2024年高中物理新教材（人教版2019）同步精品讲义 选择性必修第一册 第4章 3　光的干涉 含解析

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3　光的干涉
[学习目标]　1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件(重点)。2.理解产生明暗条纹的条件，
知道条纹间距与波长的关系(重难点)。3.知道薄膜干涉条纹的特点，并能用它解释生活中的
相关现象(重点)。
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·(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)·(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。
(1)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定。(　×　)
(2)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，当两个狭缝到屏上的路程差是光波长的
奇数倍时出现暗条纹。(　×　)
例1　在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中
的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知
红光与绿光的频率、波长均不相等，这时(　　)
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在
D．至少有一种颜色的双缝干涉条纹
答案　C
解析　两列光波发生干涉的条件之一是频率相同，利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两
束光，在光屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿
光频率不同，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，故选项 C正确。
例2　在双缝干涉实验中，双缝到光屏上 P点的距离之差为 0.6 μm，若分别用频率为 f1＝
5.0×1014 Hz 和f2＝7.5×1014 Hz 的单色光垂直照射双缝，试分析判断 P点应出现亮条纹还是
暗条纹？分别为第几条亮条纹或暗条纹？(光在真空中的传播速度 c＝3×108 m/s)
答案　见解析
解析　双缝 S1、S2到光屏上 P点的路程之差 Δr等于单色光波长的整数倍时，由 S1和S2发出
的光在 P点互相加强，P点出现亮条纹；当 Δr等于单色光半波长的奇数倍时，由 S1和S2发
出的光在 P点互相抵消，出现暗条纹。
频率为 f1的单色光的波长
λ1＝＝ m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，
频率为 f2的单色光的波长
λ2＝＝ m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm。
即Δr＝λ1，Δr＝λ2。
可知，用频率为 f1的单色光照射时，P处应出现亮条纹，且为第一条亮条纹(不包含中间亮
条纹)；用频率为 f2的单色光照射时，P处应出现暗条纹，且为第二条暗条纹。
针对训练　用波长为 λ的平行单色光照射单缝，经双缝后，在光屏上偏离中心的 P点处恰好
出现亮条纹，则(　　)
A．改用波长为 2λ的平行单色光照射，P点处一定出现亮条纹
B．改用波长为 2λ的平行单色光照射，P点处一定出现暗条纹
C．改用波长为的平行单色光照射，P点处一定出现亮条纹
D．改用波长为的平行单色光照射，P点处一定出现暗条纹
答案　C
解析　P点恰好出现亮条纹，说明 P点到两缝的路程差等于波长 λ的整数倍。改用波长为 2λ
的平行单色光照射双缝，P点到双缝的路程差不一定等于波长 2λ的整数倍，也不一定等于
半波长 λ的奇数倍，选项 A、B错误；改用波长为的平行单色光照射，P点到两缝的路程差
一定等于波长的整数倍，P点处一定出现亮条纹，选项 D错误，C正确。
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＝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。
(1)在双缝干涉实验装置一定的情况下，光的波长越长，条纹间距越大。(　√　)
(2)用白光做双缝干涉实验时，屏幕各处不会再出现白色条纹。(　×　)
例3　图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如
图乙、丙所示。下列说法正确的是(　　)
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