大學(xué)物理波動光學(xué)復(fù)習(xí)重點

1、期末復(fù)習(xí)期末復(fù)習(xí)第五篇第五篇 波動光學(xué)波動光學(xué)光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振第第21章光的干涉章光的干涉一、相干光的條件一、相干光的條件:頻率相同頻率相同 振動方向相同振動方向相同 恒定的相差恒定的相差二、楊氏雙縫干涉二、楊氏雙縫干涉位相差條件位相差條件 )(21212rrmin ) 12(max 2 kk2, 1, 0 k程差條件程差條件 sin )(12d時時min 2)12(max kk2, 1, 0 k2)12( dDk坐標(biāo)條件坐標(biāo)條件 x dDk 2, 10 kminmax1明暗條件明暗條件強度分布強度分布1、明暗條件：、明暗條件：中，影響中，影響“ ”的因素的因素

2、 幾何路程幾何路程 r1 , r2介質(zhì)介質(zhì) “ n ”S1 , s2 處的位相處的位相 直接由位相反映直接由位相反映由光程反映由光程反映)sin(sinid 半波損失半波損失2 注意注意(1) sind2 (2) 動態(tài)反映動態(tài)反映（A）裝置放入介質(zhì)中裝置放入介質(zhì)中 sinnd（B）點光源不放中間點光源不放中間:（如右上圖）（如右上圖）例例1：雙縫一縫前若放一云母片，原中央明紋處被：雙縫一縫前若放一云母片，原中央明紋處被第第7級明紋占據(jù)。級明紋占據(jù)。已知：已知：解：解：58.1n 云云nm550 求：云母片厚度求：云母片厚度?l 插入云母片條紋為何會移動？插入云母片條紋為何會移動？r2r17k

3、1s2s光程差改變了。光程差改變了。0級明紋移到那里去了？級明紋移到那里去了？上面去了。上面去了。條紋級數(shù)增高一級則光程差增大幾個條紋級數(shù)增高一級則光程差增大幾個 ？ 一個一個 。 lnl 7m6 . 6m106 . 6158. 11055071n7l69 光程差改變光程差改變0k 3 例例2：中央：中央O 點為點為 k=2 級明紋級明紋求：求： 與與 之差之差 1l2l 212ll屏上條紋的位置屏上條紋的位置 sin12dllmin 2) 12(max kk零級明紋的位置零級明紋的位置0sin20 dkdDx 2dDx 2插入薄片插入薄片 e 條紋如何移動？條紋如何移動？若若O點為點為k=-

4、 3 級明紋級明紋，求求 n155 enene 3)(2ene處處0sin d 2sin)(12dll2 例例 3、將一微波探測器放于湖邊，探測器的位置在水面將一微波探測器放于湖邊，探測器的位置在水面 上方上方0.5m處處,當(dāng)一顆輻射當(dāng)一顆輻射 21cm 波長的射電星從地平線上波長的射電星從地平線上緩慢升起時緩慢升起時,探測器接收到的射電波強度將依次出現(xiàn)極大、探測器接收到的射電波強度將依次出現(xiàn)極大、極小，問當(dāng)此探測器收到第一個極大時，該射電星處于水極小，問當(dāng)此探測器收到第一個極大時，該射電星處于水平面上方什么角度平面上方什么角度？ 2oPQh解解QPOP khh22cossinsin 2)2c

5、os1(sinh2sin2sin2 h2sin2 h 2610500sin01 2、求光強的方法、求光強的方法解析法解析法振幅矢量迭加振幅矢量迭加 sin cos420dII2 3三、薄膜干涉三、薄膜干涉21nnninnd2212sin2 2, 1 , 0 2)12(, 2 , 1 kkkk21nnn 1、等傾干涉、等傾干涉2、等厚干涉、等厚干涉 22nd 0,1,2k min 21)(2k1,2,k max k nnl2sin2動態(tài)反映動態(tài)反映 動態(tài)反映：動態(tài)反映：d 等傾條紋（同心圓）等傾條紋（同心圓）外冒外冒nd2 3din上板向上平移條紋上板向上平移條紋向棱邊向棱邊移動移動,條紋變密并

