物理教研室教学活动讲稿

1. 专题 3光的干涉（部分内容） 物理教研室教学活动讲稿 课件制作及主讲：钟寿仙 2006年9月16日

2. 专题 3 光的干涉 一、研究的主要问题 1、干涉条纹特点 • 静态分布（形状、位置、间距） • 动态变化（位置的移动、形状间距的变化） 2、光强分布 (1)求透明介质的厚度或折射率 3.应用题型： (2)求球状物体的直径

3. 二、物理思想与方法重点提示 1、实现光的干涉的思想与方法 • 获得相干光基本思想： ——“一分为二”思想 即将同一波列一分为二 分波阵面法 • 获得相干光的方法： 光路图； 分振幅法 （光）程差法 2、研究干涉问题的方法： 振幅矢量叠加法

4.  反射光2 反射光1 · n0 A e x n x n0 p r1 · d o r2  D 劈尖  杨氏干涉  l1 n0 n1 e l2 n2 探测器 迈克尔逊干涉仪 增(反)透膜 • 光路图——原理图

5. 程差法： 由光程差出发，分析干涉条纹的分布及变化规律、 处理干涉问题的方法。 ——研究光的干涉的基本方法 （1）干涉光强、明暗条纹条件可完全由光程差决定 相干项 而 再有： • 明纹条件 • 暗纹条件 可见，干涉结果可以完全由光程差决定。

6. 程差法： ——研究光的干涉的基本方法 • 光程差的计算是研究光的干涉的关键 三、课堂思考讨论与练习 1.波的叠加原理（相干与非相干叠加讨论） 2.条纹移动（干涉条纹动态变化、方法） 3.练习（方法、原理、应用）

7. 思考讨论题 《（新）辅导书》P101四、1 1.有人认为：相干叠加服从波的叠加原理，非相干叠加 不服从波的叠加原理，对不对？ 不对！ （1）相干与非相干在本质上都是波的叠加的结果。 所以，非相干叠加同样服从波的叠加原理。 而干涉现象是波的叠加的一种特殊情况。 （2）相干叠加与非相干叠加有何区别？ 相干项 ——简单叠加 举例说明

8. 1、波的叠加原理——普遍规律 2、干涉现象是波的叠加的一种特殊情况。

9. ● 思考讨论题2： ——条纹移动问题 （1）如图，若把S向上移，条纹将如何变化？ ● （2）在S1 后放一玻璃片，条纹又如何变化？ • 讨论条纹变动 ——基本出发点还是光程差 关键是抓住“零光程差”进行分析。

10. 求透明介质的厚度或折射率 * [练习1]用云母片（n=1.58）覆盖在双缝实验装置的一 条缝上，观察到干涉条纹移动了9个条纹的距离。 已知光源的波长为=550.0nm， 试求玻璃片的厚度t。 问题：如何求解？ 方法和原理？ 利用定点（P）观察的方法、 还是从光程差入手求解！ 未加云母片，明纹满足 加未加云母片，明纹满足

11. * 依题意，条纹移动了9条，所以 题后小结： （1）若介质的厚度t 已知 • 测量透明折射率方法之一 （2）t 的最终结果与 同理证明，当光源S 的位置变动时 （如图所示）， t 与n仍满足上式关系。 • t（或折射率n）与光源 S的位置也无关； （3）从计算过程可以发现， 介质的厚度是通过观察到 原理？ 条纹移动的数目来计算的。

12. * 求透明介质的厚度或折射率 （条纹移动问题） • 测量原理： 改变一个波长， 可知， 由 就有一根条纹移过考察点， 移过考察点N条纹 则有： ——测量透明介质的厚度和折射率的原理 ——分别是变动前后两束相干光到考察点的光程差。 • 测量厚度t（或折射率n）的关键是光程差改变量的计算。

