大學(xué)物理學(xué)電子教案

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1、大學(xué)物理學(xué)電子教案海大理學(xué)院教學(xué)課件光的干涉（1）光學(xué)緒言17-1相干光17-2楊氏雙縫干涉一、光學(xué)的研究內(nèi)容研究光的本性；光的產(chǎn)生、傳輸與接收規(guī)律；光與物質(zhì)的相互作用；光學(xué)的應(yīng)用。緒言二、光的兩種學(xué)說牛頓的微粒說光是由發(fā)光物體發(fā)出的遵循力學(xué)規(guī)律的粒子流?；莞沟牟▌诱f光是機械波，在彈性介質(zhì)“以太”中傳播。四、光學(xué)的分類幾何光學(xué)以光的直線傳播和反射、折射定律為基礎(chǔ)，研究光學(xué)儀器成象規(guī)律。物理光學(xué)以光的波動性和粒子性為基礎(chǔ)，研究光現(xiàn)象基本規(guī)律。波動光學(xué)——光的波動性：研究光的傳輸規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科量子光學(xué)——光

2、的粒子性：研究光與物質(zhì)相互作用規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科三、光的本性光的電磁理論——波動性：干涉、衍射、偏振光的量子理論——粒子性：黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光的干涉光的衍射光的偏振第十七章波動光學(xué)一、光波1．光波的概念：紅外光：λ>0.76μm可見光：0.40μm與0.76μm之間紫外光：λ<0.40μm§17－1相干光2．光的顏色：單色光——只含單一波長的光：激光復(fù)色光——不同波長單色光的混合：白光3．光的速度與折射率：v=c/n二、光矢量1．光矢量電場強度E的振動稱為光振動，電場強度稱為光矢量。2．光強光的

3、平均能流密度，表示單位時間內(nèi)通過與傳播方向垂直的單位面積的光的能量在一個周期內(nèi)的平均值I=E02三、光的干涉現(xiàn)象1．什么是光的干涉現(xiàn)象兩束光的相遇區(qū)域形成穩(wěn)定的、有強有弱的光強分布。2．相干條件①振動方向相同②振動頻率相同③相位相同或相位差保持恒定3．相干光與相干光源兩束滿足相干條件的光稱為相干光相應(yīng)的光源稱為相干光源4．明暗條紋條件用相位差表示：明條紋：Δ?=±2k?k=0,1,2,…暗條紋：Δ?=±(2k-1)?k=1,2,3,…用波程差表示根據(jù)波程差與相位差的關(guān)系Δ?=2?δ/λ明條紋：δ=±kλk=0

4、,1,2,…暗條紋：δ=±(2k-1)λ/2k=1,2,3,…四、相干光的獲得1．普通光源的發(fā)光機理光波列長度：m結(jié)論：普通光源發(fā)出的光波不滿足相干條件，不是相干光，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。特點：同一原子發(fā)光具有瞬時性和間歇性、偶然性和隨機性，而不同原子發(fā)光具有獨立性。2．獲得相干光源的兩種方法原理：將同一光源上同一點或極小區(qū)域發(fā)出的一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過不同的傳播路徑后，再使它們相遇，它們是相干光。方法：分波陣面法：把光波的陣面分為兩部分分振幅法：利用兩個反射面產(chǎn)生兩束反射光SE§17－2楊氏雙縫干涉、洛埃鏡

5、、雙鏡一、楊氏雙縫干涉托馬斯·楊（ThomasYoung）英國物理學(xué)家、醫(yī)生和考古學(xué)家，光的波動說的奠基人之一波動光學(xué)：楊氏雙縫干涉實驗生理光學(xué)：三原色原理材料力學(xué)：楊氏彈性模量考古學(xué)：破譯古埃及石碑上的文字1、楊氏簡介2、楊氏雙縫干涉實驗裝置1801年，楊氏巧妙地設(shè)計了一種把單個波陣面分解為兩個波陣面以鎖定兩個光源之間的相位差的方法來研究光的干涉現(xiàn)象。楊氏用疊加原理解釋了干涉現(xiàn)象，在歷史上第一次測定了光的波長，為光的波動學(xué)說的確立奠定了基礎(chǔ)。3、雙縫干涉的波程差兩光波在P點的波程差為δ=r2-r1r12=D

6、2+(x-d/2)2r22=D2+(x+d/2)2所以r22-r12=2xd即(r2-r1)(r2+r1)=2xd采用近似r2+r1≈2D波程差為δ=r2-r1=xd/Dr2r1OPxdS2S1D4、干涉條紋的位置（1）明條紋：δ=xd/D=±kλ中心位置：x=±kDλ/dk=0,1,2,…（2）暗條紋：δ=xd/D=±(2k-1)λ/2中心位置：x=±(2k-1)Dλ/(2d)k=1,2,3,…（3）條紋間距：相鄰明紋中心或相鄰暗紋中心的距離稱為條紋間距Δx=Dλ/d5、干涉條紋的特點雙縫干涉條紋是與雙縫平

7、行的一組明暗相間彼此等間距的直條紋，上下對稱。①光源S位置改變：S下移時，零級明紋上移，干涉條紋整體向上平移；S上，干涉條紋整體向下平移，條紋間距不變。②雙縫間距d改變：當d增大時，Δx減小，零級明紋中心位置不變，條紋變密。當d減小時，Δx增大，條紋變稀疏。③雙縫與屏幕間距D改變：當D減小時，Δx減小，零級明紋中心位置不變，條紋變密。當D增大時，Δx增大，條紋變稀疏。Δx=Dλ/d演示6、討論Δx=Dλ/d（1）波長及裝置結(jié)構(gòu)變化時干涉條紋的移動和變化對于不同的光波，若滿足k1λ1=k2λ2出現(xiàn)干涉條紋的重疊

8、。④入射光波長改變：當λ增大時，Δx增大，條紋變疏；當λ減小時，Δx減小，條紋變密。若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。（2）介質(zhì)對干涉條紋的影響①在S1后加透明介質(zhì)薄膜，干涉條紋如何變化？零級明紋上移至點P，屏上所有干涉條紋同時向上平移。移過條紋數(shù)目Δk=(n-1)t/λ條紋移動距離OP=Δk·Δx若S2后加透明介質(zhì)薄膜，干涉條紋下移。r2r1OPxdS2S1②若把整個實驗裝置置于折射率為n的介質(zhì)中