光的干涉

定义：两列光波在空间中相遇叠加，某些区域的光被加强，出现亮纹；某些区域的光被减弱，出现暗纹，且加强区域和减弱区域互相间隔的现象

干涉条件：频率相同、振动情况相同

杨氏双缝干涉实验装置

器材：光源、滤光片、单缝、

双缝、遮光筒、光屏

光源：提供光源

滤光片：使复色光成为         

单缝：使入射光成为            光源

双缝：使入射光成为            光源

遮光筒：防止         干扰实验

光屏：承接形成的像

光屏像的特点：

（1）单色光中央为亮条纹，两边为等间距对称分布的明暗相间条纹；

（2）白光屏上得到彩色条纹，中央为白色；

（3）相邻亮条纹（暗条纹）之间的中央间距为定值 ，其中L为        距离，d为             距离  ，为光的               

光的干涉现象的解释：

 

亮条纹处：

 

暗条纹处：

例题1：波长为5890埃的黄光照在一双缝上，在距双缝为1米的观察屏上，测得20个亮条纹的间距共宽2.4厘米，双缝间的距离为             。

练习1：双逢干涉实验装置如图所示，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清晰的干涉条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是　(    )

A．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰

B．若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹

C．若将双逢间距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小

D．若将双缝间距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大

练习2：如图所示，在双缝干涉实验中，S₁和S₂为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S₁和S₂距离之差为2.1×10^－6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？

(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10^－7m。

(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10^－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°。

薄膜干涉

由薄膜的前、后两表面反射的两列波叠加而形成，单色光在薄膜上形成水平状的明暗相间的条纹；白光形成彩色条纹;

形成原因：光经过液膜前后两个液面反射回来的光线发生叠加，这两束相干光走的光程不同，

如果光程差为光半波长偶数倍，出现        条纹

如果光程差为光半波长奇数倍，出现        条纹

应用：增透膜、检查平面平整度等

例题2：有的眼镜、较精密的光学镜头的表面都镀有一层薄膜（常用氟化镁），叫增透膜，它能减少反射光，增加透射光.增透膜的原理是       .

练习3：用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈。将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是(　　)

A．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°

B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°

C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°

D．干涉条纹保持不变       

练习4：如图左图是干涉法检查平面示意图，右图是得到的干涉图样，则干涉图中条纹弯曲处的凹凸情况是_________。（填“上凸”或“下凹”）

练习5：如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是(　　)

①人从右侧向左看，可看到彩色条纹

②人从左侧向右看，可看到彩色条纹

③彩色条纹水平排列

④彩色条纹竖直排列

A.①③      B.②④        C.①④          D.②③

光的衍射

光可以绕过障碍物或孔隙，偏离直线传播路径进入阴影区域的现象，称为光的衍射现象

单缝衍射：1、中央亮纹宽而亮

2、两侧条纹明暗相间，具有对称性，亮纹的宽度、亮度都在逐渐减小

注：单缝衍射与双缝干涉的区别

双缝干涉：各明纹或暗纹宽度、亮度基本相等；

单缝衍射：中央条纹最宽最亮,两侧条纹宽度、亮度逐渐减小．

规律：1：波长一定时，单缝越窄,中央条纹越        ，各条纹间距越     ．(衍射越明显)

      2：单缝不变时，波长大的中央亮纹越         ，条纹间隔越       (衍射越明显)

      3：白光的单缝衍射条纹为中央亮（白色），两侧为彩色条纹，且外侧呈      ，靠近光源的内侧为        ．

圆孔衍射：

1、孔较大时——屏上出现         

2、孔较小时——屏上出现          

圆孔衍射特点：

1、中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环；

2、越往外，圆形亮斑的宽度、亮度越      

3、用不同色光照射时候，波长越长的光，中央圆形亮斑的直径越      ；

4、同一种色光，圆孔越小，中央亮斑的半径越        ；

5、白光的圆孔衍射图样中，中央是白色圆形亮斑，周围是彩色同心圆环

圆盘衍射：

圆盘衍射特点：

1、中央圆心处为小亮斑（泊松亮斑）且中心环为较宽的暗环；

2、中心暗环的宽度比周边的暗环的宽度大的多

例题3：下列关于单缝衍射的说法中，正确的是（   ）

A和光的双缝干涉图样相同

B各亮条纹的宽度不同而亮度相同

C各亮条纹的宽度相同而亮度不同

D中央亮条纹的宽度最宽，亮度最亮

练习6：用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图形，它们特征是（  ）   

A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的

B．中央均为亮点的同心圆形条纹    

C．中央均为暗点的同心圆形条纹

D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的

练习7：在单缝衍射实验中，下列说法错误的是(　　)

