光(1)-干涉
光的干涉(物理教案)
《光的干涉》教学设计【课题名称】 光的干涉来源于高中物理第三册第二十一章《光的波动性》第一节 【教材分析】光的干涉属于近代物理知识，其中一些观点和方法是学生进一步探究光的本性的基础，是本章的重点内容之一。
光的干涉揭示了光的本性——波动性，而双缝干涉实验原理和现象的分析是本节课的重点教学内容。
本节课的成功教学，可以使学生对光的本性有进一步认识，同时可以培养学生观察生活中的各种现象，寻找其中的物理规律的兴趣。
因此，在教学过程中以学生为主体，围绕学生进行启发式教学，来提高学生的观察思考能力。
【学生分析】学生在前面已经学习了机械波的干涉的相关知识和光学的一些基本知识，已经具备了一定的分析问题、解决问题的能力，因此在本节中以引导学生从教材中发现问题，找出其解决办法，就可以让学生理解杨氏双缝干涉实验原理，通过对干涉图样的观察和分析，学生也可以发现其中的一些内容：如条纹间距与d 、λ有关，各色光的波长不同，频率不同，还可以进一步提高学生的观察能力和分析水平。
【教学目标】1、 知识与技能1）了解光学的发展史2）掌握光的干涉现象、干涉条件及杨氏实验的设计原理 3）掌握明（暗）条纹间距计算公式，了解推导过程4）知道不同色频率不同，掌握波长，波速和频率之间的关系。
2、 过程与方法1）通过实验现象观察得出相应物理规律、推导相应公式 2）由公式总结各种色光的波长大小及频率关系 3、 情感态度价值观1）激发学生对日常现象的观察兴趣2）通过理论推导，体会科学探索过程，激发对探究物理规律的兴趣 3）发展学习迁移与类推能力和抽象思维能力。
【设计思路】通过机械波的学习知道干涉是波的特性，而如果光是波那么一定可发生干涉，由此引入杨氏双缝干涉实验，并采用推理法得到光是波，而且也推得到了亮条纹与暗条纹之间的间距公式λdLx =∆。
使用比较法来比较单色光的干涉图样，同种色光，狭缝不同，条纹间距不同；说明干涉条纹间距与狭缝间距有关；同一实验装置，不同色光干涉条纹间距也不同，得出由红光到紫光波长逐渐变短，再延伸至不同色光频率从红光到紫光频率逐渐增大。
光学中的干涉原理
光学中的干涉原理光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象的科学。
干涉是光学中的一个重要现象，指两束或多束光线相遇时互相影响的现象。
光的干涉是利用光波的波动性质，通过相消或者相长等运动状态，实现对光强度或者相位的调节。
在光学中，干涉原理是重要而基础的概念之一。
一、光的干涉原理（一）干涉光束形成条件在光的干涉现象中，需要满足两束或多束光线相遇时，其光程差相等的条件，才能达到扰动的合成或抵消。
光程差是指两束光线从不同的发射点到达相遇点所走的路径长度之差。
（二）厚膜干涉原理当一个薄膜或者透明介质被光照射时，光线在薄膜两侧的介质中传播时，波长和速度的差异导致了光程差，从而引起干涉现象。
对于平行垂直于入射面的两束光线，其光程差可以用以下公式表示：d=2tcosθ其中，d是光程差，t是薄膜的厚度，θ是两束光线入射角。
（三）牛顿环干涉原理牛顿环是一种环形干涉条纹图案，由牛顿于17世纪利用两片光学仪器中的透镜与凸面镜制作而成。
在这种干涉现象中，通过一个凸透镜和一个玻璃平面之间留下的空气隙，光线在空气与玻璃之间的反射和透射过程中产生干涉现象，从而形成环形条纹。
二、干涉现象在实际应用中的意义（一）光学干涉仪光学干涉仪是一种利用光的干涉现象测量物体表面形状的仪器。
光学干涉仪利用干涉仪对光的相位及其变化进行检测，利用光程差的变化，可以测量物体表面形状、薄膜厚度、光学元件的表面形态等。
（二）激光干涉测量激光干涉测量是一种利用激光的光波干涉原理，对物体表面上形状及表面透明度的变化进行测量的科学方法。
由于激光光源具有高亮度、单色性等特点，能够在远距离进行高精度的测量，因此在工业生产领域得到广泛应用。
