上課用光的干涉

1、光的干涉及實(shí)驗(yàn) 微粒說與波動(dòng)說之爭 牛頓的微粒說：牛頓的微粒說： 光是由光源發(fā)出的微粒流。光是由光源發(fā)出的微粒流?；莞沟牟▌?dòng)說：惠更斯的波動(dòng)說： 光是一種波動(dòng)。光是一種波動(dòng)。光到底是什么？17世紀(jì)明確形成了兩大對立學(xué)說牛頓牛頓惠更斯惠更斯微粒說微粒說波動(dòng)說波動(dòng)說19世紀(jì)初證明了波動(dòng)說的正確性由于波動(dòng)說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng)19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說：光具有粒子性這里的光子完全不同于牛頓所說的“微?！惫獾碾姶疟拘?801年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家托馬斯托馬斯楊楊（T. Young，1773-1829）首先利用首先利用雙縫實(shí)驗(yàn)觀察到了

2、光的干涉條紋，雙縫實(shí)驗(yàn)觀察到了光的干涉條紋，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光的波動(dòng)性。從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光的波動(dòng)性。 1865年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家麥克斯韋麥克斯韋從從他的電磁場理論預(yù)言了電磁波的存他的電磁場理論預(yù)言了電磁波的存在，并認(rèn)為光就是一種電磁波。在，并認(rèn)為光就是一種電磁波。光學(xué)的發(fā)展簡介：光學(xué)的發(fā)展簡介：量子光學(xué)時(shí)期量子光學(xué)時(shí)期 19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，光的電磁理論主要困難是不能解釋光和物質(zhì)相互作用的某些現(xiàn)象，例如，熾熱黑體輻射中能量按波長分布的問題，特別是1887年赫茲發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)。 1900年，普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。他認(rèn)為各種頻率的電磁波，包

3、括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子。 1905年，愛因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效應(yīng)。他給光子作了十分明確的表示，特別指出光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光也是以光子為最小單位進(jìn)行的。 一、光的干涉一、光的干涉 肥皂泡或光碟表面上的肥皂泡或光碟表面上的彩色花紋，都是光的波彩色花紋，都是光的波動(dòng)特性所引發(fā)的一種現(xiàn)動(dòng)特性所引發(fā)的一種現(xiàn)象。象。波動(dòng)光學(xué)：波動(dòng)光學(xué)：以光的波動(dòng)特性為基礎(chǔ)，研究光的傳播以光的波動(dòng)特性為基礎(chǔ)，研究光的傳播及其規(guī)律的學(xué)科。及其規(guī)律的學(xué)科。 一、雙縫干涉雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波單色激光束單色激光束屏屏等間距等間距雙縫干涉圖樣雙縫干涉圖樣圖樣有何

4、特征？圖樣有何特征？S1S2雙縫雙縫中央亮條紋中央亮條紋明暗相間明暗相間中中間間亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋亮條紋亮條紋亮條紋亮條紋探究：探究： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件出現(xiàn)明暗相間條紋的條件S1S2光程差：光程差：出現(xiàn)亮條紋的條件出現(xiàn)亮條紋的條件22nr（ n=0，1，2，3）暗條紋暗條紋 /2探究：探究： 出現(xiàn)暗條紋的條件出現(xiàn)暗條紋的條件S1S2光程差：光程差：出現(xiàn)暗條紋的條件出現(xiàn)暗條紋的條件2) 12(nr（ n

5、=0，1，2，3）亮條紋亮條紋暗條紋暗條紋小結(jié)：出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件小結(jié)：出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件22nr212nr（ n=0，1，2，3）（ n=0，1，2，3）白光的干涉圖樣為什么會(huì)是這樣的呢？dlx 條紋間距x、縫寬d和縫屏距離L的關(guān)系：P85發(fā)展空間rrrrrrrdxdxLdxLrrdxLrdxLr)(2)2()2()2(,)2(121221222222212222222221xLdrLrrxLdL即：所以有且2,21dLxrxkkr即：對應(yīng)的相鄰兩亮條紋間距時(shí)，出現(xiàn)亮條紋，取.)321(dLxrxkkr即：對應(yīng)的相鄰兩暗條紋間距時(shí)，出現(xiàn)暗條紋，取.)321(212一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?/p>