13. l1 l2 探测器 迈克尔逊干涉仪 题后小结： • 测量厚度t（或折射率n）关键是光程差改变量的计算。 （3）介质的厚度 条纹移动 N=9 条， 由此看出，利用光学原理所进行的测量,精度较高， 一般为波长的数量级。 （4）也可用迈克尔逊干涉仪： （5）相关练习题 教材 P159 3.16 新辅导书 P106 五. 6 P124二. 8

14. * D 程差法 ——研究光的干涉的基本方法 （2）如何求本问题中条纹移动的距离 ？ d >> ，D >> d 杨氏干涉

15. [练习2] 图中有一在空气中镀有双层增透膜的玻璃，第一层膜、第二层膜及玻璃的折射率分别 n1、n2、n3，且知n1<n2>n3，今以真空中波长为λ的单色平行光垂直入射到增透膜上， 设三束反射光（只考虑一次反射）a、b、c 在空气中的振幅相等， 欲使这三束光 相干叠加后的总强度为零， 求： 第一层膜和第二层膜的最小厚度。 （说明：为区别三束反射光，图中没有将它们画成垂直于反射面） 《（新）辅导书》 P104五.课堂练习题3

16. 《（新）辅导书》 P104五.课堂练习题3 已知：介质的折射率分布n1<n2>n3， λ—单色平行光 光垂直入射 （i=0） 求： 分析： 本题是三束光反射相干光干涉问题，属于 多光束干涉问题。 如何处理？ 方法1： 由（两束相干光）光强 考虑两两相干叠加求解。 具体怎么求？ 方法2： 利用振幅矢量叠加法求解

17. 在什么情况下，三束光相干叠加后的总强度为零？在什么情况下，三束光相干叠加后的总强度为零？ • 三个同振幅矢量构成闭合三角形时，就有 • 此时，多边形外角和： a与b光程差： 又因： 故：

18. 三个同振幅矢量构成闭合三角形时： b与c光程差： 又： 故：

19. 三个同振幅矢量构成闭合三角形时： 题后小结 1、由本题的求解可以看到： 光程差的计算仍是解决问题的关键； 注意： 涉及到反射光干涉问题时  应考虑是否计入“附加光程差”；  与折射率的分布有关； 2、干涉问题 ——可归为振幅矢量叠加的问题处理 • 振幅矢量叠加法 ——一种处理多束相干光干涉问题的较好的方法 简单、直观、快捷！！

20. p  d  0 f • 三个同振幅矢量构成闭合三角形时： 题后小结 2、干涉问题 ——可归为振幅矢量叠加的问题处理 • 振幅矢量叠加法 ——一种处理多束相干光干涉问题的较好的方法 简单、直观、快捷！！ 拓展

21. 三个同振幅矢量构成闭合三角形时： 题后小结 4、照相机、望远镜等光学仪器镜头上 常常要镀薄膜， 镀什么样的材料的膜（介质）？ 镀多厚才能达到我们需要的效果（比如，为了减少照相机镜头的反射光，常在照相机镜头上镀一层或几层增透膜，使反射光相干叠加后，总光强为零） 可利用光学的方法 ——薄膜干涉原理来设计。

22. [练习3]利用光的干涉可以检验工件质量 现将A， B，C三个直径相近的滚珠放在两块平玻璃之间，用单色平行光垂直照射，观察到等厚条纹如 图所示。 (1) 怎样判断三个滚珠哪个大，哪个小？ (2) 若单色光波长为,试用表示三个滚珠直径之差。 分析：由于三个滚珠直径不等，故两平玻璃之间的空气膜形成劈尖。 相关例题参见习题册 四.3

23. 小结：研究干涉的方法 （1）搞清发生干涉的（两）光束； （2）画出装置、光路、标出各量的几何关系 ——原理图 （3）计算（两）相干波程差（光程差）； （4）搞清条纹特点： 条纹间距、条纹移动等； 形状、 位置、 级次分布、 （5）计算光强、画出光强曲线。 • 研究光的干涉的关键是计算光程差。