雙光束干涉PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 雙光束干涉雙光束干涉 x k=+1 k=-2 k=+2 k= 0 k=-1 S1 S2* * I 激激 光光 第1頁/共22頁 Sl 和和 S2 雙縫從來自狹縫雙縫從來自狹縫 S 的光波波面上分割出很小的光波波面上分割出很小 的兩部分作為相干光源，它們發(fā)出的兩列光波在觀察的兩部分作為相干光源，它們發(fā)出的兩列光波在觀察 屏上疊加，形成屏上疊加，形成干涉條紋干涉條紋。 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 P S I D o S 1 S 2 d r 1 r 2 雙縫雙縫 單縫單縫 屏屏 干涉條紋干涉條紋 光強(qiáng)分布光強(qiáng)分布 點(diǎn)光源點(diǎn)光源 第2頁/共22頁 從線光源從線光源 S 發(fā)出的光波

2、經(jīng)發(fā)出的光波經(jīng) SS1P 和和 SS2P 兩條不同兩條不同 路徑，在觀察屏路徑，在觀察屏 P 點(diǎn)上相交。點(diǎn)上相交。 S S1 S2 0 q q 1 r 2 r P l qsind=D S S1 S2 0 S1 0 q q q q d 1 r 2 r 1 r 2 r P l qsind=Dqsind=Dqsind=D y y S S2 l D R1 R2 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 第3頁/共22頁 在在dD，且在且在 y 很小的范圍內(nèi)考察時(shí)，相應(yīng)二光很小的范圍內(nèi)考察時(shí)，相應(yīng)二光 的相位差為的相位差為 22 () 10 yd R D ll =D D（ ） 1分波面法雙光束干涉分波面法

3、雙光束干涉 2121 ()()RRrrRrD = DD 其光程差為其光程差為 第4頁/共22頁 S S1 S2 0 q q 1 r 2 r P l qsind=D S S1 S2 0 S1 0 q q q q d 1 r 2 r 1 r 2 r P l qsind=Dqsind=Dqsind=D y y S S2 l D R1 R2 222 ()() 10 yd rRR D lll =D =D DD（ ） sin sin/ rd y D q q D = /rdy DD 第5頁/共22頁 如果如果 S1、S2 到到 S 的距離相等的距離相等，DR=0， (11) D ym d l = 為為光強(qiáng)極

4、大光強(qiáng)極大，呈現(xiàn)干涉亮條紋；，呈現(xiàn)干涉亮條紋； 2 ( =0, 1, 2)mm=的空間點(diǎn)的空間點(diǎn)則對(duì)應(yīng)則對(duì)應(yīng) 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 121 21212 2 cos cos+2 (3) IIII IIIIq= 第6頁/共22頁 (2 +1) ( =0, 1, 2)mm=對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 1 () (12) 2 D ym d l = 為光強(qiáng)極小，呈現(xiàn)干涉暗條紋。為光強(qiáng)極小，呈現(xiàn)干涉暗條紋。 的空間點(diǎn)的空間點(diǎn) 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 第7頁/共22頁 相鄰兩亮（暗）條紋間的距離是條紋間距為相鄰兩亮（暗）條紋間的距離是條紋間距為， 且且 (13) D y d ll D = 其

5、中其中 = d/D 叫叫光束會(huì)聚角光束會(huì)聚角。在實(shí)驗(yàn)中，可以通過。在實(shí)驗(yàn)中，可以通過 測(cè)量測(cè)量 D、d 和和 ，計(jì)算求得光波長計(jì)算求得光波長 l。 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 第8頁/共22頁 如果如果 S1、S2 到到 S 的距離不相等的距離不相等，R0， (14) mR y l D = 的空間點(diǎn)是的空間點(diǎn)是亮條紋亮條紋； 則對(duì)應(yīng)則對(duì)應(yīng) 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 1 2 (15) mR y l D = （/ ） 的空間點(diǎn)是的空間點(diǎn)是暗條紋暗條紋。 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 第9頁/共22頁 如果如果 S1、S2 到到 S 的距離不相等的距離不相等，R0， 即干涉圖樣相對(duì)于即干涉圖樣

6、相對(duì)于 DR=0 的情況的情況，沿著沿著 y 方向發(fā)生方向發(fā)生 了平移。了平移。 (14) mR y l D = (11) D ymm d ll = 1 2 (15) mR y l D = （/ ） 11 ()() (12) 22 D ymm d ll = 第10頁/共22頁 除了上述楊氏干涉實(shí)驗(yàn)外，除了上述楊氏干涉實(shí)驗(yàn)外，菲涅耳雙菲涅耳雙棱棱鏡鏡、菲涅耳菲涅耳 雙面鏡雙面鏡和和洛埃鏡洛埃鏡都屬于分波面法雙光束干涉的實(shí)驗(yàn)都屬于分波面法雙光束干涉的實(shí)驗(yàn) 裝置。裝置。 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 S S1 S2 雙棱鏡雙棱鏡 D d 第11頁/共22頁 M1 M2 S1 S2 S 菲涅