（三）衍射干涉衍射干涉是女士光学中的一种重要的干涉现象，指光线通过物体出现衍射现象并且发生干涉。
这种干涉现象在显微镜、分光镜等装置中得到了广泛应用。
三、结语在现代光学中，干涉现象已经被广泛应用在各种领域，例如测量、显微镜、光学元件、激光制造等方面。
如何解释光的干涉和衍射理论
如何解释光的干涉和衍射理论光的干涉和衍射理论是光学中非常重要的理论，在解释光的行为和现象方面起着关键作用。
本文将详细介绍光的干涉和衍射理论，以及它们的原理和应用。
一、光的干涉理论光的干涉是指当两束或多束光波相遇时，它们会发生干涉现象，干涉可以是增强或抵消，这取决于光波之间的相位差。
1. 干涉的原理干涉现象的发生与光波的波动性质密切相关。
当两束或多束光波在空间中交叠时，它们形成同一空间范围内的光强变化。
光波的干涉可以分为两种类型：构造干涉和破坏干涉。
构造干涉发生在光波叠加形成明暗条纹的情况下。
当两个光波的相位差是整数倍的时候，它们会相长干涉，形成亮条纹。
相反，当相位差是半整数倍的时候，它们会相消干涉，形成暗条纹。
破坏干涉发生在光波叠加形成彩色或黑白的环形或点状条纹的情况下。
这种现象是由于不同波长的光波在传播过程中相位差的变化引起的。
2. 干涉的应用光的干涉理论在实际应用中有广泛的用途。
以下是一些常见的应用领域：- 干涉仪器：例如干涉测量仪器、激光干涉仪等，可以用于测量物体的形状、薄膜的厚度等。
- 光栅：光栅是一种具有周期性结构的光学元件，利用干涉原理可以将光分为不同的波长，用于光谱分析和光学仪器。
- 高分辨显微镜：利用干涉现象可以提高显微镜的分辨率，使得观察到的细节更清晰。
- 光波导器件：光波导器件利用干涉原理将光导入波导中传输，被广泛应用于通信和光电子技术中。
二、光的衍射理论光的衍射是指光波遇到障碍物或孔径时发生偏折的现象。
衍射使光波扩展到原本超出其直线传播范围的区域。
1. 衍射的原理衍射现象的产生与光波的波动性质有关。
当光波通过一个窄缝或孔径时，会沿着各个方向扩展形成弯曲的波前，这被称为衍射。
衍射的程度也与波长和孔径的大小有关。
当波长较大或孔径较小时，衍射现象较为明显。
而当波长较短或孔径较大时，衍射现象较为弱化。
2. 衍射的应用光的衍射理论在许多领域都有实际应用。
以下列举了几个常见的应用领域：- 衍射光栅：衍射光栅是一种利用衍射原理制备的光学元件，常用于光谱仪、激光器等光学仪器中。
光的干涉
光是一种电磁波，是人类以 及各种生物生存不可缺少的最 普通的要素，但对它的规律和 本性的认识经历了漫长的过程。
最早以前很容易观察到的光的规律是光的直 线传播，在机械观的作用下，人们认为光是一些 微粒所组成，光线就是这些“光微粒”的运动路 径。很多人以为牛顿是光的微粒说的创始人和坚 持者，但并没有确凿的证据。实际上牛顿已觉察 到许多光现象可能需要用波动来解释，牛顿环就 是一例，不过它当时未能作出这种解释。他的同 代人惠更斯倒是明确地提出了光是一种波动，但 并没有建立起系统的有说服力的理论。直到进入 19世纪，才由托马斯· 杨和菲涅耳从实验和理论上 建立起一套比较完整的光的波动理论，使人们正 确地认识到光就是一种波动，而光的沿直线前进 只是光的传播过程的特殊情形。
分波面与分振幅
相干光
光程
光程差与相位差
透镜无附加光程差
续上
第二节
17-2
wavefront-splitting interference
17-2
杨氏双缝干涉
单色光杨氏双缝干涉规律
P
θ
θ
d<<D D x<<D
1. 光程差
x D tg
r r2 r1
tg sin
(k=0, 1, 2,)
2
光强最大对应明条纹中心位置（明纹条件），光强最 小对应暗条纹中心位置（暗纹条件），在此两者之间 就是我们所看到的不是最明亮也不是最暗的条纹。
杨氏双缝干涉规律
