大学物理(11.3.2)--薄膜干涉----等倾干涉

高中物理光的干涉和薄膜干涉人教版第三册

光的干涉、薄膜干涉 教学目的 1．知识目标： (1)认识光的干涉现象及产生光干涉的条件． (2)理解光的干涉条纹形成原因，认识干涉条纹的特征． (3)了解双缝干涉条纹的特点． (4)知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用． 2．能力目标： 通过观察、实验，培养学生对物理现象的观察、表达、分析及概括能力． 3．情感目标： 通过介绍光的波动性的发现过程，渗透科学家认识事物的科学态度和辩证唯物主义观点． 教具 透明发波水槽，投影仪，光的干涉演示仪，激光干涉演示仪，灯泡，多媒体，电脑动画课件，酒精灯，肥皂溶液，铁丝圈，食盐，火柴，空气尖劈，牛顿圈，照相机镜头． 教学过程 引入新课 【演示】通过投影仪演示水波的干涉现象，提问： 1．这是什么现象？ 2．干涉图样中的“明”“暗”条纹是如何形成的？ 3．是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？ 引导学生在复习旧知识的基础上解释波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的，是波的特性，产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等且振

动情况相同的两列波，干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和振动“减弱区”． 提问： 1．光有波动性吗？能否产生干涉现象？ 2．怎样得到光的干涉图样？ 【板书】第一节光的干涉 进行新课 引导学生思考：光若具有波动性，应会产生光的干涉现象，那么要得到稳定的干涉图样，必须具备什么前提条件呢？ 由前面复习可知，必须要有相干光源及频率相同、振动情况相同的两列光波．如何得到相干光波呢？可由学生先讨论． 【演示】将两个通有同频率交流电的单丝灯泡作为两个光源，放在光屏前面，如图21－1所示，移动屏与灯泡之间的距离． 现象：屏幕上看不到明暗相间的现象． 【演示】把两支同样的蜡烛点燃作为两个相同光源也看不到光的干涉现象 提问：为什么不能看到干涉图样？是光没有波动性还是没有满足相干光源的条件？ 引导学生讨论后得到：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象，是由于光无波动性，还是实验设计有错误，没有满足相干条件？历史上很长时间内人们一直认为光不是波，所以没有波动性，也不会产生干涉现象．直到19世纪英国物理学家托马斯·杨改进实验设计，在历史上第一次得到了相干光源． 【板书】一、双缝干涉 介绍实验装置——杨氏双缝干涉仪． 说明双缝距离很近，约为0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相的．如图21－2．【演示】先用加有红色滤光片的双缝演示仪演示单色红光的干涉条纹．再用激

