1、第十三章,光,目标定位 1.知道光的干涉现象，知道光是一种波. 2.理解相干光源和产生干涉现象的条件. 3.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件. 4.了解双缝干涉测量光的波长的实验原理，能够利用双缝干涉实验测量单色光的波长.,第3讲 光的干涉 实验：用双缝干涉测量光的波长,一、杨氏干涉实验 1.1801年，英国物理学家 成功地观察到了光的干涉现象. 2.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 的.这两个波源发出的光在挡板后面的空,托马斯杨,相同,间互相叠加，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到_的条纹.这种
2、现象证明光是一种 . 二、出现明、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 ；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的 时，两列光在这点 ，这里出现暗条纹.,明暗相间,波,偶数倍,整数倍,亮条纹,奇数倍,相互削弱,三、实验：用双缝干涉测量光的波长 1.实验原理：相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是x ，根据这个公式，可以测出波长. 2.观察双缝干涉图样时注意使单缝与双缝相互 ，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上.,平行,3.测定单色光的波长 在x 中，双缝间的距离d是已知的，双缝到屏的距离l可以用 测出，相邻两条亮条纹间
3、的距离x需用_测出.,米尺,测量头,想一想 实验中为什么不直接测出相邻两条亮条纹间的距离x，而要测出n个亮条纹间的距离，再求平均值？ 答案 由于光的波长很小，实验中条纹宽度很小，直接测出一条条纹的宽度不准确或较难实现，只能先测出n个条纹间距，再求相邻亮条纹间的距离，这样既便于测量，又可以减小误差.,一、杨氏双缝干涉实验 1.双缝干涉的装置示意图,图1,实验装置如图1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. 2.产生干涉的条件：两列光的频率相同
4、、相位相同、振动方向相同.本实验中是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的.,3.干涉图样 (1)若用单色光作光源，则干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹. (2)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中间条纹是白色的. 4.实验结论：证明光是一种波.,例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，其他颜色的干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干
5、涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 解析 分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但仍有光亮. 答案 C,借题发挥 明确两列光波发生干涉的条件，知道不同色光的频率不同，是对此类问题做出正确判断的关键.,二、屏上某处出现亮、暗条纹的条件 1.亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍.即： |PS1PS2|k2k (k0,1,2,3，) k0时，PS1PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.k为亮条纹的级次.,2.暗条纹的条件：屏上某点P到
6、两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍.即： |PS1PS2|(2k1) (k1,2,3，) k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.,例2 如图2所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm 的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的光程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则( ) A.P和P1仍为亮点 B.P为亮点，P1为暗点 C.P为暗点，P1为亮点 D.P、P1均为暗点,图2,解析 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S
7、1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此是亮条纹中心，因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹中心.而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600 nm橙.当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1P1S2|600 nm 紫，则两列,光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹.综上所述，选项B正确. 答案 B,借题发挥 判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值，要记住光程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍
8、处为暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同.,针对训练 如图3所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1r2|应为( ),图3,答案 D,三、用双缝干涉测光的波长 1.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.,(2)若双缝到屏的距离用l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 .实验中d是已知的，测出l、x即可测出光的波长.,2.实验步骤 (1)按如图4所示安
9、装仪器.,图4,(2)将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上.,(3)使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹；撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹).,(4)加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.,(5)将两次手轮的读数相减，求出n个亮条纹间的距离a，由x ，算出条纹间距，然后利用公式 x，求出
10、此单色光的波长(d、l仪器中都已给出). (6)换用另一滤光片，重复步骤(3)、(4)，并求出相应的波长.,3.注意事项 (1)单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上，双缝到单缝的距离应相等. (2)测双缝到屏的距离l时，用毫米刻度尺测多次取平均值. (3)测条纹间距x时，采用累积法，即用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻的两条亮条纹间的距离x .,例3 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图5所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长. (1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光
11、学元件的字母排列顺序应为C、_、A.,图5,解析 滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上.所以排列顺序为：C、E、D、B、A. 答案 (1)E、D、B,(2)本实验的步骤有： 取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； 按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； 用米尺测量双缝到屏的距离； 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离. 在操作步骤时还应注意_.,解析 在操作步骤时还应注意：放置单缝、双缝时，必须使缝平行. 答案 放置单缝、双缝时，必须使缝平行,(3)将测
12、量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图6甲所示.然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数_ mm，求得相邻亮纹的间距x为_ mm.,图6,解析 测量头的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，题图乙读数为13.870 mm，题图甲读数为2.320 mm，所以相邻条纹间距x mm 2.310 mm. 答案 13.870 2.310,(4)已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式_，求得所测红光波长为_ nm.,6.6102,杨氏双缝干涉实验 1.
13、在杨氏双缝干涉实验中，如果( ) A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C.若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大 D.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹,解析 用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错； 用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对； 变小，x变小，C错； 红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，D错. 答案 B,明、暗条纹的判断 2.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 m，若分别用频率为f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的单
14、色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是( ) A.用单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹 B.用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹 C.用单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹 D.用单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹,解析 单色光f1的波长：,单色光f2的波长：,因P点到双缝的距离之差x0.6 m1，,所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹.,x0.6 m 2，,所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹，故选项C正确. 答案 C,3.如图7所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二条暗条纹，改用频率较低的单色光重做上述实验(其他条件不变)时，则同
15、侧第二条暗条纹的位置( ) A.仍在P处 B.在P点上方 C.在P点下方 D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到,图7,解析 由 知f变小，变大.若出现第二条暗条纹，则P到双缝的光程差r ，当变大时，r也要变大，故第二条暗条纹的位置向上移，在P点上方，B正确. 答案 B,用双缝干涉测光的波长 4.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d. (1)若测定绿光的波长，应选用_色的滤光片.实验时需要测定的物理量有_和_.,解析 由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片.由x 可知要想测必须测定双缝到屏的距离l和条纹间距x.,绿,双缝到屏的距离 相邻条纹间距,(2)已知双缝到光屏之间的距
16、离L500 mm，双缝之间的距离d0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s100 mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图8所示.则入射光的波长_ m(结果保留两位有效数字).,图8,解析 游标卡尺读数精确度为0.1 mm，A位置主尺读数为11 mm，游标尺读数为1，读数为x111 mm10.1 mm11.1 mm，同理B位置读数为x215.6 mm，则条纹间距x 0.64 mm.利用 x6.4107 m. 答案 6.4107,(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有_. A.改用波长较长的光(如红光)作为入射光 B.增大双缝到屏的距离 C.增大双缝到单缝的距离 D.增大双缝间距,解析 由x 可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离，故选项A、B正确. 答案 AB,
