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  • 2021-07-06 发布

高中物理 第13章 第3节光的干涉课件 新人教版选修3-4

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第三节 光的干涉 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 课标定位 知能优化训练 第 三 节   光 的 干 涉 课标定位 学习目标:1.掌握杨氏干涉实验及干涉形成的条 件. 2.掌握相干光源的概念. 重点难点:1.双缝干涉中波的叠加形成明暗条纹 的条件及判断方法. 2.干涉现象形成的原理分析. 课前自主学案 一、杨氏干涉实验 1.史实 1801年,英国物理学家____________成功地观察 到了光的干涉现象,证明了光的确是一种____. 2.实验 如图13-3-1所示,让一束平行的_____光投射 到一个有两条狭缝的挡板上,两狭缝相距很近, 两狭缝就成了两个______,它们的振动情况总是 ______的,两个波源发出的光在挡板后面的空间 相互叠加. 托马斯·杨 波 单色 波源 相同 图13-3-1 3.现象 在屏上得到了_______________的条纹. 二、决定明暗条纹的条件 当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长 的 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 时 ( 即 恰 好 等 于 波 长 的 _________时),两列光在这点相互加强,这里 出现亮条纹;当两个光源与屏上某点的距离之 差等于半波长的____________时,两列光在 这里 __________,这里出现暗条纹. 明暗相间 偶数倍 整数倍 奇数倍 相互削弱 三、光产生干涉的条件 1.干涉条件:两列光的________相同、振动 方向相同、相位差恒定. 2.相干光源:发出的光能够产生干涉的两个 光源. 频率 核心要点突破 一、对双缝干涉实验规律的理解 1.双缝干涉的示意图 图13-3-2 2.单缝屏的作用:获得一个线光源,有唯一 的频率和振动情况. 3.双缝屏的作用 平行光照射到单缝S上后,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. 4.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 致的,即振动方向总是相同的,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: 特别提醒:(1)双缝干涉的条件是必须有相干光 源,且双缝间间距必须很小; (2)由于不同光源发出的光频率一般不同,即使 是同一光源,它的不同部位发出的光也不一定 有相同的频率和恒定的相位差,故一般情况下 不易观察到光的干涉现象,而杨氏双缝干涉实 验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干 光源. 即时应用(即时突破,小试牛刀) 1.(2011年南京高二检测)下列关于双缝干涉实 验的说法中正确的是(  ) A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光 源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相 干光源 C.光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数 倍处出现暗条纹 D.在光屏上能看到光的干涉图样,但在双缝 与光屏之间的空间却没有干涉发生 解析:选B.在双缝干涉实验中,单缝的作用是 获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动 情况,双缝的作用是获得两个振动情况完全相 同的相干光源,故选项A错误、B正确.在两个 相干光源完全相同的情况下,光屏上距两缝的 路程差为半波长的奇数倍处出现暗纹,选项C 错误.两列光波只要相遇就会叠加,满足相干 条件就能发生干涉,所以在双缝与光屏之间的 空间也会发生光的干涉,用光屏接收只是为了 肉眼观察的方便,故选项D错误. 二、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.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. 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)两侧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. 即时应用(即时突破,小试牛刀) 2.在光的双缝干涉现象里,下列描述正确的 是(  ) A.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条 纹较远的是波长较长的红光 B.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条 纹较远的是波长较短的紫光 C.相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不 等的 D.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成 紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽 解析:选A.条纹间距与光的波长成正比,在可 见光中,红光波长最长,紫光波长最短,故偏 离中央亮条纹最远的是红光,A正确、B错.双 缝干涉现象中,相邻亮条纹或暗条纹是等宽等 间距的,故C错.红光的波长比紫光的波长大, 所以换成紫光后,相邻两亮条纹间距将变窄, 故D错. 课堂互动讲练 相干条件的理解与应用 由两个不同光源所发出的两束白光落在同一 点上,不会产生干涉现象.这是因为(  ) A.两个光源发出光的频率不同 B.两个光源发出光的强度不同 C.两个光源的光速不同 D.这两个光源是彼此独立的,不是相干光源 【精讲精析】 本题考查相干光的条件,题 中两光源发的光都是白光,频率不确定没法 比较,选项A错误.光的强度对光是否发生 干涉没有影响,选项B错误.光速在真空中 是确定的,但它对光的干涉也没影响,选项 C错误.题中是两个独立光源,根据物体的 发光机理(原子跃迁,以后学到),二者产生 的不是相干光,选项D正确. 【答案】 D 变式训练1 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),已知红光与绿光 的频率、波长均不相等,这时(  ) A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的 双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的 双缝干涉条纹仍然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍 有光亮 D.屏上无任何光亮 解析:选C.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叠加 的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但分别用 绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光 和绿光的频率不相等,不能发生干涉,因此屏 上不会出现干涉条纹. 在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P 点的距离之差为0.6μm,若分别用频率为f1= 5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照 射双缝,试分析判断P点应出现亮条纹还是暗条 纹?分别为第几条亮纹或暗纹? 亮、暗条纹的判断 图13-3-3 【自主解答】 如图13-3-3所示,双缝S1、 S2到光屏上任一点P的路程之差Δr=S2S2′,当 Δr等于单色光波长的整数倍时,S2和S1同时到 达波峰或波谷,由S1和S2发出的光在P点互相加 强,P点出现亮条纹;当Δr等于单色光半个波长 的奇数倍时,S2达到波峰时,S1达到波谷,这 样由S1和S2发出的光在P点互相抵消,出现暗条 纹. 【答案】 见自主解答 【方法总结】 判断屏上某点是亮条纹还是暗 条纹,要看该点到两个光源(双缝)的路程差与 波长的比值.应记住,当路程差等于波长整数 倍处出现亮条纹,等于半波长的奇数倍处为暗 条纹.还要记住这一结论成立的条件是:两个 光源振动情况完全相同,即是两个相干光源. 变式训练2 线光源a发出的光波长为480 nm, 线光源b发出的光波长为672 nm,则(  ) A.用a做双缝实验,屏上与双缝距离差为s1= 1.68 μm的P处将出现暗纹 B.用b做双缝实验,P处将出现亮纹 C.用a做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2= 1.44 μm的Q处将出现亮纹 D.用b做双缝实验,Q处将出现亮纹 可见,用a、b两光源做双缝实验时,屏上P 处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍, 均为暗纹,故A正确,B错; 用a做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差 恰等于半波长的偶数倍,Q处应为亮纹,C 正确; 用b做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差 不等于半波长的偶数倍,D不正确.