高中物理选修3-4《光的干涉》

人教版高中物理选修3-4知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习光的干涉【学习目标】1．知道光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中说明光是一种波．2．理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因．3．了解相干光源，掌握产生干涉的条件．4．明确《用双缝干涉测量光的波长》实验原理．5．知道实验操作步骤．6．会进行数据处理和误差分析．【要点梳理】要点一、光的干涉1．光的干涉（1）光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象．如图所示，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝1S 和2S 的挡板上，狭缝1S 和2S 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．（2）干涉条件：两列光的频率相同，振动情况相同且相差恒定．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列而获得，称为分光法．2．屏上某处出现明、暗条纹的条件同机械波的干涉一样，光波的干涉也有加强区和减弱区，加强区照射到光屏上出现亮条纹，减弱区照射到光屏上就出现暗条纹．对于相差为0的两列光波如果光屏上某点到两个波源的路程差是波长的整数倍，该点是加强点；如果光屏上某点到两个波源的路程差是半波长的奇数倍，该点是减弱点．因此，出现亮条纹的条件是路程差：k δλ=，012k =，，， 出现暗条纹的条件是路程差：(21)2k λδ=+，012k =，，， 如图所示，若P ＇是亮条纹，则21r r k λ=－（012k =，，，）．由图知：22212d r L x ⎛⎫=+- ⎪⎝⎭， 22222d r L x ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭，22212r r dx -=， 由于d 很小，212r r L +≈，所以21d r r x L -=， 21()r r L L x k d dλ-==（012k =，，，），该处出现亮条纹． 当0k =时，即图中的P 点，12S S 、到达P 点的路程差为零，P 一定是振动加强点，出现亮纹，又叫中央亮纹．当1k =时，为第一亮纹，由对称性可知在P 点的下方也有和P 点上方相对称的亮纹． 同理，由21(21)2r r k λ-=+（012k =，，，）， 可得(21)2L x k d λ=+⋅（012k =，，，），该处出现暗条纹．3．双缝干涉条纹特征有关双缝干涉问题，一定要用双缝干涉的特点进行分析，一是两缝间距d 应很小；二是照射到两缝上的光波必须是相干光；三是两相邻亮纹或两相邻暗纹间的距离L x d λ∆=；四是出现亮纹的条件是路程差21r r k δλ==－，012k =，，，；出现暗纹的条件是路程差21(21)2r r k λδ=-=+⋅（012k =，，，）；五是白光的干涉条纹为彩色，但中央亮纹仍为白色；六是单色光的干涉条纹宽度相同，明暗相间，均匀分布．不同色光条纹宽度不同，波长越长的干涉条纹的宽度越大；七是白光干涉时，各色光的条纹间距离不等．4 一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因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差，在一般情况下，很难找到那么小的缝和那些特殊的装置．故一般情况下不易观察到光的干涉现象．要点二、用双缝干涉测量光的波长解题依据1．实验目的（1）观察白光及单色光的双缝干涉图样；（2）测定单色光的波长．2．实验原理（1）光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹．（2）若双缝到屏的距离用z 表示，双缝间的距离用d 表示，相邻两条亮纹间的距离用x ∆表示，则入射光的波长为d x lλ∆=．实验中d 是已知的，测出l 、x ∆即可测出光的波长λ． 3．实验器材双缝干涉仪包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺．4．实验装置如图所示，将直径约10 cm 、长约l m 的遮光筒平放在光具座上，筒的一端有双缝，另一端装上毛玻璃做光屏，其上有刻度，先取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的一束光恰沿遮光筒的轴线照亮光屏，然后放好单缝和双缝，两屏相距5 cm 10 cm ～，使缝互相平行，且位于轴线上，这时可看到彩色干涉条纹，若在单缝屏和光源之间放置一块滤光片，则可观察到单色干涉条纹．5．实验步骤（1）调节双缝干涉仪，观察光的双缝干涉现象； （2）用单色光入射得到干涉条纹，测出n 条亮纹的距离a ，得相邻条纹的距离(1)x an ∆=／－；（3）利用已知的双缝间距d ，用刻度尺测出双缝到屏的距离l ，根据公式/d x l λ=∆计算出波长；（4）换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离有什么变化，并求出相应的波长． 要点诠释：①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． ②条纹间距用测量头测出．③单缝与双缝闻的距离在5 cm 10 cm ～．6．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；（3）调节测量头时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条条纹间的距离；（4）不要直接测x ∆，要测几个条纹的间距计算得x ∆，这样可减小误差；（5）白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层．7．测量条纹间隔的方法两处相邻明（暗）条纹间的距离x ∆，用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示．转动手轮，分划板会左、右移动．测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图乙所示），记下此时手轮上的读数1a ，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数2a ，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离．即12||x a a ∆=-．要点诠释：Δx 很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n 条明条纹间的距离a ，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离．(1)x a n ∆=／－．8．洛埃镜干涉实验1834年，洛埃利用单面镜得到了杨氏干涉的结果．洛埃镜实验的基本装置如图13-3-16所示，S 为单色光源。

