有波动性B.凡波峰与波谷相遇处出现暗条纹

C.干涉条纹的间距与波长成正比D.两束光叠加后总能形成干涉图样

7.在单色光的双缝干涉实验中（）C

A.两束光波峰和波谷重叠处出现明条纹，半个周期后变为暗条纹

B.两束光波峰和波谷重叠处出现暗条纹，半个周期后变为明条纹

C.从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍处，出现亮条纹

D.从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍处，出现暗条纹

8.在做杨氏干涉实验时，用普通的白光作光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现（）D

A.红色光的干涉条纹B.绿色光的干涉条纹

C.红绿相间的干涉条纹D.无干涉条纹，但仍有亮光

9.一束平行光照射在双缝上，在缝后屏上得到干涉条纹，下列判断正确的是D

A.改变双缝到屏的距离，条纹间距不变

B.双缝间距减小，条纹间距也减小

C.入射光波长变短，光强不变，条纹间距不变

D.入射光频率变化时条纹间距跟着变化

10.分别用两种不同的单色光a、b做双缝干涉实验.在实验装置不变的情况下，发现a光条纹间距大于b光条纹间距.下列说法中正确的是（）C

A.在真空中传播时，a光的速度比b光的速度大

B.a光的频率比b光的频率大

C.玻璃对a光的折射率比对b光的折射率小

D.光从玻璃射入空气，a光的临界角比b光的临界角小

11.平行厚玻璃板放在空气中，一束复色光从玻璃板下表面斜向上射出，变成a、b两束单色光，如图所示.比较a、b两束单色光，则（）C

A.a光的频率小于b光的频率

B.a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度

C.通过同一双缝产生的干涉条纹间距，a光条纹间距小于b光条纹间距

D.a光在真空中的波长等于b光在真空中的波长

12．如图所示是用干涉现象检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光为普通光加滤光片产生的.检查中所观察到的条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（）

A.a的上表面和b的下表面

B.a的上表面和b的上表面

C.a的下表面和b的上表面

D.a的下表面和b的下表面

解析:

关键是找到使光线发生干涉的薄膜，本题中a是样本、b是被检查的平面，而形成干涉的两束反射光是a、b间的空气薄膜层，所以选C.

B组

1.用单色光做双缝干涉实验时，在距双缝L处得到稳定的干涉图样.若使光屏在其附近前后移动，以下说法正确的是（）D

A.将屏向前移动，干涉图样变得模糊不清

B.将屏向后移动，干涉图样变得模糊不清

C.只要移动屏，干涉图样就变得模糊不清

D.不论屏向前移动还是向后移动，屏上均有清晰的干涉图样

2.用波长为λ的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点的路程差为d，如图所示.则（）AD

A.距O点（n=0）最近一条暗条纹的距离必是

B.在屏上某点

（n为正整数）时，出现暗条纹

C.距O点越远的点，越容易出现暗条纹

D.用各色光在同一条件下实验时，频率越大的色光，条纹间距越小

3.在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏是100.00cm，用一种单色光黄光做此实验，在光屏上测出21条黄色条纹间的距离是5.90cm.试求这种黄光的波长.如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹?

4.（应用题）如图20-1-2所示，在双缝干涉实验中，若单缝是S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则（）

A.不产生干涉条纹

B.仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹P的位置不变

C.仍可产生干涉条纹，其中亮条纹P的位置略向上移

D.仍可产生干涉条纹，其中亮条纹P的位置略向下移

解释:

在双缝干涉实验中，单缝S的作用是形成线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源.S向上移动时，并没有改变光的频率和双缝到P点的光程，所以仍能形成干涉且中央P为亮条纹不变，即选B.

点拨:

双缝干涉实验中要掌握单缝和双缝的作用及屏上明、暗条纹形成的条件.单缝的作用是提供“点光源”;双缝的作用是提供相干光源.形成明暗条纹的条件是:

当两缝到屏上的某点的路程差为半波长的偶数倍是，该处出现亮条纹;当路程差为半波长的奇数倍时，该处出现暗条纹.

5.用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件:

A.白炽灯，B.单缝片，C.光屏，D.双缝，E.滤光片.（其中双缝和光屏连在遮光筒上）

⑴把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是:

AEBDC

⑵单色光照射双缝，双缝间距为0.6mm，双缝到屏幕的距离为1.5m.今测得屏幕上7条明纹之间的距离为9mm，则此单色光的波长为m.6.0×10-7

6.在杨氏双缝干涉实验中，由双缝S1、S2发出的光在屏上某点P叠加.若光波波长为600nm，屏上P点到S1、S2的距离分别为3.2×10-2mm和1.1×10-2mm，则P点将出现条纹.亮

7.若红光在水中的波长与绿光在真空中的波长相等，水对红光的折射率是

，则红光与绿光的频率之比是多少?

8.玻璃对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2.如果紫光在玻璃中传播L的距离，则在相同的时间内红光在玻璃中传播的距离应该是多少?