第三节 光的干涉

[对点练清]
1．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色
条纹外，两侧还有彩色条纹，是因为
()
A．各色光的波长不同，因而各色光产生的干涉条纹间距
不同
B．各色光的速度不同，造成条纹间距不同
C．各色光的强度不同
D．各色光通过双缝的距离不同
解析：由Δx＝
l d
λ知双缝干涉条纹的宽度与波长成正比，各
L d
λ，知题图1中
条纹间距大，则a光的波长较大，根据f＝
c λ
知，a光的频率
较小，故A错误；a光波长较大，在同一种介质中，波速越
快，故B正确；a光的频率较小，则a光光子能量比较小，
故C错误；a光频率较小，同一介质对a光的折射率较小，
故D错误。
答案：B
薄膜干涉的理解及应用 [学透用活]
1．薄膜干涉的形成 入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下 表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的 同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。
间距是不等的
B．频率相同的两列光一定能产生干涉
C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定 解析：在双缝干涉现象里，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹
的间距是相等的，A错误；两列光波产生干涉时，频率必
须相同，但频率相同的光不一定产生干涉。故C正确，
B、D错误。 答案：C
2．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

第三章 光的干涉和干涉仪杨振宇干涉：同频率、同振动方向的两个或两个 以上单色光波叠加，其合成光强在叠加 区域出现稳定的强弱分布现象。

干涉仪：让实际光波产生干涉的装置3-1 产生干涉的条件（相干条件）回顾：什么是干涉现象？ 两个或多个光波在某区域叠加时，在叠加 区域内出现的各点强度稳定的强弱分布 现象。

思考：如图的两个独 立的普通光源，能 在观察屏上看到干 涉现象吗？观察屏3-1回顾：同频率、同振动方向两列光波在P 点的合强度I。

I = a + a + 2a1a2 cos δ2 1 2 2从干涉现象的定义出发，这一值应该不随 时间的变化而变化。

δ = const因此，产生干涉的条件是：3-1相干条件： 光波的频率相同 振动方向相同 位相差恒定补充条件：必须使光 程差小于光波的波 列长度。

2 2I = a + a + 2a1a2 cos δ2 1再来解释为什么两独立光源不能产生干涉3-1分光束的方法 要严格满足干涉条件，必须将源于同一波 列光分成几束，然后再令其产生干涉。

3-13-13-2 杨氏干涉实验y S d S1 D x r1 r2 P(x,y,D) zS2分波前干涉，单色点光源S，d<<DI = a + a + 2a1a2 cos δ2 1 2 23-22 I = a12 + a2 + 2a1a2 cos δ → I = I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos δδ=I1=I2, 空气介质2πλn(r2 − r1 )2⎡π ⎤ (r2 − r1 ) → I = 4 I 0 cos ⎢ (r2 − r1 )⎥ I = 2 I 0 + 2 I 0 cos λ ⎣λ ⎦(r2 − r1 ) = mλ ...极大值 = 4 I 02πy S dx(r2 − r1 ) = (m + 1 / 2)λ ...极小值 = 0r1 r2 S1 DP(x,y,D) z如何确定屏幕上极大值、极小值的位置？S23-2r1 = ( x − d / 2) 2 + y 2 + D 2 r2 = ( x + d / 2) 2 + y 2 + D 22 xd r − r = 2 xd → r2 − r1 = r2 + r12 2 2 1Q D >> d xd 2 xd ≈ ∴ r2 + r1 Dy S dxr1 r2 S1 DP(x,y,D) zS23-2干涉级mλD x= d m = 0,±1,±2,...... （m＋1 / 2）λD x= d3-2ee = λ / ω, 会聚角ω ≈ d / Dee3-2S1、S2连线垂直3-23-2对于屏幕任意放置的情况，要研究两点光源的等光程差在空间的轨 迹，然后再考虑屏幕与这些等光程差点相交的轨迹。

~ ~ ~ U U1 U 2
~ U1
~ U
A1
1
A

1 2
2
A2
~ U2
11
• 连续多个振幅矢量的叠加
~ ~ U U i
i
4 3
各个矢量首尾相接， 夹角为相应的相位差
3 2
2 1
12
光的叠加强度 • 光的频率是1014 Hz，其变化周期比仪器的响应时间小得 多 • 光强的测量值只能是一定时间内的平均值 • 定态光波的光强，就是电场强度振幅平方的平均值
接收屏上不同位置光强不同，出现条纹
18
2.光的相干条件(稳定干涉)
• （1）ω相同； • （2）Δφ 稳定； • （3）存在相互平行的振动分量。
19
A. 两列光之间电矢量的相对方向 两列波的振动方向相互垂直
Ψ1 Ψ 2
按矢量叠加 数量关系
Ψ1
Ψ
Ψ Ψ1 Ψ 2
2 2 2
| Ψ | | Ψ1 | | Ψ 2 |
ikx sin 1
2
k
2
( x, y)

2
x sin 2 )

U 2 A2e
ikx sin 2
k2 k1
干涉相长 干涉相消
1
1
2

x sin 1
2

x sin 2
2
z

2 (sin 1 sin 2 )

2 j x (2 j 1)
U 2 A2ei2
U 2e
1 2 U1eit U 2eit (U1 U 2 )eit
~ ~ ~ i1 i2 i A e A e A e U U1 U 2 1 2

13.3光的干涉物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。

一、教学目标1．认识光的干涉现象及产生光干涉的条件．2．理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征．3．通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力．4．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．二、重点、难点分析1．波的干涉条件，相干光源．2．如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，怎么会出现时间上是稳定的，空间上存在着加强区和减弱区并且互相间隔，如何理解“加强”和“减弱”．3．培养学生观察、表述、分析能力．三、教具1．演示水波干涉现象：频率可调的两个波源，发波水槽，投影幻灯，屏幕．2．演示光的干涉现象：直丝白炽灯泡；单缝；双缝；红、绿、蓝、紫滤色片；光的干涉演示仪；激光干涉演示仪．3．干涉图样示意挂图，为分析干涉所做的幻灯片；或电脑及干涉现象示意的动画软件．四、主要教学过程(一)引入由机械波的干涉现象引入：首先演示“水波干涉现象”，并向学生提出问题．(1)这是什么现象？(2)是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？让学生回答，让学生描述稳定干涉现象的特征，指出干涉现象是两列波在空间相遇叠加的一种情景；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．(二)教学过程设计新课教学：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。

问题：在什么样的条件下才能在屏幕上形成亮暗相间的条纹呢？根据波的叠加原理，可知：在同一种介质中传播的两列波，当两个波源的频率相同，振动状态完全相同或有恒定的相位差时，就会出现干涉现象。

2.形成光波干涉的条件（1）两个光源的频率相同；（2）两个光源的振动状态完全相同或有恒定的相位差。

如图所示的双缝干涉装置中，满足上述条件吗？为什么？分析：一束激光被分成两束相当于两个波源，激光束的颜色没有发生变化，说明两个波源的频率一定相同；两条狭缝距离光源的距离相等，所以两个狭缝处波的振动状态相同。