薄膜干涉之等厚资料

二级物理实验 【1】、薄膜干涉中等厚干涉的特点和性质 1、薄膜干涉 分振幅法－－点光源Q 发出的一束光投射到两种透明媒质的分界面上时，它 携带的能量一部分反射回来，一部分透射过去，∝,这种分割方式 称为分振幅法。最基本的分振幅干涉装置是一块由透明媒质做成的薄膜。 Q 是点光源。由Q 点发出的光射在薄膜的上表面时，它被分割为反射和折射两束光，折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质，在这里与上表面的反射光束交迭，在两光束交迭的区域里每个点上都有一对相干光线在此相交，如相交于A,B,C,D 各点，A 点在薄膜表面，B 点在薄膜上面空间里，C 点是两平行光线在无穷远处相交，D 点是光线延长线在薄膜下面空间里。只要Q 点发出光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面附近一直延伸到无穷远。此时，在广阔的区域里到处都有干涉条纹。 观察薄膜产生的干涉条纹，可以用屏幕直接接收，更多的是利用光具组使干涉条纹成像（或用眼睛直接观察）。 由物像等光程性可知：两束光在A,B,C,D 各点的光程差与在A ′,B ′,C ′,D ′点的光程差是相等的，即参加干涉的两光束经光具组重新相遇时光程差是不变的，因此，我们在像平面上得到与物平面内相似的干涉图样，利用此方法，我们不仅可以观察薄膜前的“实”干涉条纹，还可以观察薄膜后的“虚”干涉条纹。 普遍地讨论薄膜装置整个交迭区内任意平面上的干涉图样是很复杂的问题，但实际中意义最大的是： ① 厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹 ② 厚度均匀薄膜在无穷远产生的等倾条纹 2、等厚干涉 一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面分别反射形成两列相干光波，叠加后产生干涉．其中，对楔形薄膜来说，凡是薄膜厚度相等的一些相邻位置，光的干涉效果相同而形成一条同种情况(譬如光振动加强)的干涉条纹(亮纹)．随着薄膜厚度的逐渐变化，干涉效果出现周期性变化，一般在薄膜上形成明暗交替相间的干涉条纹图样．称为等厚薄膜干涉． 由Q 点发出的光经薄膜的上表面反射一束光，再经下表面反射一束光，这两束光满足相干条件，它们在P 点相干迭加，形成干涉条纹。 这是双光束干涉问题，要研究干涉条纹的特征，我们必须先计算这两束光在P 点的光程差，如图： I 2nE IS W

薄膜干涉

§10.5 薄膜干涉 薄膜干涉：如阳光照射下的肥皂膜，水面上的油膜，蜻蜓、蝉等昆虫的翅膀上呈现的彩色花纹，车床车削下来的钢铁碎屑上呈现的蓝色光谱等。 薄膜干涉的特点：厚度不均匀的薄膜表面上的等厚干涉和厚度均匀薄膜在无穷远出形成的等倾干涉。 一、薄膜干涉 当一束光射到两种介质的界面时，将被分成两束，一束为反射光，另一束为折射光，从能量守恒的角度来看，反射光和折射光的振幅都要小于入射光的振幅，这相当于振幅被“分割”了。 两光线 a , b 在焦平面上P 点相交时的光程差 Δ取决于n 1, n 2, n 3的性质。 1. 劈形膜 光程差： 上表面反射的反射光1光密到光疏，有半波 损失；下表面反射的反射光2光疏到光密，没有半波损失（若是介质膜放在空气中，则上表面没有半波损失，下表面有半波损失）。 光程差 或者 讨论： 1 在劈形膜棱边处e=0， 因而形成暗纹。 2 相邻两条明纹(或暗纹)在劈形膜表面的距离。 1 n n <干涉条件为 ,1,2, k k λ=明纹 暗纹 22 Δne λ =+ = 2λ ? =(21),0,1,2k k λ +=,1,2, k k λ=暗纹 明纹ne = (21),0,1, 4 k k λ + =2,1,2, 4 k k λ =暗纹 明纹

3、干涉条纹的移动 动 应用：1）用劈形膜干涉测量薄片厚度 见上图 在牛顿环中，θ逐渐增大，故条纹中 心疏，边缘密。 另由暗环半径公式 r 1 : r 2 : r 3 = 1: (2)1/2 : (3)1/2 k ? ? r k ? , 条纹间距? 3)中间条纹级次低 思考： (1) 如果平凸透镜上移，条纹怎样移动 平晶 r ?=22e λ =+=2 e λ?=e L θ?=

42薄膜干涉

光的干涉 班级姓名座号 一、单项选择题 1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是 A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 2．在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则 A．中间条纹间距较两侧更宽 B．不同色光形成的条纹完全重合 C．双缝间距离越大条纹间距离也越大 D．遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹 3．如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮条纹）．在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是 A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫 4．在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为 A．2.06×10-7 m B．2.06×10-4 m C．1.68×10-4 m D．1.68×10-3 m 5．市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层折射率为n的薄膜，这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以表示此红外线在真空中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为 A．/4 B．/2 C．/（4n）D．/（2n）