明纹条件： d sin k 或者 =2k
(k=0, 1, 2, )
k 代表明条 纹的级次
暗纹条件：
d sin (2k 1)
光的干涉和衍射的基本原理
光的干涉和衍射的基本原理光是一种电磁波，呈现波粒二象性。
在传播过程中，当光波遭遇到障碍物、孔径或接触到边缘时，就会产生干涉和衍射现象。
这两种现象都是由光波的波动性质所引起的。
1. 干涉的基本原理干涉是指两个或多个波源产生的波相互叠加所形成的一种现象。
干涉可以分为两种类型：构造干涉和破坏干涉。
构造干涉是指两束或多束光波相互叠加形成明暗相间的干涉条纹的现象。
这种干涉需要满足两束光波的相干性和波长匹配。
相干性是指两束光波的频率和相位相同，能够保持稳定的相位关系。
波长匹配是指两束光波的波长相近，以便在叠加过程中形成明暗相间的干涉条纹。
破坏干涉则是指两束或多束光波相互叠加后互相抵消，形成干涉消失的现象。
这种干涉通常是由于波源的相位差引起的。
如果两束光波的相位差为奇数个波长，它们就会互相抵消，干涉效应会消失。
2. 衍射的基本原理衍射是指波传播在障碍物或绕过孔径时发生的弯曲和散射现象。
波的传播遵循洛朗兹原理，即波前上的每一点可以看作是次波源。
当光波经过障碍物或孔径时，波前会发生弯曲和扩散，将光波能量散布到原本无法到达的区域，形成衍射现象。
衍射的程度与光的波长和衍射物体或孔径的尺寸有关。
当波长远大于物体或孔径尺寸时，衍射效应会更加显著。
而当波长与物体或孔径尺寸相当或更小时，衍射效应要弱得多。
衍射现象会导致光的传播方向的改变。
光通过小孔时，会出现圆形光斑，且光束的衍射角度较大；而通过大孔时，光斑边缘会出现清晰的衍射环，光束的衍射角度较小。
3. 光的干涉与衍射应用光的干涉和衍射现象在许多领域都有广泛的应用。
在光学领域，干涉和衍射被应用于干涉仪、衍射光栅、干涉滤波器等设备中。
这些设备能够通过干涉和衍射现象实现对光的分析、定向和控制。
在物理实验中，利用干涉和衍射现象可以测量光的波长、计算光的相位差和分析物体的结构参数。
这些实验不仅深化了人们对光的理解，也为科学研究提供了重要的工具和方法。
在工程应用中，光的干涉和衍射还被广泛应用于光学显微镜、激光技术、光纤通信等领域。
物理知识点光的干涉
物理知识点光的干涉光的干涉是光学中的重要概念之一，它揭示了光波的波动性质及其产生的干涉现象。
本文将依据物理知识点，对光的干涉进行详细论述。
一、干涉现象的基本原理光的干涉是指两个或多个光波相互叠加所形成的干涉图案。
干涉现象的产生需要满足两个基本条件：光源是相干光源，波长相同。
当光波经过不同路径传播后再次相遇时，它们会相互干涉，产生增强或减弱的干涉效应。
二、双缝干涉1. 双缝干涉的实验装置双缝干涉实验一般采用光源、狭缝、透镜和屏幕等组成。
光源发出的光经狭缝后，形成一个光源光斑，通过透镜聚焦后照射到屏幕上。
2. 双缝干涉的光程差当光波通过两个缝隙后再次相遇时，其传播路径的长度差称为光程差。
光的干涉现象取决于光程差的大小。
3. 双缝干涉的干涉图案双缝干涉的干涉图案呈现出一系列明暗相间的条纹，称为干涉条纹。
该条纹呈现出一定的规律性，可通过干涉公式和级差条件进行分析和计算。
三、杨氏双缝干涉实验1. 杨氏双缝干涉实验的装置杨氏双缝干涉实验是一种经典的干涉实验方法。
实验装置由一束狭缝光源、双缝、透镜和幕板等组成。
2. 杨氏双缝干涉的干涉条纹杨氏干涉条纹呈现出一系列黑白相间的圆环或直线条纹。
根据实验条件和光波的干涉效应，可以通过杨氏双缝干涉公式进行计算。
四、单缝干涉1. 单缝干涉的实验装置单缝干涉实验通常采用单缝光源、单缝和屏幕等组成。
单缝光源发出的光波通过单缝后形成一个光斑，映射到屏幕上形成单缝干涉图样。
2. 单缝干涉的干涉条纹单缝干涉的干涉条纹呈现出明暗相间且中央最亮的中央极大和两侧较暗的暗条纹分布。
