劈尖干涉牛顿环.doc

§12.5 劈尖干涉 牛顿环 【教学地位】 劈尖干涉和牛顿环是两种最基本的等厚干涉，它在长度、微小角度、平整程度等的精密测量中有着极为重要的应用，它是迈克尔孙干涉仪和全息照相术的重要的理论依据。 【教学目标】 知识目标 熟练掌握劈尖干涉和牛顿环的干涉原理及分析方法； 了解劈尖干涉和牛顿环在精密测量中的应用。 能力目标 课堂讲授与演示实验紧密配合，激发学生兴趣，促进学生对现象、模型、概念和原理的深入理解，培养学生研究和解决实际问题的能力。 【教学重点难点】 1.重点：劈尖干涉和牛顿环的干涉原理及应用分析。 2.难点：薄膜厚度与条纹特性的关系。 【教学方法】 讲授法、演示法、探究法、练习法和多媒体教学相结合。 现有一单色平行光照射到厚度不均匀的薄膜上，那么，在厚度不同的各点有不同的光程差；在厚度相同的各点有相同的光程差，干涉情况相同。这样的干涉称为等厚干涉。 演示等厚干涉实验 【演示实验1】白光经肥皂膜的等厚干涉 【演示实验2】白光经牛顿环的等厚干涉 通过PPT3和PPT4直观展示实验现象 过渡 等厚干涉在精密测量中有着极为重要的应用，接下来我们研究等厚干涉中的两个特例：劈尖干涉和牛顿环。 结合PPT5和PPT6，讲授分析劈尖干涉的光程差、极值条件 描述空气劈尖结构及参量。 空气膜特征：上、下表面为平面，在平行棱的直线上各点空气膜的厚度相同。 现有单色光波垂直照射到空气劈尖上表面厚度为e的点处，由膜上、下表面反射出来的两列光波 光程差为： 明条纹： 暗条纹： 相邻明（暗）条纹之间膜的厚度差： 棱边，对应零级暗条纹；干涉级别与厚度相对应，厚度增加或减少，该处干涉条纹的级别增加或降低一级。 若劈尖上板长度不变，那么膜厚度改变，膜上表面干涉条纹数目随之改变，必然会改变条纹间距。 结合PPT7，讲授分析劈尖干涉条纹中心间距，并配以学生练习 由，又很小，， 所以相邻明（暗）条纹中心间的距离为： 举例：设分别计算和时条纹间距。 结论：间距与干涉级别无关；越小越大，越大越小，当大到每一值时，条纹密不可分。所以劈尖楔角要求在之间，才会产生明显的干涉。 特性总结 特性：与棱边平行的、明暗相间的、等间距直条纹。 探究膜的厚度变化对条纹的影响，并结合PPT8动画演示 干涉级别与厚度相对应，上板上下平移或改变，相应点处膜的厚度都将发生变化。接下来我们一起探究上板上下平移或改变两种条件下干涉条纹的变化。 1、上板向上平移：不变，间距不变；各处厚度等量增加，干涉级别等幅度增大，观察到干涉条纹整体向着棱边平移，条纹总数不变。反之，条纹背离棱边平移。 2、增大：条纹间距变小，各处厚度相应增加，干涉级别增大，观察到干涉条纹向着棱边靠拢，条纹总数增加。反之，条纹背离棱边稀疏，条纹总数减少。 结合PPT9,分析劈尖干涉应用1、2 劈尖干涉的条纹特性也决定了它在精密测量中的重要应用。 1、测细丝的直径：设L为细丝到棱边的距离，b为相邻暗条纹中心间距，则细丝直径为：。 2、测波长、微小角度和折射率：由，已知四个量中的任意三个，可以测出另一个量。 结合PPT10，学生互动练习，进一步理解劈尖干涉测折射率的原理 例1：两玻璃片构成一空气劈尖，其夹角为，用波长为的单色光垂直照射，若向空气劈尖中注入某种液体，看到第五条明纹在劈尖上移动了，求液体的折射率。设空气折射率为1. 解：相邻明条纹中心间的距离为： 第五条明纹与棱边的距离： 膜为空气时： 膜为液体时： 第五条明纹移动的距离： 代入已知量，得。 结合PPT11,分析劈尖干涉应用3 3、干涉膨胀仪测膨胀系数：设为材料的伸长量，N为移过的条纹数，则 从而膨胀系数 学生互动，结合PPT11,分析劈尖干涉应用4， 4、检测工件表面的平整度，并估算该缺陷的程度。 当用单色光垂直照射时，部分干涉条纹向右弯曲，表明弯曲部分对应膜的厚度与左边一致，及工件表面在该处上凸；反之，下凹。 若弯曲部分的顶点恰与右邻的直线部分连线相切，则凸起的最大厚度为，若弯曲部分为单个间距的，则凸起的最大厚度为。 结合PPT12，与劈尖干涉相对比，简单分析牛顿环的光程差、极值条件 牛顿环空气薄层膜特征：上表面为球面、下表面为平面的空气薄层，在以接触点为中心的同一圆周上空气膜的厚度相同。 现有一单色光波垂直照射到膜的上表面厚度为e的点处，由膜上、下表面反射出来的两列光波的 光程差为： 明环对应膜的厚度： 暗环对应膜的厚度： 相邻明（暗）环之间膜的厚度差： 讨论膜的厚度变化对干涉条纹的影响，结合PPT13动画演示 干涉级别与厚度相对应，在膜的厚度相同的同一圆周上，干涉级别相同。 若平凸透镜向上（下）平移，干涉条纹将如何变化？ 平凸透镜向上平移，膜的厚度等量增加，干涉级别等幅度升高,低级别消失，条纹内陷；平凸透镜再向下平移，膜的厚度等量减小