干涉的分类和薄膜干涉的分类

实验十五用牛顿环测量球面的曲率半径 一、干涉的分类和薄膜干涉的分类 干涉:是指满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布. 干涉的种类: 1、相长干涉（constructive interference）： 两波重叠时，合成波的振幅大于成分波的振幅者，称为相长干涉或建设性干涉。 若两波刚好同相干涉，会产生最大的振幅，称为完全相长干涉或完全建设性干涉（fully constructive interference）。 2、相消干涉（destructive interference）： 两波重叠时，合成波的振幅小于成分波的振幅者，称为相消干涉或破坏性干涉。 若两波刚好反相干涉，会产生最小的振幅，称为完全相消干涉或完全破坏性干涉（fully destructive interference）。 薄膜干涉的分类: 等倾干涉和等厚干涉是薄膜干涉的两种典型形式 等倾干涉:由薄膜上、下表面反射(或折射)光束相遇而产生的干涉．薄膜通常由厚度很小的透明介质形成．如肥皂泡膜、水面上的油膜、两片玻璃间所夹的空气膜、照相机镜头上所镀的介质膜等．比较简单的薄膜干涉有两种，一种称做等厚干涉，这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉．牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉．另一种称做等倾干涉．当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉．等倾干涉一般采用扩展光源，并通过透镜观察． 等厚干涉:把两块干净的玻璃片紧紧压叠，两玻璃片间的空气层就形成空气薄膜．用水银灯或纳灯作为光源，就可以观察到薄膜干涉现象．如果玻璃内表面不很平，所夹空气层厚度不均匀，观察到的将是一些不规则的等厚干涉条纹，通常是一些不规则的同心环．若用很平的玻璃片(如显微镜的承物片)则会出现一些平行条纹．手指用力压紧玻璃片时，空气膜厚度变化，条纹也随之改变．根据这个道理，可以测定平面的平直度．测定的精度很高，甚至几分之一波长那么小的隆起或下陷都可以从条纹的弯曲上检测出来．若使两个很平的玻璃板间有一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可用来测很小的长度． 二、等厚干涉的特点 明暗相间的同心圆环；级次中心低、边缘高；中心疏，边缘密的同心圆环. 三、牛顿环的历史

薄膜干涉与双缝干涉

薄膜干涉与双缝干涉 图样 例题 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1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条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2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3中手轮上的示数_________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm。 （4）已知双缝间距d为 2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ=________，求得所测红光波长为__________nm。 解析：动手完成实验时，有许多细节要注意：许多实验室的单缝片、双缝片、遮光筒是一套组合，其单缝与双缝的间距是固定的，但是要是按照图中所表述的情况来看，这些间距是可调的，所以，单缝和双缝间距要调整为5~10 cm，并且要注意单缝与双缝平行放置。螺旋测微器的读数方法掌握，结合波长与条纹间距关系公式，可以求出所测得单色光的波长。 （3）螺旋测微器固定刻度读数为13.5 mm，可动刻度读数为37.0×0.01 mm，两者相加 为13.870 mm。图2的读数为：2.320mm，所以△x=13.870 2.320 5 - =2.310mm。 （4）根据△x＝L d λ，知λ= d L △x，代入数据，λ=6.6×102 nm。 答案：（1）E D B （2）单缝和双缝间距5 cm~10c m，使单缝与双缝相互平行。 （3）13.870 2.310 （4）d x L ?，6.6×102

