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1、高中物理教科版高中物理教科版 选修选修3-4第五章第五章 光的波动性光的波动性 光到底是什么？光到底是什么？这一问题已提出了有这一问题已提出了有2000多年！根据已学的知识，我们对光多年！根据已学的知识，我们对光的本性的认识是怎样的？的本性的认识是怎样的？请相互交流请相互交流 问题问题追问追问 如果光是一种波，那么我们可以从如果光是一种波，那么我们可以从哪些现象上来证明？哪些现象上来证明？1 1 1 1光的干涉高中物理教科版高中物理教科版高中物理教科版高中物理教科版 选修选修选修选修3 3-4 4第五章第五章第五章第五章 光的波动性光的波动性光的波动性光的波动性人类对光的本性的认识过程人类对光
2、的本性的认识过程 活动一 人类对光的本性的认识的认识中，具有代人类对光的本性的认识的认识中，具有代表性的有哪些？表性的有哪些？问题问题1活动一活动一（1）人类认识事物的一般过程：）人类认识事物的一般过程：实验、事实假说实验、新事实修正假说（2）人类对光的本性认识的主要过程）人类对光的本性认识的主要过程（了解）：A牛顿的微粒说牛顿的微粒说（17世纪）：光是的物质微粒（弹性小球），在均匀介质中以一定的速度传播；能解释：光的直线传播、光的反射、光的折射；不能解释：光能同时发生反射和折射、光的独立传播；B惠更斯的波动说惠更斯的波动说（荷兰，跟牛顿同一时代）：光是某种振动，以波的形式向周围传播；能解释：
3、光的反射和折射、光的独立传播；不能解释：光的直线传播、光电效应；人类对光的本性的认识过程人类对光的本性的认识过程 人类对光的本性的认识过程人类对光的本性的认识过程 活动一 C托马斯托马斯 杨（英）、菲涅耳（法）：杨（英）、菲涅耳（法）：光的干涉和衍射现象，进一步证实了光的波动性；D D麦克斯韦预言电磁波的存在，并提出光是一种电磁麦克斯韦预言电磁波的存在，并提出光是一种电磁波波；但仍不能解释随后观察到的光电效应现象；E爱因斯坦：光子说（光子有别于微粒）现在人们公认：光具有波粒二象性光具有波粒二象性 人们既然知道的波的特性，为什么一开始人们既然知道的波的特性，为什么一开始没有观察到光波的干涉现象呢
4、？没有观察到光波的干涉现象呢？问题问题2平常不易观察到光的干涉现象的原因：平常不易观察到光的干涉现象的原因：光源各部分发光的频率无法绝对一致光源各部分发光的频率无法绝对一致各部分振动的相位差不稳定各部分振动的相位差不稳定托马斯托马斯 杨是如何解决光的相干性难题的？杨是如何解决光的相干性难题的？问题问题3将同一列光波将同一列光波一分为二一分为二，再让它们相互叠加，再让它们相互叠加 观察光的双缝干涉现象观察光的双缝干涉现象你观察到的双缝干涉现象是怎样的？你观察到的双缝干涉现象是怎样的？活动二问题问题1 中央亮纹两边对称中央亮纹两边对称分布着明暗相间的等分布着明暗相间的等宽条纹，条纹跟狭缝宽条纹，条
5、纹跟狭缝平行平行 当双缝间距当双缝间距d、双缝屏与光屏间距、双缝屏与光屏间距l、入射、入射光的波长光的波长等变大时，双缝干涉的条纹将如何变等变大时，双缝干涉的条纹将如何变化？化？猜想猜想具体现象具体现象 当双缝间距d变小、双缝屏与光屏间距l、入射光的波长等变大时，双缝干涉的条纹将变宽。认识双缝间距认识双缝间距d、双缝屏与光屏间距、双缝屏与光屏间距l、入射光的波长入射光的波长等对双缝干涉的条纹等对双缝干涉的条纹影响的理论关系影响的理论关系 双缝间距双缝间距d、双缝屏与光屏间距、双缝屏与光屏间距l、入射光的、入射光的波长波长等对双缝干涉的条纹影响的物理原理等对双缝干涉的条纹影响的物理原理是什么？是
6、什么？活动三问题问题原理推导原理推导原理解释：先定义：原理解释：先定义：d、l、r1、r2、s1、s2、x（强（强调调 d、x很小）很小）中央亮纹的形成、中央亮纹的形成、各明条纹、暗条纹形成的各明条纹、暗条纹形成的条件复习；条件复习；对光屏上任一点对光屏上任一点P，距中点距中点O为为x，相应光程差，相应光程差=r1-r2；方法方法1 近似处理：因ld、lx，则故：=r1-r2方法方法2=r2 r1=d sind tand x/l 讨论讨论a若若，即，即b若若，即即k=0，1，2，时时，则为则为暗暗纹纹；k=0，1，2，时，则为亮纹；时，则为亮纹；结论结论 相相邻邻两亮（暗）条两亮（暗）条纹间纹
7、间的距离：的距离：（等（等间间距、等距、等宽宽）(见书见书P85)P85)a在在一定一定时时，各条，各条纹纹等等间间距、等距、等宽宽；b，x，即，即，条，条纹纹越粗（越粗（宽宽）；）；红红色条色条纹纹最最宽宽，紫色条，紫色条纹纹最窄；最窄；测测波波长长，式中式中X为为n条条条条纹间纹间的的总间总间隔隔(共共n-1个个间间隔隔)可用可用实际采用测多算少的方式，即：实际采用测多算少的方式，即：问题问题1薄膜干涉薄膜干涉 活动四肥皂膜表面为何呈现彩色条纹？肥皂膜表面为何呈现彩色条纹？问题问题2薄膜干涉现象形成的原因是什么薄膜干涉现象形成的原因是什么？解释：解释：薄膜两表面反射的光互相叠加而薄膜两表面
