光學(xué)習(xí)題課ppt

1、21)2k (rddxddx2ne k波波 動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)等厚干涉等厚干涉120nntgi偏偏振振雙縫雙縫干涉干涉2nmh 2nl bsin衍衍 射射惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理b021k、極小極小次極大次極大光光柵柵）、 1(kkdsin020cosII k/2)k12 (210、k干干 涉涉薄膜干涉薄膜干涉22ne劈尖劈尖22ne2nmh 牛頓環(huán)牛頓環(huán)單縫衍射單縫衍射bf02l光柵方程光柵方程三種偏振態(tài)三種偏振態(tài)起偏起偏檢偏檢偏1、如圖所示假設(shè)有兩個(gè)同相的相干點(diǎn)光源、如圖所示假設(shè)有兩個(gè)同相的相干點(diǎn)光源1S2S和和發(fā)出波長為發(fā)出波長為與與A之間插入厚度為之間插入厚度為e,折射率折射率n

2、的薄玻璃片的薄玻璃片,則兩光源發(fā)出則兩光源發(fā)出的光在的光在A點(diǎn)的位相差點(diǎn)的位相差的光的光.A是它們連線的中垂線上的一點(diǎn)是它們連線的中垂線上的一點(diǎn),若在若在.若已知若已知n=1.505000AA點(diǎn)恰為第四級(jí)明紋中心點(diǎn)恰為第四級(jí)明紋中心,則則e=0A18光學(xué)習(xí)題課光學(xué)習(xí)題課1S*neA1S2S(1899)已知已知:n , e, ; n=1.5,05000A求求:=?e=?解解:光程差光程差:enASneeAS121相位差相位差: 2en12光程差光程差:ken114ne04104A*neA1S2SSDlANPE2.如圖如圖,由空氣中一單色光源由空氣中一單色光源S發(fā)出的光發(fā)出的光,一束掠入射到平面一

3、束掠入射到平面反射鏡反射鏡A上上,另一束經(jīng)折射率另一束經(jīng)折射率為為n,厚為厚為d的媒質(zhì)薄片的媒質(zhì)薄片N后直后直接射到屏上接射到屏上,SA=AP=l,SP=D求求:兩相干光束兩相干光束SP與與SAP在在P點(diǎn)的光程差和相位差點(diǎn)的光程差和相位差.已知已知:n,d, SA=AP=l,SP=D求求: =? =?解解:光程差光程差:nddSPAPSA2相位差相位差:2dnDl1223.試分析在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中試分析在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)發(fā)生下列變化時(shí)當(dāng)發(fā)生下列變化時(shí),干涉條紋的變化情況干涉條紋的變化情況:(1)屏幕移近屏幕移近; (2)雙縫間距離減小雙縫間距離減小;(3)將裝置放在水中將裝置放在水中;(4)兩

4、縫寬度不等兩縫寬度不等;(5)S1 S2后分別放置的后分別放置的 1 2濾色片濾色片;(6)S沿平行于沿平行于S1 S2聯(lián)線方向作微小位移聯(lián)線方向作微小位移;(7)S沿垂直于聯(lián)線方向沿垂直于聯(lián)線方向(即垂直于紙面即垂直于紙面)作微小位移作微小位移;dOS1S2S1r2rdp(1)屏幕移近屏幕移近; 在楊氏實(shí)驗(yàn)中在楊氏實(shí)驗(yàn)中,到達(dá)屏上到達(dá)屏上任一點(diǎn)的光程差任一點(diǎn)的光程差:ddxrrr12明紋明紋: krkddx,., , 210k暗紋暗紋:212kr212kddx相鄰明紋間距相鄰明紋間距:ddxxxd條紋變窄向中心移動(dòng)條紋變窄向中心移動(dòng)dOS1S2S1r2rdp明紋位置明紋位置:,., , 21

5、0k相鄰明紋間距相鄰明紋間距:ddx(2)雙縫間距離減小雙縫間距離減小;xxd條紋變寬條紋變寬,向兩側(cè)移動(dòng)向兩側(cè)移動(dòng)kddxdOS1S2S1r2rdp(3)將裝置放在水中將裝置放在水中;在楊氏實(shí)驗(yàn)中在楊氏實(shí)驗(yàn)中,到達(dá)屏上到達(dá)屏上任一點(diǎn)的光程差任一點(diǎn)的光程差:12rrnrn明紋明紋:knkaDnkaDx,., , 210kddxrrr12naDxxx條紋變窄向條紋變窄向中心移動(dòng)中心移動(dòng)dOS1S2S1r2rdp(5)S1 S2后分別放置的后分別放置的 1 2濾色片濾色片;(4)兩縫寬度不等兩縫寬度不等;021minIII1minmaxminmaxIIIIV條紋可見度條紋可見度:條紋可見度下降條紋