A．将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹变窄

B．使单缝宽度变小，衍射条纹变窄

C．衍射现象中的明暗条纹是光叠加的结果

D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽

练习8：用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依次出现的现象是：____________；__________；___________．

实验：用双缝干涉测量光的波长

实验目的：(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件。

(2)观察白光和单色光的双缝干涉图样。

(3)测定单色光的波长。

实验原理：根据λ=        可以计算出单色光的波长。公式中d为双缝间距离，Δx为相邻两条亮纹间的距离，L为双缝到屏之间的距离，实验中d一般是已知的，所以测出      、        即可求出光的波长。

Δx的测量可用测量头完成，如图所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成。通过测量头可清晰看到干涉条纹，分划板上中心有刻线，以此作标准，并根据手轮的读数可求得Δx。由于Δx较小，可测出n条亮(或暗)条纹的间距a，则相邻亮条纹间的距离Δx＝            。

实验步骤：

1、按照如图顺序安装好实验装置，调整仪器，使得能观察到清晰的干涉条纹；

2、使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上

的读数a₁，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a₂，将该条纹记为第n条亮纹。

3、用刻度尺测量双缝到光屏的距离L(d是已知的)。

误差分析：

(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差。

(2)测条纹间距Δx带来的误差：

①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。

②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。

③分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。

④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。

例题4：在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图所示的方法，让激光束通过自制的双缝。

(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距________(选填：“越大”或“”越小)；

(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距________(选填：“越大”或“越小”)；

(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时________(选填“大”或“小”)；

练习9：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，要把它们放在如图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，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、____       ____、A。

(2)本实验的实验步骤有：

①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；

②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；

③用米尺测量双缝到屏的距离；

④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②时还应注意_____________和_____     ___。

(3)将测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，记下此时如图乙所示的手轮上的示数__________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为__________mm。

(4)已知双缝间距d为2.0×10^－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝__________，求得所测红光波长为__________nm.

练习10：如图甲所示是实验装置示意图，乙图是用绿光进行实验时，光屏上观察到的条纹情况，a为中央明纹；丙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，则下列说法正确的是(　　)

A．丙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长

B．丙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长

C．丙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短

D．丙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短

练习11：如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图。

(1)图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②③④依次是____________、____________和____________。

(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离(　　)

A．增大③和④之间的距离         B．增大④和⑤之间的距离

C．将红色滤光片改为绿色滤光片   D．增大双缝之间的距离

(3)在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600 mm，双缝之间的距离是0.20 mm，单缝到双缝之间的距离是100 mm。某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心，这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如图所示，这两次示数依次为______mm和________mm，由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为________nm。

 

第二篇：13.3 实验：用双缝干涉测量光的波长

 

普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－4[人教版]