单缝干涉的干涉效应可由单缝干涉公式和级差条件加以说明。
五、干涉现象的应用光的干涉在科学研究和实际应用中有着重要的意义。
1. 干涉仪干涉仪是一种基于光的干涉原理设计的精密仪器，常用于光学测量、干涉剖析和光学检测等领域。
2. 光纤通信光纤通信是一种基于光的传输技术。
光波经光纤传输时，可能会产生干涉现象，影响信号传输质量，因此需要进行干涉相关的优化和控制。
光的干涉知识点
光的干涉是光学中的一个重要现象，它描述了两个或多个光波在空间中相遇时相互叠加，形成新的光强分布的现象。
以下是一些关于光的干涉的基本知识点：
1. 相干性：要产生光的干涉现象，入射到同一区域的光波必须满足相干条件，即它们的振动方向一致、频率相同（或频率差恒定），且相位差稳定或可预测。
2. 分波前干涉与分振幅干涉：
- 分波前干涉：如杨氏双缝干涉实验，光源通过两个非常接近的小缝隙后，产生的两个子波源发出的光波在空间某点相遇，由于路程差引起相位差，从而形成明暗相间的干涉条纹。
- 分振幅干涉：例如薄膜干涉，光在通过厚度不均匀的薄膜前后两次反射形成的两束相干光相遇干涉，也会形成明暗相间的干涉条纹。
3. 相长干涉与相消干涉：
- 相长干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为整数倍的波长时，它们的振幅相加，合振幅最大，对应的地方会出现亮纹（强度最大）。
- 相消干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为半整数
倍的波长时，它们的振幅互相抵消，合振幅最小，对应的地方会出现暗纹（强度几乎为零）。
4. 迈克尔逊干涉仪：是一种精密测量光程差和进行精密干涉测量的重要仪器，可以观察到极其微小的变化所引起的干涉条纹移动。
5. 等厚干涉与等倾干涉：菲涅耳双棱镜干涉属于等倾干涉，而牛顿环实验则属于等厚干涉。
6. 全息照相：利用光的干涉原理记录物体光波的全部信息，包括振幅和相位，能够再现立体图像，是干涉技术的重要应用之一。
以上只是光的干涉部分基础知识，其理论和应用广泛深入于物理学、光学工程、计量学、激光技术等领域。
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象光的干涉与衍射现象光的干涉和衍射现象是大学物理基础知识中的重要内容。
本文将介绍光的干涉和衍射的基本概念、原理以及实际应用。
一、光的干涉现象光的干涉是指两个或多个光波相遇时发生的现象。
干涉可以是构成性干涉（增强光强）或破坏性干涉（减弱或抵消光强）。
干涉现象可以通过光的波动性解释。
1. 干涉光的波动模型根据互相干涉的光波的波函数，可以使用叠加原理对光的干涉进行数学描述。
干涉是由于波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇而形成的，这种相遇会产生干涉图案。
2. 干涉的光程差干涉的关键参数是光程差，它是指两束相干光的传播路径的差值。
当光程差为整数倍的波长时，会出现构成性干涉；当光程差为半整数倍的波长时，会出现破坏性干涉。
3. 干涉的类型干涉现象可分为两种类型：薄膜干涉和双缝干涉。
薄膜干涉是指光线在介质的两个表面之间反射、透射产生的干涉现象；双缝干涉是指光通过两个相隔较近的缝隙后形成的干涉现象。
二、光的衍射现象光的衍射是指光线通过小孔或物体的边缘时发生的现象，光波会向周围扩散形成衍射图样。
衍射现象可以通过光的波动性解释。
1. 衍射光的波动模型光通过一个小孔或物体的边缘时，光波会发生弯曲，并在周围空间中形成散射波。
这些散射波的叠加就会形成衍射图样。
2. 衍射的特点衍射的特点是衍射波传播范围广，可以绕过物体的边缘，进入遮挡区域。
衍射图样的大小与孔径或物体边缘大小有关，小孔或细缝会产生较宽的衍射图样，大孔或宽缝会产生较窄的衍射图样。