高中物理选修3-4知识点光的干涉、衍射和偏振1）光的干涉现象：是波动特有的现象，由托马斯•杨首次观察到。

（1）在双缝干涉实验中，条纹宽度或条纹间距：λdL x =∆ L ：屏到挡板间的距离，d ：双缝的间距，λ：光的波长，△x ：相邻亮纹（暗纹）间的距离（2）图象特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。

红光（λ最大）明、暗条纹最宽，紫光明、暗条纹最窄。

白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。

2）光的颜色、色散A 、薄膜干涉（等厚干涉）：图象特点：同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度完全相等。

不同λ的光做实验，条纹间距不同单色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平状明暗相间条纹B 、薄膜干涉中的色散⑴、各种看起来是彩色的膜，一般都是由于干涉引起的⑵、原理：膜的前后两个面反射的光形成的⑶、现象：同一厚度的膜，对应着同一亮纹（或暗纹）⑷、厚度变化越快，条纹越密白光入射形成彩色条纹。

C 、折射时的色散⑴光线经过棱镜后向棱镜的底面偏折。

折射率越大，偏折的程度越大⑵不同颜色的光在同一介质中的折射率不同。

同一种介质中，由红光到紫光，波长越来越短、折射率越来越大、波速越来越慢3）光的衍射：单缝衍射图象特点：中央最宽最亮；两侧条纹不等间隔且较暗；条纹数较少。

（白光入射为彩色条纹）。

光的衍射条纹：中间宽，两侧窄的明暗相间条纹（典例：泊松亮斑）共同点：同等条件下，波长越长，条纹越宽4）光的偏振：证明了光是横波；常见的光的偏振现象：摄影，太阳镜，动感投影片，晶体的检测，玻璃反光⑴偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。

⑵当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。

当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。

当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。

⑶只有横波才有偏振现象。

⑷光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E 所引起的，因此常将E 的振动称为光振动。

第十三章光光具有波粒二象性。

光电效应现象说明波有粒子性；光的干涉、衍射和偏振现象说明光具有波动性，光波是横波。

麦克斯韦电磁场理论说明光是一种电磁波，赫兹用实验证实了光确实是一种电磁波。

激光是一种人造光源，具有很多特性，在科学研究和工农业生产中有广泛的应用。

3 光的干涉●教学目标一、知识目标1.通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识.2.通常学习知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似规律.二、能力目标1.通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想.2.在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理能力和抽象思维能力.三、德育目标通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德.●教学重点单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件.●教学难点衍射条纹成因的初步说明.●教学方法1.通过机械波衍射现象类比推理，提出光的衍射实验观察设想.2.通过观察分析实验，归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现.3.通过对比认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图象的了解.●教学用具JGQ型氦氖激光器25台，衍射单缝（可调缝宽度），光屏、光栅衍射小圆孔板，两支铅笔（学生自备），日光灯（教室内一般都有），直径5 mm的自行车轴承用小钢珠，被磁化的钢针（吸小钢珠用），投影仪（本节课在光学实验室进行）.●课时安排：1课时1.实验：双缝干涉（1）装置：双缝、激光器、光屏（2）现象：屏上形成亮暗相间的条纹；条纹之间的距离相等，亮度相同（实际上由于衍射而不同）。