7、耳雙面鏡菲涅耳雙面鏡 第12頁/共22頁 S S M D d 洛埃鏡洛埃鏡 第13頁/共22頁 這些實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)是：這些實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)是： 在兩束光的疊加區(qū)內(nèi)，到處都可以觀察到干涉在兩束光的疊加區(qū)內(nèi)，到處都可以觀察到干涉 條紋，只是不同地方條紋的間距、形狀不同而已。條紋，只是不同地方條紋的間距、形狀不同而已。 這種在整個(gè)光波疊加區(qū)內(nèi)隨處可見干涉條紋的干涉這種在整個(gè)光波疊加區(qū)內(nèi)隨處可見干涉條紋的干涉 ，稱為，稱為非定域干涉非定域干涉。 在這些干涉裝置中，都有限制光束的狹縫或小在這些干涉裝置中，都有限制光束的狹縫或小 孔，因而干涉條紋的孔，因而干涉條紋的強(qiáng)度很弱強(qiáng)度很弱，以致于在實(shí)際上難，以致于在實(shí)

8、際上難 以應(yīng)用。以應(yīng)用。 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 第14頁/共22頁 當(dāng)用白光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于干涉條紋的光強(qiáng)當(dāng)用白光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于干涉條紋的光強(qiáng) 極值條件與波長有關(guān)，除了極值條件與波長有關(guān)，除了m = 0 的條紋仍是白光的條紋仍是白光 以外，其它級(jí)次的干涉條統(tǒng)均為不同顏色（對(duì)應(yīng)著以外，其它級(jí)次的干涉條統(tǒng)均為不同顏色（對(duì)應(yīng)著 不同波長）分離的彩色條紋。不同波長）分離的彩色條紋。 白光入射的楊氏雙縫干涉照片白光入射的楊氏雙縫干涉照片 1分波面法雙光束干涉分波面法雙光束干涉 第15頁/共22頁 例題例題 2-1 如圖所示，利用干涉現(xiàn)象測(cè)定氣體的折射如圖所示，利用干涉現(xiàn)象測(cè)定

9、氣體的折射 率。當(dāng)薄壁容器中充入待測(cè)氣體并排除空氣時(shí)，干率。當(dāng)薄壁容器中充入待測(cè)氣體并排除空氣時(shí)，干 涉條紋就會(huì)發(fā)生移動(dòng)，由干涉條紋的移動(dòng)情況就可涉條紋就會(huì)發(fā)生移動(dòng)，由干涉條紋的移動(dòng)情況就可 以測(cè)定容器中氣體的折射率以測(cè)定容器中氣體的折射率 S S1 S2 q 2 r P l qsind=D S S1 S2 S1 O q q q d 2 r 1 r1r1 2 r P qsind=Dqsind=Dqsind=D x S S2 D R1 R2 l Q2 n 第16頁/共22頁 解：解：(1) 設(shè)薄壁容器中充入空氣時(shí)，零級(jí)條紋出現(xiàn)設(shè)薄壁容器中充入空氣時(shí)，零級(jí)條紋出現(xiàn) 在在 O 點(diǎn)，而充入待測(cè)氣體時(shí)，

10、零級(jí)條紋出現(xiàn)于點(diǎn)，而充入待測(cè)氣體時(shí)，零級(jí)條紋出現(xiàn)于 P 點(diǎn)。此時(shí)的光程差點(diǎn)。此時(shí)的光程差 22 ()S Qnn lD= 問：問：(1) 當(dāng)待測(cè)氣體的折射率大于空氣的折射率時(shí)，當(dāng)待測(cè)氣體的折射率大于空氣的折射率時(shí)， 干涉條紋應(yīng)如何移動(dòng)？干涉條紋應(yīng)如何移動(dòng)？ (2) 設(shè)設(shè) l = 2.0cm，條紋移動(dòng)，條紋移動(dòng) 20 條，光波的波長為條，光波的波長為 5893，空氣的折射率為，空氣的折射率為 n =1.000276，求待測(cè)氣，求待測(cè)氣 體的折射率。體的折射率。 第17頁/共22頁 零級(jí)條紋出現(xiàn)條件是零級(jí)條紋出現(xiàn)條件是 0mDl= = 即即 2222 ()0()S Qnn lS Qnn lD= 考慮

11、到考慮到 于是，零級(jí)條紋（因而所有條紋）應(yīng)當(dāng)上移。于是，零級(jí)條紋（因而所有條紋）應(yīng)當(dāng)上移。 22 0nnS Q 第18頁/共22頁 (2) 考察屏幕上的一個(gè)固定點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)條紋，表明光考察屏幕上的一個(gè)固定點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)條紋，表明光 程差相差一個(gè)波長，因此程差相差一個(gè)波長，因此 20 ()20nn lnn l l l= -8 20 5893 10 1.0002761.0008653 2.0 n = = 進(jìn)而可得進(jìn)而可得 第19頁/共22頁 例題例題 2-2 用單色光做楊氏干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果把兩個(gè)用單色光做楊氏干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果把兩個(gè) 等寬狹縫中的一個(gè)加寬一倍，干涉條紋會(huì)發(fā)生什么等寬狹縫中的一個(gè)加寬一倍，干涉條紋會(huì)發(fā)生什么 變化？給出此時(shí)的相干度。變化？給出此時(shí)的相干度。 解：解： 121 2 2cosIIII I= Mm Mm 4 1 4 II P II = 兩個(gè)狹縫相同時(shí)，相干度為兩個(gè)狹縫相同時(shí)