6、可見度下降,但條紋位置但條紋位置,條紋間隔不變條紋間隔不變x, x不變不變在在p點(diǎn)相遇的兩束光不再是相干光點(diǎn)相遇的兩束光不再是相干光,故無干涉現(xiàn)象故無干涉現(xiàn)象dOS1S2S1r2rdp(6)S沿平行于沿平行于S1 S2聯(lián)線方向作微小位移聯(lián)線方向作微小位移;S1R2RSS光源光源設(shè)中央明紋從設(shè)中央明紋從Op則來自雙縫的兩束相干則來自雙縫的兩束相干光光程差光光程差: 02211rRrR1221rrRRS下移下移21RR12rr 中央明紋上移中央明紋上移;S上上移移21RR12rr 中央明紋下移中央明紋下移;若在與若在與S1 S2聯(lián)線方向平行方向上有兩個(gè)或一系列不相干點(diǎn)光源存聯(lián)線方向平行方向上有兩個(gè)

7、或一系列不相干點(diǎn)光源存在在,則幕上將有兩套或數(shù)套不同干涉條紋則幕上將有兩套或數(shù)套不同干涉條紋限制光源寬度限制光源寬度垂直紙面線光源代替點(diǎn)光源垂直紙面線光源代替點(diǎn)光源dOS1S2S1r2rdp(7)S沿垂直于聯(lián)線方向沿垂直于聯(lián)線方向(即垂直于紙面即垂直于紙面)作微小位移作微小位移;零級(jí)條紋不動(dòng)零級(jí)條紋不動(dòng)aOS1S2S1r2rDp0(1)零級(jí)明紋到屏幕中央零級(jí)明紋到屏幕中央O點(diǎn)的距離點(diǎn)的距離(2)相鄰明紋間的距離相鄰明紋間的距離4、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,單色光源單色光源 到兩縫到兩縫 和和 的距離分別的距離分別為為 和和 ,并且并且 , 為入射光的波長為入射光的波長,雙縫之間的雙縫

8、之間的距離為距離為D, 如圖如圖.求求:0S1S2S1l2l321ll(1896)解解:設(shè)零級(jí)明紋從設(shè)零級(jí)明紋從O移到移到P處處,則兩束相干光在則兩束相干光在P處處01122)()(rlrl32112llrr又又:dxdrrP12dO屏屏0S1S2S1l2ld r1r2pddrddxP 3d)()(1122rlrl(2)在屏上距在屏上距O點(diǎn)為點(diǎn)為x處處1r2r兩束相干光光程差兩束相干光光程差:dxdrr12)()(1122rlrl光程差光程差:3dxd明紋條件明紋條件:k3kddxk,., , 210kK級(jí)明紋位置級(jí)明紋位置:相鄰明紋間的距離相鄰明紋間的距離:ddxxxkk1dO屏屏0S1S2

9、S1l2ld r1r2pd5.用波長為用波長為nm500的光垂直照射由的光垂直照射由mnm9101兩塊平玻璃板兩塊平玻璃板(一端剛好接觸成為劈棱一端剛好接觸成為劈棱)構(gòu)成的空氣劈尖構(gòu)成的空氣劈尖薄膜薄膜, 劈尖角劈尖角rad4102如果劈尖內(nèi)充滿折射率為如果劈尖內(nèi)充滿折射率為501.n后移動(dòng)的距離后移動(dòng)的距離(1898)的液體的液體,求從劈棱數(shù)起第五個(gè)明條紋在充入液體求從劈棱數(shù)起第五個(gè)明條紋在充入液體 L eekek+1明紋明紋暗紋暗紋已知已知:nm500rad4102401.nk=5求求: l=?解解:設(shè)第五條明紋處膜厚設(shè)第五條明紋處膜厚e,光程差光程差:522nel設(shè)該處到劈棱距離為設(shè)該處