这就是光的干涉现象，今天我们来学习第一节：光的干涉。

第1课时：双缝干涉新课教学：一、双缝干涉1.什么是双缝干涉：平行的单色光照射到相距很近的双狭缝上，在狭缝后的光屏上出现亮暗相间条纹的现象叫做双缝干涉现象。

高中物理选修3-4知识点光的干涉、衍射和偏振1）光的干涉现象：是波动特有的现象，由托马斯•杨首次观察到。

（1）在双缝干涉实验中，条纹宽度或条纹间距：λdL x =∆ L ：屏到挡板间的距离，d ：双缝的间距，λ：光的波长，△x ：相邻亮纹（暗纹）间的距离（2）图象特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。

红光（λ最大）明、暗条纹最宽，紫光明、暗条纹最窄。

白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。

2）光的颜色、色散A 、薄膜干涉（等厚干涉）：图象特点：同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度完全相等。

不同λ的光做实验，条纹间距不同单色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平状明暗相间条纹B 、薄膜干涉中的色散⑴、各种看起来是彩色的膜，一般都是由于干涉引起的⑵、原理：膜的前后两个面反射的光形成的⑶、现象：同一厚度的膜，对应着同一亮纹（或暗纹）⑷、厚度变化越快，条纹越密白光入射形成彩色条纹。

C 、折射时的色散⑴光线经过棱镜后向棱镜的底面偏折。

折射率越大，偏折的程度越大⑵不同颜色的光在同一介质中的折射率不同。

同一种介质中，由红光到紫光，波长越来越短、折射率越来越大、波速越来越慢3）光的衍射：单缝衍射图象特点：中央最宽最亮；两侧条纹不等间隔且较暗；条纹数较少。

（白光入射为彩色条纹）。

光的衍射条纹：中间宽，两侧窄的明暗相间条纹（典例：泊松亮斑）共同点：同等条件下，波长越长，条纹越宽4）光的偏振：证明了光是横波；常见的光的偏振现象：摄影，太阳镜，动感投影片，晶体的检测，玻璃反光⑴偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。

⑵当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。

当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。

当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。

⑶只有横波才有偏振现象。

⑷光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E 所引起的，因此常将E 的振动称为光振动。

高二物理选修34第十三章：光的干涉制造人：陈合森日期：【学习目的】1、观察光的干预现象，看法干预条纹的特点。

2、能论述干预现象的成因及明暗条纹的位置特点3、知道相关光源的概念和发生干预现象的条件【重点难点】干预现象的成因及明暗条纹的位置特点、发生干预现象的条件教学进程一、杨氏双缝干预实验1.1801年，英国物理学家___________〔1773~1829〕在实验室里成功的观察到了光的干预．2.双缝干预实验〔1〕实验进程：让一束_____________的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，他们的频率、相位和振动方向总是_________的，两个光源收回的光在挡板前面的空间相互叠加发作_______.(2)实验现象:在屏上失掉_________条纹〔3〕实验结论：证明光是一种__________.(4)现象解释：S1、S2相当于两个频率、相位和振动方向相反的波源，当两个光源与屏上某点的距离只差等于半波长的________倍时〔即恰恰等于波长的_______倍时〕，两列光波在这点相互增强，出现_________;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的________倍时，两列光波在这点____________,出现暗条纹。