8、反射的光互相叠加而成的。竖立的肥皂膜在重力的作用下形成的。竖立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔形，当光照在薄膜上时，成上薄下厚的楔形，当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射回一列光波，这从膜的前后表面各反射回一列光波，这两列波即是频率相同的相干光波，由于两列波即是频率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同。当路程差为光波波长的整数倍时，不同。当路程差为光波波长的整数倍时，则为波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，则为波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当光使光波的振动加强，形成亮条纹；当光波的路程差为半波长的奇数倍
9、时，则波波的路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹暗条纹 问题问题3薄膜干涉有哪些典型的应用薄膜干涉有哪些典型的应用？应用一：应用一：检查精密光学平面的平整度检查精密光学平面的平整度 a明确相应的薄膜明确相应的薄膜空气膜 b相应的干涉现象相应的干涉现象平行、等间距条纹（等厚、等倾干涉）问题问题3薄膜干涉有哪些典型的应用薄膜干涉有哪些典型的应用？应用二：增透膜应用二：增透膜由能量守恒可知，由能量守恒可知，入射光总强度入射光总强度=反射光总强度反射光总强度+透射光总强度透射光总强度 当满足增透膜厚度当满足增透膜厚度d d=介介介介/
10、4/4时，时，两束反射光恰好实现波峰与波谷相两束反射光恰好实现波峰与波谷相叠加，实现干涉相消，使其合振幅叠加，实现干涉相消，使其合振幅接近于零，即反射光的总强度接近接近于零，即反射光的总强度接近于零，从总效果上看，相当于光几于零，从总效果上看，相当于光几乎不发生反射而透过薄膜，因而大乎不发生反射而透过薄膜，因而大大减少了光的反射损失，增强了透大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。射光的强度。增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。当白光起增透作用。当白光(垂直垂直)照到增透膜上，反射照到增透膜上，反射光中绿光产生相消干涉，使得反射光中绿光的强
11、光中绿光产生相消干涉，使得反射光中绿光的强度几乎是零。而反射光中其他波长的光度几乎是零。而反射光中其他波长的光(如红光和如红光和紫光紫光)并没有被完全抵消。因此，通过反射光观察并没有被完全抵消。因此，通过反射光观察到增透膜呈绿光的互补色到增透膜呈绿光的互补色淡紫色。淡紫色。追问：追问：为什么一般的照相机的镜头成淡紫色？为什么一般的照相机的镜头成淡紫色？问题问题4生活中还有哪些常见的薄膜干涉现象生活中还有哪些常见的薄膜干涉现象？马路上积水的油膜呈现彩色图案马路上积水的油膜呈现彩色图案 两片压紧的平板玻璃间呈现彩色条纹两片压紧的平板玻璃间呈现彩色条纹 各种颜色的玻璃幕墙各种颜色的玻璃幕墙 问题问题
12、1：日常生活中为何不易看到光的干涉现象？：日常生活中为何不易看到光的干涉现象？问题问题2：双缝干涉实验的现象是怎样的？出现明条：双缝干涉实验的现象是怎样的？出现明条纹和暗条纹的条件是什么？纹和暗条纹的条件是什么？问题问题3：双缝干涉实验中干涉条纹的间距跟哪些因：双缝干涉实验中干涉条纹的间距跟哪些因素有关？有怎样的关系？素有关？有怎样的关系？问题问题4：薄膜干涉现象是如何形成的？有哪些典型：薄膜干涉现象是如何形成的？有哪些典型的应用？的应用？问题问题5：为什么照相机的镜头常呈淡紫色或蓝色？：为什么照相机的镜头常呈淡紫色或蓝色？小结：小结：第一节第一节 光的干涉光的干涉 一、物理思想方法：一分为二一、物理思想方法：一分为二 二、双缝干涉的现象二、双缝干涉的现象 1中央明条纹、平行、等间距中央明条纹、平行、等间距 2决定双缝干涉条纹间距的条件决定双缝干涉条纹间距的条件 相邻两亮（暗）条纹间的距离：相邻两亮（暗）条纹间的距离：三、薄膜干涉三、薄膜干涉 1现象及成因：膜前后表面反射的光叠加干涉现象及成因：膜前后表面反射的光叠加干涉 2典型应用：检查表面平整度、增透膜典型应用：检查表面平整度、增透膜板书设计