大學(xué)物理學(xué)：第17章-波動光學(xué)3

1、Flash tracking the key points of last lecture 普通光獲得相關(guān)光普通光獲得相關(guān)光 分振幅分振幅 分波面分波面楊氏雙峰干涉楊氏雙峰干涉 等厚干涉等厚干涉 等傾干涉等傾干涉 為暗條紋 為明條紋 2 , 1 , 0 2 ) 12( 3 , 2 , 1 2 sin2 22 1 2 2 kk kk inne 2 2 2 en 明紋明紋2 , 1 , 0, k d D kxk k 暗紋暗紋 2 ) 1 2 ( , 2 ) 1 2 ( ) 12 ( d D kxk k 112:19 12:192 形狀形狀: : 條紋特點條紋特點 一系列同心圓環(huán)一系列同心圓環(huán) r

2、rk k環(huán) 環(huán)= = f f tgtg i i 條紋半徑越大，入射角越大。條紋半徑越大，入射角越大。 條紋間隔分布條紋間隔分布: : 內(nèi)疏外密內(nèi)疏外密 條紋級次分布條紋級次分布: : e e一定一定， k rik k riek,一定一定 膜厚變化時膜厚變化時, ,條紋的移動：條紋的移動： kinne 2 sin2 2 2 1 2 2 ftgir k 環(huán) 級次由大到小級次由大到小, ,中心處級次最大中心處級次最大 kk rr 1 從中間冒出從中間冒出 向圓心收縮向圓心收縮 k riek,一定 第第k條暗紋條暗紋 第第k+1條暗紋條暗紋 k e 1k e 2 l 1 1、平行于側(cè)棱明暗相間的直條紋

3、、平行于側(cè)棱明暗相間的直條紋 n k n k n eel kk 22 1 )1( 2 1 sin 1 3 3、相鄰條紋間距：、相鄰條紋間距： 相鄰明或相鄰暗條紋對應(yīng)的膜厚差均為相鄰明或相鄰暗條紋對應(yīng)的膜厚差均為 2 2n n 條紋特點 2 2、側(cè)棱處是第、側(cè)棱處是第0 0級級, ,第第1 1條暗紋條暗紋 n l 2 312:19 e r R o 2. 牛頓環(huán) M O A B 平玻璃板平玻璃板 平凸透鏡平凸透鏡 單色光垂直照射單色光垂直照射 暗暗紋紋 明明紋紋 2 , 1 , 0 2 ) 12( 3 , 2 , 1 ) 2 (2 kk kk ne 干涉條紋出現(xiàn)的位置？干涉條紋出現(xiàn)的位置？ 兩條反

4、射光束相遇在凸透鏡的下表面兩條反射光束相遇在凸透鏡的下表面 顯微鏡中看到的暗環(huán)顯微鏡中看到的暗環(huán) 示意圖示意圖 R R為平凸透鏡的曲率半徑為平凸透鏡的曲率半徑 412:19 R r e k k 2 2 ,3,2, 1, 2 )12( k n Rk r 明明 ,2,1 ,0,k n kR r 暗暗 暗暗紋紋 明明紋紋 2 , 1 , 0 2 ) 12( 3 , 2 , 1 ) 2 (2 kk kk ne e r R o 3 : 2 : 1 : : 321 rrr 內(nèi)疏外密。內(nèi)疏外密。3、條紋間距：、條紋間距： kkRrk 干涉條紋特點干涉條紋特點 1、明暗相間、明暗相間2、中心是暗斑：、中心是暗

5、斑：e=0, 4、級次由小變大、級次由小變大 512:19 12:196 思考題思考題1 1： 由一平凸透鏡放在平玻璃上，構(gòu)成牛頓環(huán)裝置，當(dāng)平凸透 鏡慢慢地向上平移時，由反射光形成的牛頓環(huán)【 】 A) 向中心收縮，條紋間隔變??； B) 向中心收縮，環(huán)心呈明暗交替變化； C) 向外擴(kuò)張，環(huán)心呈明暗交替變化； D) 向外擴(kuò)張，條紋間隔變大； B 12:197 思考題思考題2 2： 在折射率分別為1.52， 1.62和1.75的三種透明介質(zhì)材料構(gòu) 成的牛頓環(huán)裝置，用單色光照射，在反射光中看到干涉條紋， 則接觸點P處形成的圓斑為 【 】 A) 右半部分暗，左半部分明； B) 全暗 C) 全明 ) 右半

