人教版高中物理选修3-4课件13.2光的干涉（51）.ppt

在日常生活中，我们见到许多光学的现象 . 导入新课 光的直线传播 彩 虹 海市蜃楼 牛顿 微粒说 惠更斯 波动说 自然界中的光现象如此丰富多彩，人们不禁要问光的本质到底是什么？ 思考 假设 光真的是一种波 , 我们必然能看到波特有的现象 1. 波的两个特有的现象是什么？ 答：干涉和衍射 . 2 . 什么叫波的干涉？ 答：两列 频率相同 的波叠加，某些区域振动加强，某些区域振动减弱，加强区与减弱区 相互间隔 的现象叫波的干涉。 3. 两列机械波发生干涉的条件是什么？ （以水波为例） ．频率相同； ．振动方向一致； ．相位差恒定． 4. 两列波干涉时，振动最强的点和振动最弱的点条件是什么 ？ 第二节光的干涉 第十三章光 1. 知识与能力 在复习机械波干涉的基础上使学生了解产生光的干涉的条件和杨氏实验的设计原理 . 通过干涉实验使学生认识光的干涉现象和干涉条纹的特征 . 使学生掌握在双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的原因及条件 . 教学目标 2. 过程与方法 在机械波产生干涉现象的知识基础上，学生通过自主实验探究，小组合作学习探究掌握光的干涉条件，推理在双缝干涉实验中形成亮条纹和暗条纹的原因及产生亮暗条纹的条件 . 通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力． 3. 情感态度与价值观 通过“杨氏双缝干涉”实验的学习，渗透科学家认识事物的物理思维方法． 培养学生循着科学家足迹自主探究科学知识的能力，从而真正实现使每个学生都得到发展的目标 . 重点 使学生知道双缝干涉产生的条件，认识干涉图样的特征 . 理解双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件 . 难点 对双缝干涉图样中亮条纹和暗条纹产生原因的正确理解 , 如何用波动说来说明明暗相间的干涉条纹，在时间上是稳定的，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”． 教学重难点 本节导航 一 . 杨氏干涉实验 二 . 决定条纹间距的条件 三 . 白光的双缝干涉 一 . 杨氏干涉实验 独立光源的两束光 或 同一光源的不同部位 所发出的光的位相差“瞬息万变” 思考： 有没有什么方法可以获得 相干光 呢？ 小资料 天才的设想 托马斯 · 杨 杨氏双缝实验被评为 十大最美丽实验之一。 巧妙解决了相干光问题 光束 单缝 双缝 红滤色片 ( 激光 ) 屏幕 s 0 s 1 s 2 英国医生和物理学家。对物理学的贡献，除了提出“能”的概念（ 1807 年）和杨氏弹性系数之外，最大的成就就是 1801 提出光的干涉理论。 托马斯 · 杨 科学简史 １、实验装置 （ 1 ） 形成明暗相间的条纹 （ 2 ）条纹等宽、亮度相同 （ 3 ）亮纹间 等距 、暗纹间 等距 （ 4 ）两缝 S 1 、 S 2 中垂线与屏幕相交位置是亮条纹 --- 中央亮纹 ２、实验现象 明暗相间的条纹 思考： 为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？请用我们所学的波动知识来解释 . 叠加（振动）加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹 . 3 、光具有波动性 P δ=0 中央亮纹 由于从 S 1 S 2 发出的光是振动情况完全相同，又经过相同的路程到达 P 点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在 P 点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅 A ＝ A 1 +A 2 为最大， P 点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。 双缝 S1 S 2 屏幕 S 1 S 1 S 2 P P 1 第一亮纹 双缝 S 1 S 2 屏幕 S1 S2 P 1 取 P 点上方的点 P 1 ，从 S 1 S 2 发出的光到 P 1 点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如 δ= S 1 － S 2 =λ ，出现第一条亮纹 λ λ δ=λ P 2 第二亮纹 双缝 S 1 S 2 屏幕 屏上 P 1 点的上方还可以找到 δ= S 1 － S 2 ＝ 2λ 的 P 2 点出现第二条亮纹。 2λ 讨论： 亮纹 和暗纹为什么相间（依次出现）呢？ P 3 第三亮纹 双缝 S 1 S 2 屏幕 屏上 P 1 点的上方还可以找到 δ= S 1 － S 2 ＝ 4λ 的 P 2 点， δ= S 1 － S 2 ＝ 5λ 的 P 3 点 …… 等处的第四条、第五条 …… 亮纹；在中央明纹 P 的下方可找到 δ= S 1 － S 2 ＝ λ 的 P 1 / 点， δ= S 1 － S 2 ＝ 2λ 的 P 2 / 点， δ= S 1 － S 2 ＝ 3λ 的 P 3 / 点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三 … ，第 n 条亮纹 . 