6、條紋變密并向棱邊向棱邊移動移動光垂直入射時光垂直入射時 ( i = 0 )3、牛頓環(huán)、牛頓環(huán):Rrd22 rmin max 2)12( kRRk2 , 1 , 0 k模具模具例例3、（、（1）如何判）如何判 斷鏡頭太平斷鏡頭太平 或太凸？或太凸？ 輕壓一下鏡頭，輕壓一下鏡頭， 條紋會移動條紋會移動變薄，內(nèi)縮變薄，內(nèi)縮 鏡頭太平鏡頭太平(圖圖 b)。變薄，外冒變薄，外冒 鏡頭太凸鏡頭太凸 (圖圖 c )。（2）圖）圖 b、波長、波長 ，求空氣隙最大厚度，求空氣隙最大厚度數(shù)得中心點為：數(shù)得中心點為： k=3 級暗紋級暗紋4透鏡向透鏡向上平移上平移,氣氣 隙隙變厚變厚條紋條紋內(nèi)縮內(nèi)縮. 變薄，條紋外

7、冒變薄，條紋外冒動態(tài)反映動態(tài)反映23222 RkRRrd51 n51 n751 n621 621 例例4、牛頓環(huán)如圖示情況、牛頓環(huán)如圖示情況,明暗條紋如何分布明暗條紋如何分布?4、邁克耳遜干涉儀、邁克耳遜干涉儀M1 與與 M2 嚴(yán)格垂直嚴(yán)格垂直等傾干涉等傾干涉M1 與與 M2 不垂直不垂直等厚干涉等厚干涉條紋移動條紋移動 N 條，光程差改變條，光程差改變 N ，可動鏡移動，可動鏡移動2 Nd51、單縫衍射、單縫衍射2, 1 k0, 0 k討論：（討論：（1）縫上、下移動，中央明紋的位置變否？）縫上、下移動，中央明紋的位置變否？（2）縫寬增加為原來的）縫寬增加為原來的 3 倍，問倍，問 I0 及

8、及 sin 1 如何變化？如何變化？ 3aa 若若不變不變 ,3 00EE 11sin31sin ,9 00II 6一、夫瑯和費衍射一、夫瑯和費衍射強度強度第第22章光的衍射章光的衍射(無數(shù)子波干涉的結(jié)果無數(shù)子波干涉的結(jié)果)max2) 12(sin kaminsin ka中央明紋中央明紋 sin ,sin220aII2、雙縫衍射、雙縫衍射 sindmin 2) 12(max kk210 k強度強度 受單縫衍射的調(diào)制受單縫衍射的調(diào)制 22cos)sin(mII缺級缺級 kmda整數(shù)比時，整數(shù)比時，k 級明紋缺級，不止一條級明紋缺級，不止一條注意注意 d 、 a 、 、 對條紋的影響。對條紋的影響

9、。掌握課堂舉例。及掌握課堂舉例。及229、10、113、多縫（光柵）衍射、多縫（光柵）衍射7條紋特點條紋特點：主極大明亮、尖細，相鄰明紋間有寬廣的暗區(qū)：主極大明亮、尖細，相鄰明紋間有寬廣的暗區(qū)（N-1個極小，個極小，N-2個次極大）個次極大）主極大（明紋）的位置：主極大（明紋）的位置：210 sin kkdI強度強度2NI 寬度寬度N1 缺級缺級級級缺缺 kkmda 注意注意 （1）深刻領(lǐng)會深刻領(lǐng)會“光柵方程光柵方程”的意義的意義如：平行光斜入射的情況如：平行光斜入射的情況（2）最高級數(shù)：由最高級數(shù)：由 =900 求得，最后一條看不見求得，最后一條看不見（3）總條紋數(shù)（所有可見明紋），若給出縫