第十三章   光

新课程学习

13.3  实验：用双缝干涉测量光的波长

★新课标要求

（一）知识与技能

1．掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。

2．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。

（二）过程与方法

培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。

（三）情感、态度与价值观

体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。

★教学重点

双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。

★教学难点

、L、d、λ的准确测量。

★教学方法

复习提问，理论推导，实验探究

★教学用具：

双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺

★教学过程

（一）引入新课

师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？

生：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…时，出现暗纹。

师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就来推导一下。

（二）进行新课

1．实验原理

师：［投影下图及下列说明］

设两缝S₁、S₂间距离为d，它们所在平面到屏面的距离为l，且l>>d，O是S₁S₂的中垂线与屏的交点，O到S₁、S₂距离相等。

推导：（教师板演，学生表达）

由图可知S₁P=r₁

师：r₁与x间关系如何？

生：r₁²=l²+（x-）²

师：r₂呢？

生：r₂²=l²+（x+）²

师：路程差|r₁-r₂|呢？（大部分学生沉默，因为两根式之差不能进行深入运算）

师：我们可不可以试试平方差？

r₂²-r₁²=（r₂-r₁）（r₂+r₁）=2dx

由于l>>d，且l>>x，所以r₁+r₂≈2l，这样就好办了，r₂-r₁=Δr=x

师：请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系。Δr与波长有联系吗？

生：有。

师：好，当Δr=2n·，n=0、1、2…时，出现亮纹。

即·x=2n·时出现亮纹，或写成x=

第n条和第（n-1）条（相邻）亮纹间距离Δx为多少呢？

生：Δx=x_n-x_n-1

=［n-（n-1）］

师：也就是Δx=·λ

我们成功了！大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗？

生：成正比。

师：对，不过大家别忘了这里l、d要一定。暗纹间距大家说怎么算？

生：一样。

师：结果如何？

生：一样。

师：有了相邻两个亮条纹间距公式Δx=·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。

2．观察双缝干涉图样

（教师指导学生按步骤进行观察，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）

步骤：（1）按课本图13.3－2，将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。

（2）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光；

（3）调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏；

（4）安装单缝和双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约5~10 cm.；

（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

（6）那走滤光片，观察白光的干涉条纹。

（教师指导学生分别观察红色、紫色等不同颜色的单色光的干涉图样，比较不同色光干涉条纹宽度，与课本第59页彩图13.3－3对照，得出结论：红光干涉条纹间距大于紫光干涉条纹间距（注意其他条件相同，进行实验）。对于同种色光，改变双缝间距d，得出结论：双缝间距d越小，条纹间距越大。观察线状白炽灯的干涉条纹，与课本60页图彩图对比，得出结论：白光的干涉条纹是彩色的。）

3．测定单色光的波长

（教师指导学生按步骤进行测量，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）

步骤：（1）安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹；

（2）使分划板中心刻线对齐某条（记为第1条）亮条纹的中央，记下手轮上的读数a₁，转动手轮，使分划板中心刻线移动，当中心刻线与第n条亮纹中央对齐，记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a₂，则相邻两条纹间的距离。

（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离L；

（4）用游标卡尺测量双缝间距d（这一步也可省去，d在双缝玻璃上已标出）；

（5）重复测量、计算，求出波长的平均值；

（6）换用不同滤光片，重复实验。

说明：实验过程中教师要注意指导：

（1）双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，实验前教师要指导学生轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒，测量头等元件，学生若有探索的兴趣应在教师指导下进行。

（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭，不用其他物品擦拭或口吹气除尘。

（3）指导安装时，要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，引导学生分析理由。

（4）光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。

（5）实验中会出现像屏上的光很弱的情况.主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干涉条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系.因此（3）（4）两步要求应在学生实验中引导他们分析，培养分析问题的能力。

（6）实验过程中学生还会遇到各种类似“故障”，教师要鼓励他们分析查找原因。

（三）课堂总结、点评

通过今天的学习，我们掌握了干涉条纹的间距与光的波长之间的定量关系，即Δx=·λ，并利用上式测量了光的波长。该实验为我们提供了一种用宏观量测量微观量的方法。

★课余作业

完成P60“问题与练习”的题目。

★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

附：课后训练

1．在做双缝干涉实验时，用普通的白光做光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现  （    ）

A．红色干涉条纹

B．绿色干涉条纹

C．红绿相间的干涉条纹

D．无干涉条纹，但有亮光

答案：D

2．在杨氏双缝干涉实验中，保持双缝到屏的距离不变，调节双缝间距离，当距离增大时，干涉条纹距离将变________，当距离减小时，干涉条纹间距将变________.

答案：小，大 

3．用单色光做双缝干涉实验时，测得双缝间距离为0.4 mm，双缝到屏的距离为1 m，干涉条纹间距为1.5 mm，求所用光波的波长。

答案：6×10^-7 m

4．光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用，光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 μm的单色光。而上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 μm的单色光，这样操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息，回答下列问题：

（1）在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？

（2）为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？（已知光纤纤芯的折射率为1.47）

答案：（1）157 μm，（2）如果上行光信号和下行光信号频率相同，会发生干涉现象。相互间产生干扰。

5．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），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依然存在

C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但在屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

解析：题目中给出的条件是：以白光为光源时，在屏幕上得到了彩色的干涉条纹。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），那么，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错.虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。

答案：C

6．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是

A．相邻干涉条纹之间距离相等

B．中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍

C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大

D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距

解析：因为双缝干涉的条纹宽Δx=，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为_红＞_蓝，所以Δx_红＞Δx_蓝，故D错.

答案：A

7．如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S₁、S₂到屏上某点P的路程差为d，则

A．距O点最近的一条暗纹必是d=/2

B．对屏上某点d=n/2（n为正整数）时，出现暗纹

C．距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹

D．用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小

解析：当路程差d=n时出现亮条纹，路程差d=（2n＋1）/2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d=/2，所以A正确。由Δx=l/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确。

答案：AD

8．在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离Δx=________，双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量，用公式________可以测出单色光的波长。

答案：光源、滤光片、单缝、双缝，毫米刻度尺Δx=λ

9．用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.2×10^-3 m，测得双缝到屏的距离为0.700 m，分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10^-3 m，第四级亮条纹所在位置为7.470×10^-3 m，求红光的波长.若改用蓝光做实验，其他条件不变，则干涉条纹宽度如何变化？

答案：6.922×10^-7 m，变窄