光的干涉教案.docx

1、光的干涉教案光的干涉适用学科高中物理适用年级高中二年级适用区域全国新课标课时时长（分钟）60知识点杨氏双缝干涉实验、光产生干涉的条件光的双缝条纹特点、双缝干涉公式薄膜干涉实例1：肥皂泡干涉油膜干涉、牛顿环薄膜干涉实例1：增透膜、干涉法检查平整度教学目标一、 知识与技能1、了解光的干涉及特点。2、知道光产生干涉的条件。3、会分析薄膜上的干涉条纹及其特点。二、 过程与方法1、通过光的干涉与机械波的干涉的比较，学会比较分析的方法。2、通过对光的干涉条件的数学表达式的理解，3、学会将物理问题数学化，寻求数学问题的物理意义的方法。三、 情感、态度与价值观1、通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、

2、概括能力2、通过“扬氏双缝干涉”实验的学习，渗透科学家认识事物科学的物理思维方法教学重点了解光的干涉及特点，知道光产生干涉的条件、干涉条纹的特点 教学难点理解“光程差”的概念，用波动理论解释光产生明暗条纹的原理，会分析薄膜上的干涉条纹及其特点教学过程 一、复习预习波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。这种现象叫做波的干涉稳定干涉现象的特征，是两列波在空间相遇叠加的一种情景； 产生干涉的一个必要条件是，两列波的频率必须相同并且有固定的相位差。如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差（相差），相互叠加时波上各个

3、质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样一切波都能发生干涉现象，干涉现象是波特有的现象要得到稳定干涉现象需是相干波源光是是不是波? 能不能产生干涉现象？又遵循怎样的规律，这是我们今天要解决的问题二、知识讲解考点/易错点1 杨氏双缝干涉实验、光产生干涉的条件 1、杨氏干涉实验 双缝实验，著名光学实验，在1807年，托马斯杨总结出版了他的自然哲学讲义，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了双缝实验：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源（从一个点发出的光源）。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张

4、纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。杨氏干涉实验如图1所示，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近。如果光是一种波，狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是相同的。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象，光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。这就是杨氏干涉实验。 图1 图2 2、光干涉的条件：杨氏双缝实验说明光是一种波，产生干涉的条件是频率相同、振动方向相同的两列波的频率必须相同并且有固定的相位差。

5、每一种可见光都有一定的频率范围。双缝的作用是提供相干光源。考点/易错点2 光的双缝条纹特点、双缝干涉公式1、双缝干涉图样的特点如图2所示：（1）明暗相间（2）亮纹间等距，暗纹间等距（3）两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹中央亮纹两侧图样具有对称性。2、屏幕上出现亮纹、暗纹的条件在示意图-3中，S1和S2为一对相干光源，两组半径相同的同心圆表示S1和S2两相干光源向外传播的两列波实线表示波峰，虚线表示波谷实线a0、a2、a2，a4、a4为加强区域，虚线a1、a1；a3、a3为减弱区域实线a0上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差=0实线a2（a2）上各点，S1、S2发出光波到达线

6、上某点的光程差2=实线a4（a4）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程差4=2即在实线a0、a2（a2）、a4（a4）上各点光程差各为0、2，即为波长的整数倍屏上出现亮纹虚线a1（a1）上各点，S1、S2发出光波到达线上某点的光程虚线a3（a3）上各点，S1、S2发出光波到达该线上某点的光程 即在虚线上a1（a1），a3（a3）上各点的光程差各为产生亮纹与暗纹的条件：亮纹：光程差是半波长的偶数倍(2n)(n=0,1,2,)暗纹：光程差是半波长的奇数倍(2n-1)(n=1,2,3,在屏上的地方出现亮条纹， 在屏上的地方出现暗条纹 所以相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离x为： 由上式可知：屏离

7、开挡板越远，条纹间的距离越大；光波的波长越大，条纹间的距离也越大由于不同的色光在真空中的传播速度相同，所以波长不同的色光，它们的频率也不同：波长越长，频率越小；波长越短，频率越大 考点/易错点3 薄膜干涉实例1：肥皂泡干涉油膜干涉、牛顿环1、薄膜干涉 （1） 薄膜干涉：如阳光照射下的肥皂膜，水面上的油膜，蜻蜓、蝉等昆虫的翅膀上呈现的彩色花纹，车床车削下来的钢铁碎屑上呈现的蓝色光谱等。（2）薄膜干涉的特点：厚度不均匀的薄膜表面上的等厚干涉和厚度均匀薄膜在无穷远出形成的等倾干涉。当一束光射到两种介质的界面时，将被分成两束，一束为反射光，另一束为折射光，从能量守恒的角度来看，反射光和折射光的振幅都要