10、寬，注意總條紋數(shù)（所有可見明紋），若給出縫寬，注意 缺缺級級現(xiàn)象現(xiàn)象掌握課堂舉例及作業(yè)掌握課堂舉例及作業(yè)84、圓孔衍射、圓孔衍射1S2SDfR 1S2S最小分辨角最小分辨角DRR 221sin分辨率分辨率（分辨本領(lǐng)）：（分辨本領(lǐng)）：R 1 221D D問：孔徑相同的微波望遠鏡問：孔徑相同的微波望遠鏡與光學(xué)望遠鏡哪種分辨率高？與光學(xué)望遠鏡哪種分辨率高？5、x 射線衍射射線衍射(布喇格衍射布喇格衍射), 2 , 1 sin2 kkd9例例5、光柵衍射強度分布如圖、光柵衍射強度分布如圖 ， 設(shè)設(shè) 入入= 600 nm 求：求：d、 a、 N及屏上條紋數(shù)目及屏上條紋數(shù)目解：解： kdsinnmdk60

11、0010600sin11 masin缺級缺級 9 , 6 , 3 k108754210 knmam200030600sin1 106006000900 dk93623160002000 kmda4 N屏幕上出現(xiàn)的全部明紋為屏幕上出現(xiàn)的全部明紋為共共13 條條10例例6 用每毫米有用每毫米有300條刻痕的衍射光柵來檢驗僅含有屬于紅和藍條刻痕的衍射光柵來檢驗僅含有屬于紅和藍的兩種單色成分的光譜。已知的兩種單色成分的光譜。已知紅紅譜線波長譜線波長 在在 范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，藍藍譜線波長譜線波長 在在 范圍內(nèi)。當(dāng)光垂直范圍內(nèi)。當(dāng)光垂直 入射到光柵上時，發(fā)現(xiàn)在入射到光柵上時，發(fā)現(xiàn)在 角度處，紅藍兩譜線同時出

12、現(xiàn)。角度處，紅藍兩譜線同時出現(xiàn)。R m760 630 B m 49043004624 (1)在什么角度下紅藍兩譜線還會同時出現(xiàn)在什么角度下紅藍兩譜線還會同時出現(xiàn)?(2)在什么角度下只有紅譜線出現(xiàn)在什么角度下只有紅譜線出現(xiàn)?解：解：mmmd 3333001（1）根據(jù)根據(jù) kdsin km3814624sin3330對紅光對紅光,760630mR mkR 690 , 2對藍光對藍光,490430mB mkB 460 , 3紅光最大級次：令紅光最大級次：令090 484maxmax kdkR即：即：紅紅4 藍藍6 還會重合還會重合,角度為角度為0955 ,82804sin dR（2）因紅光最多只能看

13、到因紅光最多只能看到4 級級 ，且紅，且紅2，4與藍重合，故與藍重合，故 純紅光譜的純紅光譜的1、3級將出現(xiàn)級將出現(xiàn)011911,2070sin dR033438,62103sin dR11第第23章章 光的偏振光的偏振一、馬呂斯定律：一、馬呂斯定律：20自自II 20cosII二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律0012090 inntgi12三、雙折射三、雙折射 oe 光軸光軸例例6、用惠更斯原理作出雙折射光路圖、用惠更斯原理作出雙折射光路圖)0()(e)()()0()0(0sinsinsinsineeeninnin )()0(0 eenn 13o光，振動方向垂直于主平面光，振動方向垂直于主平