10、到劈棱距離為l,則則 e=l nl49充入液體前充入液體前n=1,第五條明紋位置第五條明紋位置:491l充入液體后充入液體后n=1.5,第五條明紋位置第五條明紋位置:nl492充入液體前后充入液體前后第五條明紋移動(dòng)的距離第五條明紋移動(dòng)的距離:411921/nlllmm611. L eekek+1明紋明紋暗紋暗紋6.試討論下列情況下試討論下列情況下,夫瑯和費(fèi)衍射圖樣的變化夫瑯和費(fèi)衍射圖樣的變化: (中央主極大的寬度與位置中央主極大的寬度與位置)(1)單縫向上或向下作微小平移單縫向上或向下作微小平移;(2)單縫在自身平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)單縫在自身平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) /2;(3)光光源向上或向下平移源向上或向下平移;

11、(4)透鏡上下平移透鏡上下平移;(5)縫寬縫寬a不變不變,裝置放入水中裝置放入水中 ( (縫寬縫寬) )aAB 透鏡透鏡LS f 透鏡透鏡L f觀察屏觀察屏0p a縫平面縫平面ABC(1)單縫向上或向下作微小平移單縫向上或向下作微小平移;入射平行光會(huì)聚在焦點(diǎn)上入射平行光會(huì)聚在焦點(diǎn)上,中央主極大位置不變中央主極大位置不變中央主極大寬度中央主極大寬度:第一級(jí)暗紋角位置第一級(jí)暗紋角位置:1sinafxa11sinafx1afxl221寬度不變寬度不變 ( (縫寬縫寬) )aAB 透鏡透鏡LS f 透鏡透鏡L f觀察屏觀察屏0p a縫平面縫平面ABC(2)單縫在自身平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)單縫在自身平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) /2

12、;條紋方向發(fā)生變化條紋方向發(fā)生變化,橫條紋變成豎條紋橫條紋變成豎條紋(4)透鏡上下平移透鏡上下平移; 焦點(diǎn)位置移動(dòng)焦點(diǎn)位置移動(dòng),條紋移動(dòng)條紋移動(dòng); ( (縫寬縫寬) )aAB 透鏡透鏡LS f 透鏡透鏡L f觀察屏觀察屏0p a縫平面縫平面ABC(5)縫寬縫寬a不變不變,裝置放入水中裝置放入水中縫寬縫寬a不變不變,中央明紋位置不變中央明紋位置不變;中央明紋寬度中央明紋寬度:fal2其中其中n0 ( (縫寬縫寬) )aAB 透鏡透鏡LS f 透鏡透鏡L f觀察屏觀察屏0p a縫平面縫平面ABC同時(shí)同時(shí),透鏡焦距透鏡焦距:fnnnnf1n=1.54, n/=1.33若若f=50cm則則cmf171

13、若若a=0.108mm,005893A fanl02mm14mmfal46520. ( (縫寬縫寬) )aAB 透鏡透鏡LS f 透鏡透鏡L f觀察屏觀察屏0p a縫平面縫平面ABC條紋變寬條紋變寬,同時(shí)接收屏位置也發(fā)生變化同時(shí)接收屏位置也發(fā)生變化7. 波長為波長為05000A的單色光垂直入射到每厘米的單色光垂直入射到每厘米4500條刻線條刻線的光柵上的光柵上,實(shí)際上可能觀察到的最高級(jí)次的主極大是第幾級(jí)實(shí)際上可能觀察到的最高級(jí)次的主極大是第幾級(jí)?(1899)解解:光柵常數(shù)光柵常數(shù)d=1/4500cm=2.2 10-4cm由光柵公式由光柵公式: kdsin090 /sinmax090dk=4.4

14、所以可觀察到的最高級(jí)次所以可觀察到的最高級(jí)次k=48.如圖所示如圖所示,為楊氏干涉裝置為楊氏干涉裝置,其中其中S1 S2為雙縫為雙縫.現(xiàn)在單色自然光照射現(xiàn)在單色自然光照射S,使使S成為一光源成為一光源,討論下列情況下的干涉條紋討論下列情況下的干涉條紋.(1)如果在如果在S后加一偏振片后加一偏振片P,幕上能否看到干涉條紋幕上能否看到干涉條紋;(2)如果不加如果不加P,而只在而只在S1 S2之前加透光方向互相垂直之前加透光方向互相垂直的偏振片的偏振片P1 P2能能S1S2振動(dòng)方向相同振動(dòng)方向相同,相位差恒定相位差恒定振動(dòng)方向不同振動(dòng)方向不同; 無固定相位差無固定相位差無干涉條紋無干涉條紋P1P2P

