116光的波動性

1、能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展211.5歷史回顧歷史回顧世界上如果沒有光就會變成一片黑暗，但是光究竟是什么呢?人類對光的本性的認(rèn)識 ,經(jīng)歷了漫長而曲折的道路，到了17世紀(jì)，基本上形成了兩種學(xué)說：一種以牛頓為代表的微粒說，另一種是以惠更斯為代表的波動說。與牛頓同時(shí)代的荷蘭物理學(xué)家惠更斯首先提出光的波動說。當(dāng)時(shí)牛頓反對光的波動說，主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)光的波動說還不能很好解釋光的直線傳播這一基本事實(shí)，也不能解釋光的偏振現(xiàn)象。直到1801年，英國物理學(xué)家托馬斯楊進(jìn)行了著名的楊氏干涉實(shí)驗(yàn)， 1815年法國物理學(xué)家菲涅耳進(jìn)行的進(jìn)行的“菲涅耳雙鏡菲涅耳雙鏡”實(shí)驗(yàn)，才令人信服地證明了光具有實(shí)驗(yàn)，才令人信服地證明了光具有波動性

2、。一、光的干涉一、光的干涉1. 楊氏干涉波源 S 發(fā)出球面波 ,同時(shí)到達(dá)S1和S2這兩個(gè)狹縫，S1和S2可視為相干波源 ,相干波源發(fā)出的頻率相同、振動方向一致的相干光，同時(shí)傳播到光屏上。疊加的結(jié)果是產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋。在波峰與波峰、波谷與波谷疊加的地方，光波互相加強(qiáng)，形成明條紋。在波峰與波谷疊加的地方，光波互相抵消或削弱，形成暗條紋。當(dāng)相干光在空間相遇時(shí)，光波產(chǎn)生了穩(wěn)定的加強(qiáng)或減弱，并在相遇的空間形成明暗相間的條紋，這種的現(xiàn)象叫光的干涉。光的干涉證明了光是一種波。白 光 的 楊 氏 干 涉 圖單色光的楊氏干涉圖各種光在真空中的波長和頻率光的顏色/ ( 10-6 m)f/ (1014 Hz)

3、紅橙黃綠藍(lán) - 靛紫0.770.620.620.600.600.580.580.490.490.450.450.403.94.84.85.05.05.25.26.16.16.76.77.52. 薄膜干涉如圖，點(diǎn)著酒精燈，在其火焰上灑一些食鹽，使酒精燈便發(fā)出黃色的火焰。把帶肥皂液薄膜的金屬圈放在酒明暗明(a)精燈旁適當(dāng)?shù)奈恢?，使眼睛恰能看到由薄膜反射而生成的黃色火焰的(b)虛像。當(dāng)肥皂薄膜下垂到一定程度，就在虛像上出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋。干涉條紋形成的原因： 豎立的肥皂薄膜在重力作用下形成了上薄下厚的楔形。當(dāng)酒精燈的火焰照射到薄膜上時(shí)，分別從膜的前表面和后表面反射的兩列光波，它們頻率相同，方向

4、一致，能產(chǎn)生干涉。在薄膜的某些地方，兩列光波反射回來時(shí)，恰是波峰和波峰疊加，波谷和波谷疊加，使光波的振動加強(qiáng)，形成亮條紋；而在另一些地方，兩列光波的波峰和波谷疊加，使光波的振動互相抵消，形成暗條紋。明暗明3. 其他干涉現(xiàn)象牛頓環(huán)激光通過雙狹縫時(shí)的干涉圖樣激光通過十字形狹縫時(shí)的干涉圖樣4. 光的干涉在技術(shù)上的應(yīng)用(1 )干涉法檢查精密部件的表面取一個(gè)透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個(gè)楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋，如圖所示。單色光標(biāo)準(zhǔn)樣板薄片被檢測平面如果被檢表面是

5、平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的,如圖（b）所示；如果觀察到的干涉條紋如圖（ c）所示，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。單色光標(biāo)準(zhǔn)樣板薄片被檢測平面(a) (b) (c) 二、光的衍射二、光的衍射衍射現(xiàn)象也是波動的主要特征之一。光具有波動性，在一定的條件下，我們可以觀察到光的衍射現(xiàn)象。當(dāng)縫較寬時(shí)，光沿直線傳播，在屏上得到邊緣較清晰的明條紋。當(dāng)縫寬縮小時(shí)，明條紋隨之變窄。當(dāng)縫寬縮小至1.010-4m以下時(shí), 光通過狹縫后明顯偏離了直線方向，但其邊緣模糊，由明區(qū)逐漸過渡到暗區(qū)。在其兩側(cè)，對稱地出現(xiàn)一了系列明暗相間的條紋。

6、這種光波偏離了直線路徑，繞過障礙物的現(xiàn)象叫做光的衍射。衍射光柵小孔衍射圖三、光的偏振三、光的偏振光的干涉和衍射現(xiàn)象證實(shí)了光是一種波，而波有縱波和橫波之分，那么光波究竟是橫波還是縱波呢？偏振化方向ABAB由上圖可知，橫波可以順利穿過跟振動方向平行的縫AB，但若把縫轉(zhuǎn)過 90角，橫波就不能再通過，而對縱波來說，不論怎樣轉(zhuǎn)動狹縫，縱波都能通過。由此可見，橫波對于傳播方向來說具有不對稱性，這種特性稱為 橫波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。偏振是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)重要標(biāo)志。上述現(xiàn)象表明，光發(fā)生了偏振，從而證明光是橫波。偏振光的應(yīng)用夜間駕車容易被迎面來車的前燈射花眼。如果在每輛汽車的車燈和司機(jī)座位前車窗上

7、各安裝一塊偏振片，就可避免對方車燈眩光的影響。拍攝水下或玻璃櫥窗內(nèi)的景物照片時(shí)，可在鏡頭上加一個(gè)偏振片，濾掉反射光，從而拍出清晰的照片。夜間駕車容易被迎面來車的前燈射花眼練練習(xí)習(xí)1. 什么是光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象？為什么說這些現(xiàn)象說明了光具有波動性？2. 被太陽光照射的肥皂泡呈現(xiàn)出彩色花紋，是由于什么引起的？3. 當(dāng)頭前加上一個(gè)偏振片？時(shí)，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。4. 用照相機(jī)拍攝櫥窗內(nèi)的物體時(shí)，為何要在照相機(jī)鏡物理學(xué)家惠更斯1678年荷蘭物理學(xué)家惠更斯向法國科學(xué)院提交了著作光論。在書中，惠更斯把光波假設(shè)為一縱波，推導(dǎo)和解釋了光的直線傳播、反射和折射定律，書中并末提到關(guān)于光譜分解為各種顏色的問題。 惠更斯的光的波動理論是研究碰撞現(xiàn)象的一個(gè)直接結(jié)果，他認(rèn)為光是一種問題沖量，他類似于球與球之間的沖量的傳遞，這一研究代表了光學(xué)研究中物理觀念和數(shù)學(xué)觀念的聯(lián)合。惠更斯物理學(xué)家托馬斯楊英國物理學(xué)家托馬斯 楊