6、部分明，左半部分暗 1.62 1.52 1.52 A 1.75 m7 .10 103 .5895 10)63. 596. 7( 5 9 62222 5 kk rr R 例：例：用用He-NeHe-Ne激光照射牛頓環(huán)激光照射牛頓環(huán), , =589.3nm,=589.3nm,測得第測得第k k個個 暗環(huán)半徑為暗環(huán)半徑為5.63mm,5.63mm,第第k k+5+5個暗環(huán)半徑為個暗環(huán)半徑為7.96mm.7.96mm.求（求（1 1） 平凸透鏡的曲率半徑平凸透鏡的曲率半徑. .（2 2）k k= =？ 解解:（1）根據(jù)暗環(huán)半徑）根據(jù)暗環(huán)半徑 kRr k 2 k mRrr kmk 22 暗暗環(huán)環(huán)： （2

7、 2）k=k=？ 812:19 C) 2(n-1)d+/2; ) nd; A 邁克耳遜在工作 邁克耳遜邁克耳遜 （A.A.Michelson） 因創(chuàng)造精密光學(xué)儀 器，用以進(jìn)行光譜 學(xué)和度量學(xué)的研究， 并精確測出光速， 獲1907年諾貝爾物 理獎。 美籍德國人美籍德國人 1812:19 邁克耳遜干涉儀至今仍是許多光學(xué)儀器的核心邁克耳遜干涉儀至今仍是許多光學(xué)儀器的核心 愛因斯坦愛因斯坦贊譽(yù)道贊譽(yù)道： “我總認(rèn)為邁克耳遜是科學(xué)中的藝術(shù)家，我總認(rèn)為邁克耳遜是科學(xué)中的藝術(shù)家，他的最大他的最大 樂趣似乎來自實驗本身的優(yōu)美和所使用方法的精湛，樂趣似乎來自實驗本身的優(yōu)美和所使用方法的精湛， 他從來不認(rèn)為自己在

8、科學(xué)上是個嚴(yán)格的他從來不認(rèn)為自己在科學(xué)上是個嚴(yán)格的專家專家， 事實上的確不是，但始終是個藝術(shù)家。事實上的確不是，但始終是個藝術(shù)家?！?重要的物理思想巧妙的實驗構(gòu)思精湛的實驗技重要的物理思想巧妙的實驗構(gòu)思精湛的實驗技 術(shù)術(shù) 科學(xué)中的藝術(shù)科學(xué)中的藝術(shù) 許多著名的實驗都堪稱科學(xué)中的藝術(shù)，許多著名的實驗都堪稱科學(xué)中的藝術(shù)，如：全息如：全息 照相實驗、吳健雄實驗等。照相實驗、吳健雄實驗等。 1912:19 三三. . 邁克耳遜干涉儀的應(yīng)用邁克耳遜干涉儀的應(yīng)用 測介質(zhì)折射率測介質(zhì)折射率 測量微小位移測量微小位移 l n 光路光路1 1中插入待測介質(zhì)，中插入待測介質(zhì)， ln)1(2 由此由此可測折射率可測折

9、射率n n 。 2 以波長以波長 為尺度，可精確到為尺度，可精確到 產(chǎn)生產(chǎn)生附加光程差：附加光程差： M1 1 若相應(yīng)移過若相應(yīng)移過 N N 個條紋，個條紋， Nln )1(2則應(yīng)有則應(yīng)有 2012:19 用邁克耳遜干涉儀測氣流 2112:19 1 .楊氏雙縫干涉實驗中楊氏雙縫干涉實驗中,單色光源單色光源 的波長為的波長為 =550nm,圖中圖中D=3m, d=S1S2=3.3mm,求：求： (1) 條紋間距條紋間距; 干涉部分計算題干涉部分計算題 (2)若將一厚度若將一厚度l=0.01mm折射率為折射率為n的的玻璃片玻璃片放在縫放在縫S2的的 后面后面,此時條紋如何移動此時條紋如何移動?寫出