3. 衍射的应用光的衍射现象在实际应用中具有广泛的意义，例如天文学中使用的干涉仪、显微镜的分辨率提升、光学存储器的读写操作等。
三、光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射现象不仅仅是基础学科的内容，也有着广泛的实际应用。
1. 干涉与衍射在光学仪器中的应用干涉仪是利用光的干涉现象进行测量和分析的仪器，如干涉计和迈克尔逊干涉仪等。
衍射仪是利用光的衍射现象进行实验和观测的仪器，如杨氏双缝干涉实验装置和夫琅禾费衍射装置等。
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一光源单色光相干光
结论
二光程与光程差
光波连续通过不同媒质层
光波连续通过不同媒质层后的
练习
练习
例
例
反射光的相位突变和附加光程
反射光的相位突变:光从光疏媒质向光密媒质入 射时反射波的相位有π突变
没有半波损失
n1
n1 > n2
n2
注意：光折射时 没有相位突变
有半波损失
n1
n1 < n2
n2
21
附加光程
L' = ±
λ
2
相位的突变会在“特定”反射光中形成附加光程
反射光线1和2之间的光程差
δ = n 2 ( AB + BC ) − n1 AD + 0 / δ ′
1 2
附加光程差 δ ′ = ±
λ
2
A
D B
1'
C
2'
n1 n2
n3
22
两束反射光之间的光程差与 讨论1： 介质间的折射率相对关系 *当n1<n2<n3
D A B
1
1
2
δ = n 2 ( AB + BC ) − n1 AD + 0
两束反射光之间没有附加光程差。
* 当n1<n2>n3
C
n1 n2
2
n3
D A B C
δ = n 2 ( AB + BC ) − n1 AD ± λ
n1 n2
2
n3
23
两束反射光之间有附加的光程差λ/2。
结论： 两束反射光光程差
* 当n1>n2>n3 当n1<n2<n3 两束反射光的光路中 共有偶数个相位突变
D A B
1
2
C
n1 n2
δ = n 2 ( AB + BC ) − n1 AD + 0
n3
两束反射光之间没有附加光程差。
* 当n1<n2>n3 两束反射光的光路中 当 n1>n2<n3 共有奇数个相位突变
2 两束反射光之间有附加的光程差λ/2。
24
δ = n 2 ( AB + BC ) − n1 AD ± λ
讨论2：两束透射光之间的光程差与 介质间的折射率相对关系
*当n1<n2<n3
A C B F G
δ = n ( BC + CG ) − n BF ±
2 3
λ
2
n1 n2
n3
1' 2'
两束透射光之间有附加的光程差λ/2。
* 当n1<n2>n3
A B F C G
n1 n2
δ = n ( BC + CG ) − n BF + 0
2 3
n3
1' 2'
两束透射光之间没有附加光程差。
25
结论： 两束透射光光程差
* 当n1>n2>n3 当n1<n2<n3 两束透射光的光路中 共有偶数个相位突变 λ δ = n 2 ( BC + CG ) − n 3 BF ±
2
A B F C G
n1 n2
n3
1' 2'
两束透射光之间有附加的光程差λ/2。
* 当n1<n2>n3 两束透射光的光路中 当 n1>n2<n3 共有奇数个相位突变
δ = n ( BC + CG ) − n BF + 0
2 3
两束透射光之间没有附加光程差。
26
讨论3：两束反射光和透射光
* 当n1>n2>n3 两束反射光的光路中 共有偶数个相位突变 两束反射光之间没有附加光程差。
两束透射光的光路中 共有奇数个相位突变 两束透射光之间有附加的光程差λ/2。
1
2
n1 n2
n3
1‘ 2‘
1
2 n 1 n2 2' n3
1'
结论：
反射光束与透射光束的相位互补!