8、小于入射光的振幅，这相当于振幅被“分割”了。 两光线 a, b 在焦平面上P 点相交时的光程差取决于n1, n2, n3的性质。（3）劈形膜光程差 干涉条件为 （4）牛顿环 装置光程差 明暗纹半径明纹 条纹特点（见上图） 在牛顿环中，逐渐增大，故条纹中心疏，边缘密。考点/易错点4 薄膜干涉实例1：增透膜、干涉法检查平整度1、增透膜和增反膜 光学镀膜：在一块透明平整的基底（玻璃n1=1.52）表面用化学或物理的方法涂一层透明的介质薄膜（n）,形成单层膜。单层膜系有两个界面，空气和膜层的界面及膜层和基底的界面。光波在两个界面上一次反射和透射，产生多光束干涉。称ne为膜层厚度。膜层厚度均为ne=/4

9、增透膜：膜层的折射率大于基底的折射率nn1 增反膜：膜层的折射率小于基底的折射率nn12、检验光学元件表面的平整度三、例题精析【例题1】下面四种光现象，与光的干涉有关的是()A用光导纤维传播电磁波信号B一束白光通过三棱镜形成彩色光带C用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整度D用平行光照射不透光的小圆盘，在圆盘的影的中心形成泊松亮斑答案C解析用光导纤维传播电磁波信号利用了全反射，A不符合题意；一束白光通过三棱镜形成彩色光带利用了光的折射，是色散现象，B不符合题意；用平行光照射不透光的小圆盘，在圆盘的影的中心形成泊松亮斑，是光的衍射现象，D不符合题意；用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整

10、度，是光的干涉现象，C符合题意。 【例题2】 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时： A只有红色和绿色的干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B红色和绿色的干涉条纹消失。其他颜色的干涉条纹仍然存在 C任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光 D屏上无任何亮光【答案】C【解析】在双缝干涉实验中，白光通过单缝成为线光源，从单缝射出的光通过双缝分成两束光，它们在光屏上形成彩色的干涉条纹现在两个缝前分别放上红色和绿色滤光片，红光和绿光的频率不同，不是相干光，所以屏上没有干涉条纹，只有亮

11、光【例题3】 在单色光的双缝干涉实验中 ( ) A两束光波峰和波峰重叠处出现明条纹，半个周期后变为暗条纹 B两束光波谷和波谷重叠处出现暗条纹，半个周期后变为亮条纹 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 【答案】C 【解析】频率或波长相同，相差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，形成稳定的干涉图样。当光程差为：时为亮条纹，当光程差为：时为暗条纹【例题4】如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离

12、之差r2r1应为()A.B.C.D. 【答案】D 【解析】在某点产生暗条纹的条件是：光程差r2r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹，说明r2r1， 由cf得：，则r2r1。 四、课堂运用【基础】 1. 两盏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两盏灯亮度不同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【答案】C【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。2在双缝干涉实验中，下列说法正确的是()A相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B把入

13、射光由红光换成紫光，相邻两明条纹间距变宽C只有频率相同的两列光才能发生明显的干涉现象D频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定【答案】C【解析】在干涉中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错，入射光波长越大，条纹间距越大，B错。C正确，D错误。【巩固】 3如图所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷。在此时刻，介质中A点为波峰相叠加点，B点为波谷相叠加点，A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点。如果把屏分别放在A、B、C三个位置，那么()AA、B、C三个位置都出现亮条纹BB位置处出现暗条纹CC位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定D以上结论都不对【答

14、案】A【解析】在干涉现象中，所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同，该点的振幅是两列波的振幅之和，而不要理解为该点始终处于波峰或波谷，在某些时刻它也可以位于平衡位置(如图中C点)。所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的，该点的振幅是两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，则该点始终在平衡位置，对光波而言，该点是完全暗的。本题中，A、B、C三点总是振动加强的点，屏上对应出现的都是亮条纹。另外，要特别注意波谷与波谷相遇的点(图中B点)振动也是加强的，不要以为B点是暗的。4、双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，为光波波长)()在距双缝的路程相等的点