10、第寫出第k級條紋移動距離級條紋移動距離 x的表的表 達(dá)式達(dá)式. s2 S1 O M N d D x n,l 解解: : (1) 條紋間距條紋間距 m d D x 4 3 7 100 . 5 103 . 3 105 . 53 2212:19 D d ln d kD x )1( 移動距離為移動距離為: :. )1( D d ln xxx “”表示向下移動表示向下移動. . (2) 條紋由條紋由x向下移動至向下移動至x 處處 . . 放放前前, , 放放后后, , d D kxk D xd rr ; 12 lnrr) 1( 12 x ln D dx ) 1( k s2 S1 O M N d D x

11、n,l 2312:19 解解:(1)充液體前后條紋間距分別為充液體前后條紋間距分別為: : ; sin2 1 l 液體折射率為液體折射率為17. 1 30. 0 35. 0 2 1 l l n (2) 在距棱邊為在距棱邊為 L=3.15m處處, ,充液前充液前 , 9 1 l L 為暗紋為暗紋. . , 5 .10 2 l L 充液體后充液體后 為明紋為明紋. . 2 .兩塊平板玻璃構(gòu)成一兩塊平板玻璃構(gòu)成一空氣劈尖空氣劈尖,用單色平行光垂直照用單色平行光垂直照 射射,在反射光中觀察到干涉條紋在反射光中觀察到干涉條紋,其其(暗紋暗紋)間距為間距為0.35cm.若若 在此劈尖中充入某種液體在此劈尖

12、中充入某種液體,條紋間距變?yōu)闂l紋間距變?yōu)?.3cm.求：求： (1)這種液體的折射率這種液體的折射率n; (2)距棱邊距棱邊3.15cm處處,在充入液體前后條紋是明還是暗在充入液體前后條紋是明還是暗? sin2 2 n l 2412:19 3.在空氣在空氣 (折射率折射率no)中有一鍍了雙層增透膜的玻璃如圖中有一鍍了雙層增透膜的玻璃如圖, 第第1、2層膜及玻璃的折射率分別為層膜及玻璃的折射率分別為n1 、n2 、n3 且知且知 no n1 n3 ,今以今以真空中波長為真空中波長為 的單色平行光垂直入的單色平行光垂直入 射到射到增透膜增透膜上上,設(shè)三束反射光設(shè)三束反射光(只考慮一次反射只考慮一次

13、反射)a、b、c在在 空氣中空氣中振幅相等振幅相等,欲使它們相干疊加后總強(qiáng)度為零欲使它們相干疊加后總強(qiáng)度為零,則第一則第一 層膜的層膜的最小厚度最小厚度t1和第二層膜的和第二層膜的最小厚度最小厚度t2 各為多少各為多少? n1 n2 n3 a b c 3 2 3 2 a b c 2512:19 1 1 6n t 2 2 12 5 n t ktn2 3 2 2 2 11 2 3 2 2 2 22 ktn 欲使欲使 t1 , t2 最小最小, 3 2 3 2 a b c k=0； k=0 abab 2 22 2 2 tn bc 解解: : k2 3 2 )02( 2 11 tn 2 3 2 k ,

14、 3 , 2 , 1 , 03 , 2 , 1 , 0KK 2612:19 17/ 17/ 15，16 第第1515題答案：題答案： 1.22 1.22 2712:19 第一句：結(jié)交“兩個朋友”：一個是運動場，一個是圖書館。 不斷 地“充電”、“蓄電”、“放電”。 第二句話，培養(yǎng)“兩種功夫”：一個是本分，一個是本事。 做人靠本分，做 事靠本事，靠“兩本”起家靠得住。 第三句話，樂于吃“兩樣?xùn)|西”：一個是吃虧，一個是吃苦。 做人不怕吃虧， 做事不怕吃苦。吃虧是福，吃苦是福。 第四句話，具備“兩種力量”：一種是思想的力量，一種是 利劍的力量。思想的力量往往戰(zhàn)勝利劍的力量。 第五句話，追求“兩個一致”：一個是興趣與事業(yè)一致， 一個是愛情與婚姻一致。 12:1928 第六句話，插上“兩個翅膀”：一個叫理想，一個叫毅力。如 果一個人有了 這“兩個翅膀”，他就能飛得高，飛得