薄膜干涉之等厚资料

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是不变的，因此，我们在像平面上得到与物平面内相似的干涉图样，利用此方法，我们不仅可以观察薄膜前的实干涉条纹，还可以观察薄膜后的虚干涉条纹。 普遍地讨论薄膜装置整个交迭区内任意平面上的干涉图样是很复杂的问题，但实际中意义最大的是： ① 厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹② 厚度均匀薄膜在无穷远产生的等倾条纹 2、等厚干涉一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面分别反射形成两列相干光波，叠加后产生干涉．其中，对楔形薄膜来说，凡是薄膜厚度相等的一些相邻位置，光的干涉效果相同而形成一条同种情况(譬如光振动加强) 的干涉条纹(亮纹) ．随着薄膜厚度的逐渐变化，干涉效果出现周期性变化，一般在薄膜上形成明暗交替相间的干涉条纹图样．称为等厚薄膜干涉．由 Q 点发出的光经薄膜的上表面反射一束光，再经下表面反射一束光，这两束光满足相干条件，它们在 P 点相干迭加，形成干涉条纹。 这是双光束干涉问题，要研究干涉条纹的特征，我们必须先计算这两束光在 P 点的光程差，如图： I2nEISW =图 2-4 薄膜表面干涉场中光程差的计算又因为 A 和 P 两点很近，夹角很小，作为一级近似，可作垂直于，则有（折射定律）所以其中 i 是光在薄膜内的折射角， n 为薄膜的折射率， h 为 P 点薄膜的厚度由极值方程知：

高二物理最新教案-2018薄膜干涉 精品

光的干涉、薄膜干涉教学目的 1．知识目标： (1)认识光的干涉现象及产生光干涉的条件． (2)理解光的干涉条纹形成原因，认识干涉条纹的特征． (3)了解双缝干涉条纹的特点． (4)知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用． 2．能力目标： 通过观察、实验，培养学生对物理现象的观察、表达、分析及概括能力． 3．情感目标： 通过介绍光的波动性的发现过程，渗透科学家认识事物的科学态度和辩证唯物主义观点． 教具 透明发波水槽，投影仪，光的干涉演示仪，激光干涉演示仪，灯泡，多媒体，电脑动画课件，酒精灯，肥皂溶液，铁丝圈，食盐，火柴，空气尖劈，牛顿圈，照相机镜头． 教学过程 引入新课 【演示】通过投影仪演示水波的干涉现象，提问： 1．这是什么现象？ 2．干涉图样中的“明”“暗”条纹是如何形成的？ 3．是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？ 引导学生在复习旧知识的基础上解释波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的，是波的特性，产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等且振动情况相同的两列波，干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和振动“减弱区”．

提问： 1．光有波动性吗？能否产生干涉现象？ 2．怎样得到光的干涉图样？ 【板书】第一节光的干涉 进行新课 引导学生思考：光若具有波动性，应会产生光的干涉现象，那么要得到稳定的干涉图样，必须具备什么前提条件呢？ 由前面复习可知，必须要有相干光源及频率相同、振动情况相同的两列光波． 如何得到相干光波呢？可由学生先讨论． 【演示】将两个通有同频率交流电的单丝灯泡作为两个光源，放在光屏前面，如图21－1所示，移动屏与灯泡之间的距离． 现象：屏幕上看不到明暗相间的现象． 【演示】把两支同样的蜡烛点燃作为两个相同光源也看不到光的干涉现象 提问：为什么不能看到干涉图样？是光没有波动性还是没有满足相干光源的条件？ 引导学生讨论后得到：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象，是由于光无波动性，还是实验设计有错误，没有满足相干条件？历史上很长时间内人们一直认为光不是波，所以没有波动性，也不会产生干涉现象．直到19世纪英国物理学家托马斯·杨改进实验设计，在历史上第一次得到了相干光源． 【板书】一、双缝干涉 介绍实验装置——杨氏双缝干涉仪． 说明双缝距离很近，约为0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相的．如图21－2． 【演示】先用加有红色滤光片的双缝演示仪演示单色红光的干涉条纹．再用激光干涉演示仪演示得到一个更大的干涉图样让学生观察．增大双缝与屏的距离，可以看到条纹宽度和间距都增大． 通过观察，让学生总结干涉图样的特点． 【板书】1．双缝干涉现象： (1)明暗相间的条纹； (2)相邻的亮条纹等距，相邻的暗条纹——中央亮纹．