二、光发生干预的条件1.干预条件：两列波的_________同、振动方向相反、相位差恒定2.相关光源：收回的光可以发生干预的两个光源。

三、双缝干预条纹特征一系列平行的明暗相间的等间距条纹；各级明暗纹在中央明纹两侧对称散布。

相邻亮条纹或相邻暗条纹间的距离为_________________各种色光的波长由长到短的顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫频率由低到高的顺序依次为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫稳固练习：1．平行光照射在双缝上，在屏上失掉干预条纹，当〔〕A．双缝到屏的距离增大时，干预条纹间距也增大．B．双缝间距减小时，干预条纹间距也减小．C．波长变短，坚持光强不变时，那么条纹间距也不变．D．波长不变，光强削弱时，那么条纹间距也不变．2．假设把杨氏双缝干预装置从空气中移到透明液体中做实验，那么条纹宽度〔〕A．增大．B．减小．C．不变．D．缺少条件，无法判别．3．双逢干预实验装置如图3所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为L，调整实验装置使得像屏上可以见到明晰的干预条纹，关于干预条纹的状况，以下表达正确的选项是( )A．假定将像屏向左平移一小段距离，屏上的干预条纹将不会发作变化B．假定将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有明晰的干预条纹C．假定将像屏向上平移一小段距离，屏上仍有明晰的干预条纹D．假定将像屏向上平移一小段距离，屏上的干预条纹将将不会图3图6 发作变化4、假设把杨氏双缝干预实验，从空气中移动到某种透明的液体中做实验，那么条纹的间距：〔 〕A 、增大B 、减小C 、不变D 、缺少条件，无法判别5.在单色光的双缝干预实验中〔 〕A ．两列光波的波峰和波峰堆叠处出现亮条纹 B. 两列光波的波谷和波谷堆叠处出现亮条纹C ．干预条纹明暗相反，且条纹间距相等，中央条纹为亮条纹D ．从两个狭缝抵达光屏上的路程差等于光的半个波长的整数倍时，出现暗条纹6．如下图是双缝干预实验表示图，屏上某处P 出现明条纹，那么P 处到双缝S1、S2的距离之差是〔 〕A ．光波半波长的奇数倍．B ．光波波长的奇数倍．C ．光波半波长的偶数倍．D ．光波半波长的整数倍．7．以下图是研讨光的双缝干预用的表示图，挡板上有两条狭缝S 1、S 2，由S 1和S 2收回的两列波抵达屏上时会发生干预条纹，入射激光的波长为λ，屏上的P 点到两缝S 1和S 2的距离相等，假设把P 处的亮条纹记作第0号亮纹，由P 向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，那么P 1处的亮纹恰恰是10号亮纹.设直线S 1P 1的长度为γ1，S 2P 1的长度为γ2，那么γ2-γ1等于( )A. λ5B. 10λC. 20λD. 40λ8．光的颜色决议于 〔 〕A ．波长．B ．波速．C ．频率．D ．折射率．9．同一束单色光从空气射入水中，那么 〔 〕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，只要波速变小．10. 在双缝干预实验中，以白光为光源，在屏上观察到黑色干预条纹，假定在双缝中的一缝前放一白色滤光用只能透过红光〕，另一缝前放一绿色滤光片〔只能透过绿光〕，这时：A 、只要白色和绿色的干预条纹，其它颜色的双缝干预条纹消逝．B 、白色和绿色的干预条纹消逝，其它颜色的干预条纹依然存在．C 、任何颜色的干预条纹都不存在，但屏上仍有亮光．D 、屏上无任何亮光．11．如图6，在双缝干预实验中，SS 1=SS 2，且S 1、S 2到光屏上P 点的路程差△s=1.5×10-6m ，当S 为λ=0.6μm 的单色光源时，在P 点处将构成 条纹；当S 为λ=0.5μm 的单色光源时，在P 点处将构成条纹。

光的干涉知识集结知识元光的干涉知识讲解一、光的干涉1．干涉现象两束光相遇时，如果满足一定的条件，就会产生干涉现象，在屏上出现明暗相间的干涉条纹．2．由干涉现象得出的结论光具有波的特性，光是一种波．3．相干条件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，还要满足相位差恒定．相邻条纹间距公式：二、杨氏双缝干涉1．1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。

2．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。

（1）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。

（2）双缝的作用：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。

3．让一束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，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的。

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，挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。

这种现象证明光是一种波。

4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件实验装置如图所示，双缝S1、S2之间的距离为d，双缝到屏的距离为l，屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，路程差∆r=r2-r1。

（1）若满足路程差为波长的整数倍，即∆r=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(其中k=0,1,2,3，…)，则出现暗条纹。

5．相邻亮条纹(暗条纹)间的距离∆x与波长λ的关系：，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝之间的距离。

三、薄膜干涉1．薄膜干涉中相干光的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差。

2．薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，前后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。