14、面e光，振動方向平行于主平面光，振動方向平行于主平面四、橢圓偏振光、圓偏振光四、橢圓偏振光、圓偏振光 kdnne)(20線偏振光線偏振光k奇數(shù)奇數(shù)k偶數(shù)偶數(shù) 正橢圓正橢圓 圓圓其它，其它，斜橢圓斜橢圓 /4 波片波片, , /2波片：波片：自然光、線偏振光通過它后是什么光？自然光、線偏振光通過它后是什么光？( (加一偏振片后可產(chǎn)生干涉加一偏振片后可產(chǎn)生干涉) )線偏線偏振光振光經(jīng)經(jīng) /2 波片：造成波片：造成 位相差，仍是線偏振光位相差，仍是線偏振光經(jīng)經(jīng) /4 波片：造成波片：造成 /2/2 位相差，是橢圓偏振光位相差，是橢圓偏振光自然光自然光經(jīng)經(jīng) /2 波片：還是自然光波片：還是自然光經(jīng)經(jīng)

15、/4 波片：還是自然光波片：還是自然光14045 2)12( k kdnne)(20例例7、用一塊偏振片和一塊、用一塊偏振片和一塊 /4 波片去鑒別：自然光、波片去鑒別：自然光、 部分偏振光、線偏振光、圓偏振光與橢圓偏振光部分偏振光、線偏振光、圓偏振光與橢圓偏振光（1）先用一偏振片，光通過轉(zhuǎn)動的偏振片后）先用一偏振片，光通過轉(zhuǎn)動的偏振片后為為部分偏振光部分偏振光或或橢圓偏振光橢圓偏振光（無消光）（無消光）（2）再用）再用 /4 波片及偏振片，進一步波片及偏振片，進一步鑒別鑒別：自然光自然光圓偏振光圓偏振光2)12( k22)12( k k光強不變光強不變22)12( k k光強變，無消光光強變

16、，無消光部分偏振光部分偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光光強變，有消光光強變，有消光光強變，有消光光強變，有消光2)12( k為為自然光自然光或或圓偏振光圓偏振光光強不變光強不變光強改變光強改變15注意：（注意：（1）自然光與部分偏振光中兩垂直成分無恒定相自然光與部分偏振光中兩垂直成分無恒定相位差、而圓和橢圓偏振光中兩垂直成分有恒定相位差。位差、而圓和橢圓偏振光中兩垂直成分有恒定相位差。（2）圓與橢圓偏振光（長軸或短軸平行于四分之一波片圓與橢圓偏振光（長軸或短軸平行于四分之一波片的光軸時）經(jīng)四分之一波片后，的光軸時）經(jīng)四分之一波片后， 兩垂直成分位相差改變兩垂直成分位相差改變 2)12(kk例例8、楊

17、氏雙縫干涉實驗中，加三個偏振片，偏振化方向、楊氏雙縫干涉實驗中，加三個偏振片，偏振化方向為為P2 P1， P0 與與 P2 、 P1 成成 450討論討論（1）屏上有無干涉條紋？屏上有無干涉條紋？0P1P2P0E1E2E045屏上無干涉條紋屏上無干涉條紋（2）屏上各處偏振態(tài)如何？屏上各處偏振態(tài)如何？ sin2dk 時，原明、暗紋處為時，原明、暗紋處為線偏振光線偏振光(2k+1) /2時，為時，為圓偏振光圓偏振光其他值時，為其他值時，為橢圓偏振光橢圓偏振光160P1P2Ps無條紋無條紋(5)若去掉所有的偏振片若去掉所有的偏振片,屏上有無條紋屏上有無條紋?有條紋有條紋（3）屏前加偏振片屏前加偏振片 P3 ，且偏振化方向，且偏振化方向 P3 / P0 屏上有屏上有無條紋？無條紋？有條紋，條紋位置與原來同。有條紋，條紋位置與原來同。161P1E3P0P2P2E0P1P2P3P(4)若去掉若去掉 P0 , 屏上有無條紋屏上有無條紋?例例9、讓入射的平面偏振光依次通過偏振片、讓入射的平面偏振光依次通過偏振片 P1 和和 P2 ， P1 和和 P2 的偏振化方向與原入射光光矢量振動方向的夾的偏振化方向與原入