6、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察單色光的干涉圖樣，測定單色光的波長觀察單色光的干涉圖樣，測定單色光的波長二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 雙縫干涉條紋間距公式雙縫干涉條紋間距公式x三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 雙縫干涉儀雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻、學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺度尺三、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長三、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長四、實(shí)驗(yàn)操作四、實(shí)驗(yàn)操作1實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟(1)觀察雙縫干涉圖樣觀察雙縫干涉圖樣將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示將光源、遮光筒、毛玻璃屏

7、依次安放在光具座上，如圖所示接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行，二者間距為幾個(gè)厘米，這時(shí)，可觀察到白光的干涉條紋平行，二者間距為幾個(gè)厘米，這時(shí)，可觀察到白光的干涉條紋在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋(2)測定單色光的波長測定單色光的波長 安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋安裝測量頭

8、，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋 使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)讀數(shù)a1，將該條紋記為第，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至第刻線移動(dòng)至第n條亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)條亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2. 用刻度尺測量雙縫到光屏間距離用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l(d是已知的是已知的) 重復(fù)測量、計(jì)算，求出波長的平均值重復(fù)測量、計(jì)算，求出波長的平均值 換用不同的濾光片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)換用不同的濾光片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)因?yàn)?，由結(jié)論可知：各種色光的波長不相同，由不同的色光作光源

9、，在雙縫寬度和縫、屏寬度相同的情況下，形成的干涉圖樣的條紋間距是各不相同的，紅光的條紋間距最寬，紫光的最窄。dlx 條紋間距x、縫寬d和縫屏距離L的關(guān)系：Id)若為白光入射，條紋兩側(cè)若為白光入射，條紋兩側(cè) 出現(xiàn)彩色條紋出現(xiàn)彩色條紋,干涉級(jí)高的干涉級(jí)高的條紋重疊。條紋重疊。S1S2dDXOPx-1級(jí)暗紋級(jí)暗紋2級(jí)暗紋級(jí)暗紋1級(jí)暗紋級(jí)暗紋-2級(jí)暗紋級(jí)暗紋1級(jí)明紋級(jí)明紋0級(jí)明紋級(jí)明紋-1級(jí)明紋級(jí)明紋2級(jí)明紋級(jí)明紋-2級(jí)明紋級(jí)明紋C1r2rr 一定時(shí)，一定時(shí)， 若若 變化，變化， 則則 將怎樣變化？將怎樣變化？d D、x1） ，d d 不變不變, ,波長增大，條紋變稀疏。反之，條紋變稠密。波長增大，條

10、紋變稀疏。反之，條紋變稠密。D三、討論（影響干涉條紋的幾個(gè)主要因素）三、討論（影響干涉條紋的幾個(gè)主要因素）2022-5-4262） 一定時(shí)，條紋間距一定時(shí)，條紋間距 與與 的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？xdD、 ,D ,D不變，增大雙縫間距不變，增大雙縫間距(d)(d)，中央條紋明紋中心位置不變，中央條紋明紋中心位置不變，其它各級(jí)條紋相應(yīng)向中央明紋靠近，條紋變密。反之，條紋變其它各級(jí)條紋相應(yīng)向中央明紋靠近，條紋變密。反之，條紋變稀疏。稀疏。 2022-5-427 4) 4) 改變光改變光源源S位置，當(dāng)位置，當(dāng)S上上移移時(shí)，干涉條紋整體向時(shí)，干涉條紋整體向下下平移，條紋間距不變；平移，條紋間距不變； S下移下移時(shí)，零級(jí)明紋上移，干時(shí)，零級(jí)明紋上移，干涉條紋整體向涉條紋整體向上上平移；平移； 3)3)d d和和 不變不變, ,雙縫與屏幕間距雙縫與屏幕間距 減小，減小