15、r1r2DOP3S1S2O1S(3)這時(shí)如果在這時(shí)如果在S后加入偏振片后加入偏振片P,P的透光方向與的透光方向與P1 P2都成都成450(4)如果在幕前有一偏振片如果在幕前有一偏振片P3, P3的透光方向與的透光方向與P1 P2成成450而而與與P平行平行,在在(2)(3)兩種情況下兩種情況下的干涉條紋的干涉條紋P偏振光經(jīng)分解后偏振光經(jīng)分解后,有固定相位關(guān)系有固定相位關(guān)系,但但振動(dòng)方向垂直振動(dòng)方向垂直無干涉條紋無干涉條紋(2)振動(dòng)方向相同振動(dòng)方向相同,無固定相位差無固定相位差無干涉條紋無干涉條紋3PS1S2S1S2P1P2Pr1r2DOP3S1S2O1S(4)如果在幕前有一偏振片如果在幕前有一

16、偏振片P3, P3的透光方向與的透光方向與P1 P2成成450而與而與P平行平行,在在(2)(3)兩種情況下的干涉條紋兩種情況下的干涉條紋(3)振動(dòng)方向相同振動(dòng)方向相同,有固定相位差有固定相位差有干涉條紋有干涉條紋P3PS1S2P1P2Pr1r2DOP3S1S2O1S9.假定在兩個(gè)靜止的假定在兩個(gè)靜止的,理想的正交的起偏器之間有另一個(gè)理想的起理想的正交的起偏器之間有另一個(gè)理想的起偏器以角速度偏器以角速度w旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn),試證試證:透射光的強(qiáng)度滿足下列關(guān)系式透射光的強(qiáng)度滿足下列關(guān)系式:wtII4181cos證明證明:設(shè)設(shè)P1P3是正交是正交,靜止的兩起偏器靜止的兩起偏器, P2是以是以w旋轉(zhuǎn)起偏器旋轉(zhuǎn)

17、起偏器;I1是從第一個(gè)起偏器透射平面偏振光強(qiáng)是從第一個(gè)起偏器透射平面偏振光強(qiáng); I2是從第二個(gè)起偏器透射平是從第二個(gè)起偏器透射平面偏振光強(qiáng)面偏振光強(qiáng); I3是從第三個(gè)起偏器透射平面偏振光強(qiáng)是從第三個(gè)起偏器透射平面偏振光強(qiáng);由馬呂斯定律由馬呂斯定律,212cosII從第三個(gè)起偏器透射平面偏振光強(qiáng)從第三個(gè)起偏器透射平面偏振光強(qiáng)P1P3P2 2223cosII221sincosI21421cosIwtII41841211411coscosP1P3P2 i0i010、教材、教材P166 11-25i0 11、在圖示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中、在圖示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若用薄玻璃片若用薄玻璃片 ( 折射率折射率4 .

18、11n1S2S04800A(1800)覆蓋縫覆蓋縫,用同樣厚度的玻璃片用同樣厚度的玻璃片覆蓋縫覆蓋縫(折射率折射率7 . 12n),將使屏上原來未放玻璃時(shí)的中央明條紋所在將使屏上原來未放玻璃時(shí)的中央明條紋所在處處O變?yōu)榈谖寮?jí)明紋變?yōu)榈谖寮?jí)明紋.設(shè)單色光波長設(shè)單色光波長求求:玻璃片的厚度玻璃片的厚度dddO屏屏1r2r1S2S512dnn125nnd12.在邁克耳孫干涉儀的可動(dòng)反射鏡平移一微小距離的過程中在邁克耳孫干涉儀的可動(dòng)反射鏡平移一微小距離的過程中,觀察觀察到干涉條紋恰好移動(dòng)到干涉條紋恰好移動(dòng)1848條條.所用單色光的波長為所用單色光的波長為05461A反射鏡平移的距離等于反射鏡平移的距離等于 mm.(給出四位有效數(shù)字給出四位有效數(shù)字)(0.5046;1897).由此可知由此可知mmNd504601054611848210.G11G2邁克