光的波动部分ppt课件.ppt

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1、5.4光的波动5.4.1光的干涉5.4.2光的衍射5.4.3光的偏振光学发展—光是一种电磁波、光具有波粒二象性几何光学：以光的直线传播为基础，研究在透明介质中的传播问题。包括：直线传播定律、反射折射定律。波动光学：以光的波动性为基础，研究光的干涉、衍射、偏振。即：研究光的波动性。量子光学：以光和物质的相互作用所显示的粒子性为基础。☆光学基础知识可见光范围：能引起视觉和光化学作用的是光波中的E矢量称为光矢量波长400~760nm，频率7.5×1014~4.3×1014Hz5.4.1光的干涉1.1相干光相干条件：很难满足！频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定光源发光机理：自发辐射、受激辐射

2、发光特点：间隙性、随机性独立（同一原子先后发的光）独立（不同原子发的光）波列的长度称为相干长度，一般为0.03~3m。光通过相干长度所需的时间称为相干时间，也是原子每次发光的持续时间，一般为10-11~10-8s。普通光源产生相干光的方法：分波面法和分振幅法满足相干光条件分波面法：从光源发出的同一波列的波面上取出两个次波源，杨氏双缝实验分振幅法：把同一波列的波分为两束光波，薄膜等厚干涉*光源满足相干光条件在P点同方向、同频率简谐振动合成1.2光波叠加原理相位差在同一介质中1.3光程光程差在折射率为n的介质中在相同的时间内相位变化相同时光程=nr为了计算光在不同介质中传播相遇时的相位差，特引入光

3、程的概念。一束光在不同介质中传播时空气光波传播光程1光程2光程差为P点相位差一般情况下光程大于光通过的几何路程。结合简谐振动合成与机械波干涉的知识相干加强相干减弱易知：相干加强相干减弱即：注意光程和几何路程是不同的两个概念，MSNABPQBSS’MNAPQ（1）薄透镜的等光程性。透镜只改变光的传播方向，但不附加光程差。需要说明的两个问题：（2）光反射时的半波损失现象。有半波损失无半波损失2.杨氏双缝干涉实验杨(T.Young)在1801年首先用实验的方法观察到光的干涉现象，使光的波动理论得到证实。这一实验的历史意义是重大的。英国物理学家，考古学家，医生。光的波动说的奠基人之一。1773年6月1

4、3日生于米尔费顿，曾在伦敦大学、爱丁堡大学和格丁根大学学习，伦敦皇家学会会员，巴黎科学院院士。1829年5月10日在伦敦逝世。分波振面法获得相干光光程差可得：S1和S2同相干涉条件明条纹暗条纹亮纹坐标暗纹坐标相邻亮纹或相邻暗纹间距相等红光入射白光入射光强曲线I02-24-4k012-1-24I0（相干叠加）（1）d、D一定时，若λ变化，则△x将怎样变化？（2）λ、D一定时，条纹间距△x与d的关系如何？例5.13在双缝干涉实验中，若D=1m，d=0.2mm，测得第二级明条纹位置是x=6.2mm，求出光波的波长。解：题中给出明条纹位置第二给明条纹：k=2所以光波波长为例5.14利用杨氏

5、干涉可测定气体折射率，其装置如图所示。透明薄壁容器长度为l，双缝与屏的距离为D（lD），S是波长为λ的激光光源。将待测气体注入容器逐渐排出原有气体的过程中，幕上干涉条纹就会移动，设原来容器盛有的气体折射率为n，则由移过的干涉条纹根数即可以求得待测气体的折射率n'。如果待测气体折射率n’>n，干涉条纹如何移动？(2)如果将原来气体逐渐排出的过程中，条纹移过P0点N条，求出待测气体折射率n’。解：考察零级明条纹。（1）充满待测气体后，P点为零级明条纹干涉条纹向上移动光程1：光程2：光程差：（2）充满待测气体后，P0点是N级干涉明纹，光程差待测气体折射率光程1：光程2：光程差：例5.15在双缝干

6、涉实验中，若波长λ＝550nm的单色平行光垂直入射到缝间距a＝2×10-4m的双缝上，屏到双缝的距离D＝2m（1）中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距；（2）用一厚度为e＝6.6×10-6m、折射率为n＝1.58的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？解：（1）第10级明纹中心间距（2）玻璃片覆盖一缝后，对应零级明纹在P处光程差不盖玻璃片时，此点为第k级明纹零级明纹将移到原第7级明纹处3.薄膜干涉定性解释：它们都是太阳光到达薄膜的表面上时，一部分光发生反射，一部分光发生折射，经过折射的光在薄膜的下表面被反射又回到上表面的空间，与上表面的反射光叠加而发生干涉。3.1劈尖表面的等

7、厚条纹存在半波损失平行光垂直入射到劈尖上根据干涉加强和减弱条件明条纹暗条纹明条纹暗条纹等厚条纹明纹暗纹相邻明纹或暗纹的厚度差相邻明纹或暗纹的距离劈尖薄膜等厚干涉条纹是等间距的每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动。例5.17在AB与CD两平玻璃之间夹着直径相差很小的两细丝R和S，两细丝相距l。当从上方入射波长为500nm的单色光时，可观察到规则排列明暗相间的反射光干涉