2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第一册）4.3 光的干涉（解析版）.docx

4.3光的干涉

物理素养

学习目标

1.物理观念：①知道光的干涉现象，认识光干涉条纹的特征。②了解薄膜干涉，了解其应用。

2.科学思维：知道形成干涉的过程，体会干涉的条件，能判断条纹间距的变化。

3.科学探究：经历光的双缝干涉的实验过程，体会科学探究的意义。

4.科学态度与责任：通过对干涉图像及干涉现象的应用，体会物理知识之美。

1.了解相干光源，知道光的干涉条件，知道杨氏双缝干涉实验的设计原理。

2.通过光的双缝干涉实验，认识双缝干涉图样的特征。

3.知道光的路程差的概念，知道产生亮暗条纹和相邻两个亮(暗)条纹中心间距与

波长的关系。

4.知道薄膜干涉的原理并能解释一些现象。

重点关注：①双缝干涉、条纹(暗条纹、亮条纹)②托马斯.杨③干涉图样条纹间距④薄膜干涉增透膜

（一）课前研读课本，梳理基础知识

一、光的双缝干涉

1．光的干涉实验最早是物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的，杨氏双缝干涉实验有力地证明了光是一种波。

2．双缝干涉实验

如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。

(1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉现象。

(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。

3．屏上某处出现亮、暗条纹的条件

频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮暗条纹的条件如下：

(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：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3，…)

说明：k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的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到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·eq\f(λ,2)(k＝1,2,3，…)

说明：k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。

注意：当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加时，产生亮、暗条纹的条件与上面的情况恰好相反。

4．干涉图样

(1)单色光的干涉图样：如图所示，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹。

(2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹。

二、干涉条纹和光的波长之间的关系

1．条纹间距是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离。

条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ

其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长。

2．两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大。

(1)对于同一单色光，条纹之间的距离相等，由该单色光的亮条纹和暗条纹组成。

(2)用不同颜色的光进行干涉实验，条纹间距不同，红光条纹间距比黄光条纹间距大，蓝光条纹间距比黄光条纹间距小。

(3)白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：

①白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。

②各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。

③两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。

三、薄膜干涉

1．薄膜干涉：如图，不同位置的液膜，厚度不同，液膜前后两个面反射光相互叠加发生干涉。

2.薄膜干涉的原理：

(1)光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差，是相干光。

(2)光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。

3．应用：

(1)干涉法检查平面平滑度：对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。

如图甲所示，两平面之间形成一楔形空气薄层，用单色光从上向下照射，空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，空气层厚度相同的地方，两列波路程差相同，两列波叠加时相互加强或相互削弱的情况也相同。如果被测表面是平整的，得到的干涉图样必是一组平行的直线。如果被测表面某处凹陷，则对应亮条纹(或暗条纹)向左弯曲，如图乙中P处所示；如果某处凸起，则对应条纹向右弯曲，如图乙中Q处所示。

(2)增透膜：在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射；

膜的折射率小于光学元件折射率，增透膜的厚度为光在介质中波长的eq\f(1,4)，从膜前后表面反射的光的路程差为eq\f(1,2)波长，所以两列光波相互削弱，使反射光的强度大大降低，入射光的强度得以加强。

（二）辨析

1.两只手电筒射出的光束在空间