3λ 双缝 S 1 S 2 屏幕 P 1 第一亮纹 δ=λ P 中央亮纹 δ=0 P 2 第二亮纹 δ=2λ P 3 / 第三亮纹 δ=3λ P 3 第三亮纹 δ=3λ P 2 / 第二亮纹 δ=2λ P 1 / 第一亮纹 δ=λ Q 1 第一暗纹 双缝 S 1 S 2 屏幕 S 1 S 2 P 1 取 P 点上方的点 Q 1 ，与两个狭缝 S 1 、 S 2 路程差 δ= S 1 － S 2 ＝ λ/2 ，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰， Q 1 点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小， Q 1 点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。 λ/2 λ/2 Q 2 第二暗纹 双缝 S 1 S 2 屏幕 屏上 Q 1 点的上方还可以找到 δ= S 1 － S 2 ＝ 3λ/2 的 Q 2 点出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹 Q 3 …… ，在中央明纹下方也可以找到对称的 Q 1 / 、 Q 2 / 、 Q 3 / …… 等暗纹 . 3λ/2 Q 1 第一暗纹 双缝 S 1 S 2 屏幕 P 1 第一亮纹 δ=λ P 中央亮纹 δ=0 P 2 第二亮纹 δ=2λ P 3 / 第三亮纹 δ=3λ P 3 第三亮纹 δ=3λ P 3 / 第二亮纹 δ=2λ P 3 / 第一亮纹 δ=λ Q 2 第二暗纹 Q 1 第一暗纹 Q 3 第三暗纹 Q 3 / 第三暗纹 Q 2 / 第二暗纹 Q 1 / 第一暗纹 δ=5λ/2 δ=λ/2 δ=3λ/2 δ=5λ/2 δ=3λ/2 δ=λ/2 （ 1 ） 空间的某点距离光源 S 1 和 S 2 的路程差为 0 、 1 λ 、 2 λ 、 3 λ 、等 波长的整数倍（半波长的奇数倍） 时，该点为振动加强点 . （ 2 ）空间的某点距离光源 S 1 和 S 2 的路程差为 λ /2 、 3 λ/2 、 5λ/2 、等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点 . 总结规律 光程差 δ =nλ （ n=0 ， 1 ， 2 ，等） 光程差 δ = （ 2n-1)λ/2 (n=1,2,3, 等） 亮纹 暗纹 4 、干涉规律 二 . 决定条纹间距的条件 若用绿光在同样的装置中做双缝干涉实验，会得到什么图样呢？ 思考 不同单色光的双缝图样干涉比较 d=0.36mm d=0.36mm 从两张照片中可以看出：红光的条纹间距（宽度）比蓝光大，那么，不同单色光的干涉条纹的间距（宽度）与哪些因素有关? 提出问题： 观察不同单色光的双缝干涉条纹的情况，说说你的思考？ 不同的色光在真空中的传播速度相同 . 波长和频率的乘积等于波速： v = λf ， 波长越长频率越小，波长越短频率越大 . 光的颜色 波长 λ(nm) 频率 f(10 14 Hz) 光的颜色 波长 λ(nm) 频率 f(1014Hz) 红 770～620 3.9～4.8 绿 580～490 5.2～6.1 橙 620～600 4.8～5.0 蓝－靛 490～450 6.1～6.7 黄 600～580 5.0～5.2 紫 450～400 6.7～7.5 1 nm=10 -9 m 特征量 红光→紫光 干涉条纹间距（ Δ x ） 由大到小 真空中的波长（ λ） 由大到小 频率（ ν） 由小到大 七种单色光的综合性质对比一览表 精确实验表明相邻亮（暗）条纹间的距离与波长成正比 三 . 白光的双缝干涉 七种单色光在同一种装置中的双缝干涉条纹间距是从大到小的。但它们在双缝正对的像屏的中央 P 处附近均为亮条纹还是暗条纹？ 拓展1、 若用白光在同样的装置中做双缝干涉实验，其干涉图样是什么条纹？ 拓展2、 分析说明用白光做杨氏双缝实验时，中央亮纹的边缘是什么颜色？ 拓展3、 分析说明用白光做杨氏双缝实验时，离中央最近的一条亮纹是什么颜色？ 红 紫 思考 白光的双缝干涉： 白光的薄膜干涉条纹 —— 彩色条纹 水面上的油膜呈彩色 实际问题 本节小结 一 . 杨氏干涉实验 １、实验装置 （ 1 ） 形成明暗相间的条纹 （ 2 ）条纹等宽、亮度相同 （ 3 ）亮纹间 等距 、暗纹间 等距 （ 4 ）两缝 S 1 、 S 2 中垂线与屏幕相交位置是亮条纹 --- 中央亮纹 ２、实验现象 3 、光具有波动性 4 、干涉规律 二 . 决定条纹间距的条件 1 、精确实验表明相邻亮（暗）条纹间的距离与波长成正比 特征量 红光→紫光 干涉条纹间距（ Δx） 由大到小 真空中的波长（ λ） 由大到小 频率（ ν） 由小到大 三 . 白光的双缝干涉 1 ．用两个红灯照射白墙，在墙上会看到（ ） A 明暗相间的条纹 B 彩色条纹 C 一片红光 D 晃动的条纹 课堂练习 C P 2. 如图所示，用单色光做双缝干涉实验， P 处为第二亮条纹，改用频率较高的单色光重做实验（其他条件不变）时，则第二亮条纹的位置： ( ) A 仍在 P 处 B 在 P 点的上方 C 在 P 点的下方 D 将不存在亮条纹 C 3. 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 、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失． B 、红色和绿色的干涉条纹消失，其它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． C 分析与解： 在双缝干涉实验中，白光通过单缝成为线光源，从单缝时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，只有亮光，选择项 C 正确．