27
三 双缝干涉 分波振面法
杨氏双缝实验
相干光源初位相相同;垂直入 射;同一介质(真空）中叠加.
1 干涉明暗条纹位置的推导： 干涉明暗条纹位置的推导
P点明暗决定于S1 S 2到P点相位差
S1 d M
δ P ∆Φ = ϕ20 − ϕ10 − 2π λ0
D
x
O E
s2
δ ∆Φ = 2π λ0
当 δ = ± k λ 0 P点为明条纹
当 δ = ±(2k − 1)
λ0
2
P点为暗条纹
28
xd δ = r2 − r1 = d sin θ ≈ d ⋅ tgθ = D
xd 当 δ = D
得
= ± k λ P点为明条纹，
θ
P
x明
∆ x明 =
Dλ = ±k d Dλ
d
S1 d M δ
θ
r1 r2
O
x
s2 k=0,1,2,3...
D
E
λ xd 当 δ = = ± ( 2 k − 1) 2 D
P点为暗条纹， k=1,2,3...
29
Dλ 得 x暗 = ± ( 2 k − 1) 2d D λ = ∆x ∆ x暗 = 明
d
d 问 1）D、 一定时，若 λ 变化，则
∆x
将怎样变化？
30
条纹间距 ∆ x与 d 的关系如何？ λ 问 2） 、 D 一定时，
31
2
结论
Dλ0 x明 = ±k d
D0 λ x暗 = ±(2k−1) 2d
Dλ ∆x = d
（1）当平行光垂直照射双缝时，屏幕中央（x=0）为 明条纹，向两侧对称分布明暗相间的条纹； （2）单色光条纹间距（宽度）相等；
零级明纹仍为白色， （3） ∆x∝λ，可见对于复色光， 但是x≠0时明条纹有色散，内侧紫，外侧红；有限级.
32
3 思考：
（1）用白色(激)光照射双缝, 在 S1和 S2 用同一滤光 片,则结果将如何？在 S1和 S2 分别用不同滤光片， 则结果又如何？
(2) 绿色激光由垂直改为斜入射时条纹又如何移动？
（3）用单色激光照射双缝, 在 S1或 S2 前放一透明 介质片（如云母）,则结果(条纹的宽窄和明纹的位置) 将如何？
33
例:在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光
光源，其波长范围为∆x=100nm，平均波长为490nm.试 估算从第几级开始,条纹变得无法分辨? 解 设该蓝绿光的波长范围为λ ~λ
1 2
λ 1 = 440 ,
λ 2 = 540
( k + 1 )λ 1 = k λ 2
λ1 440 k= = = 4 .4 ∆λ 100
对540波长,从第5级开始无法分辨
34
※ ※
干涉条纹的可见度
I max − I min V= I max + I min
光源的宽度
决定可见度的因素： 光强度（振幅比） 光源的单色性
光强度的影响
I1 ≠ I 2
I Imax Imin
-4π -2π 0 2π 4π ∆ϕ 衬比度差 (V < 1) -4π -2π 0 2π 4π ∆ϕ 衬比度好 (V = 1)
35
I1 = I 2
I
4I1
两束光强度越接近,可见度越高.
(a)
Imax Imin OA ξ OB x
(b)
ImaxI
min
OA ξ Imax=Imin (c) OA
OB
x
ξ
OB
x
36
。