15、形成暗条纹；在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹；在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹；在距双缝的路程差为的点形成暗条纹。ABCD【答案】D【解析】在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差x为波长的整数倍时，即xk，k0,1,2,3，这点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差x为半波长的奇数倍时，即x(2k1)，k0,1,2,3，这点为减弱点，该处出现暗条纹。【拔高】 5.取两块平玻璃板，合在一起用手捏紧，会从玻璃板上看到彩色条纹，这是光的干涉现象，有关这一现象的叙述正确的是()A这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果B这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光干涉的结果C这是上面一块玻

16、璃的上、下两表面的反射光干涉的结果D这是下面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果【答案】B【解析】形成干涉条纹是有一定条件的，即两列相干光的路程差需要连续变化，当rk(k0,1,2)时，形成明条纹，当r(2k1) (k0,1,2)时，形成暗条纹。当入射光是白光时，就会形成彩色条纹，对平板玻璃来说，每一块平板玻璃上下表面都是平行的，故不具备产生干涉条纹的条件，而中间的空气膜，则可能具备这一条件。6. 如图(甲)所示为双缝干涉实验的装置示意图，(乙)图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，(丙)图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，则以下说法正确

17、的是()A(丙)图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B(丙)图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C(丙)图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D(丙)图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短【答案】A【解析】根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由题意可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长，因此B、C、D错，A对。五、课堂小结、杨氏双缝干涉实验证明光是一种波，光产生干涉的条件是频率相同、振动方向相同的两列波的频率必须相同并且有固定的相位差双缝干涉图样的特点（1）明暗相间（2）亮纹间等距，暗纹间等距（3）两缝S1

18、、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹中央亮纹两侧图样具有对称性、产生亮纹与暗纹的条件：亮纹：光程差是半波长的偶数倍(2n)(n=0,1,2,)暗纹：光程差是半波长的奇数倍(2n-1)(n=1,2,3,在屏上的地方出现亮条纹， 在屏上的地方出现暗条纹所以相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离x为： 3、薄膜干涉、牛顿环六、课后作业【基础】1. 如图所示为一显示薄膜干涉及现象的实验装置，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，在肥皂膜上观察到干涉图象应是图中的（） 【答案】D【解析】往火焰上洒些盐后，酒精灯放出黄色的光线，当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，

19、这两列光的频率相同，故为相干光源，当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹，由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大，而上侧的比较薄，相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出现水平的明暗相间的干涉条纹故D正确，A、B、C错误故选D 2. 如图所示是用光学的方法来检查一物体表面光滑程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其表面光滑程度的物体，C为单色入射光，如果要说明能检查平面光滑程度的道理，则需要用到的下列光学概念是（）A反射和干涉B全反射和干涉C反射和衍射D全反射和衍射【答案】A【解析】利用A为标准平板的下表面与B为被检查其上表面进行光的反射，从而出现光的干涉现象由此

20、可以能检查平面光滑程度故A正确，BCD错误；故选A【巩固】 1. 下列说法正确的是()A“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时声波比光波易发生衍射B做简谐运动的物体所受回复力一定是物体所受的合外力C用超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，这是利用多普勒效应现象D做受迫振动的物体，其稳定时的振动频率不一定等于驱动力的频率E用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的偏振现象【答案】AC【解析】 “闻其声而不见其人”现象说明声波的波长大于光波的波长，声波比光波易发生衍射，A正确；单摆做简谐运动的回复力不等于物体受的合外力，B错误；超声波被血流反射回来其频率发生变化，这是多普勒效应，利

21、用多普勒效应可测血流速度，C正确；做受迫振动的物体，其稳定时的振动频率一定等于驱动力的频率，D错误；用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的干涉现象，E错误。【拔高】如图是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图图中依次是光源、滤光片、单缝、双缝、光屏，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（）A若将光屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰B若将光屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹C若将双缝间的距离d减小，光屏上的两个相邻明条纹间的距离变小D若将滤光片由绿色换成红色，光屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大【答案】BD【解析】AB、将光屏向左平移一小段距离，右移一小段距离，屏上都仍有清晰的干涉条纹故A错误，B正确C、根据双缝干涉条纹的间距公式xL/d，知d减小，相邻明条纹的距离增大故C错误D、将滤光片由绿色换成红色，波长变大，光屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大，故D正确故选：BD