第十三章光的波動(dòng)性

1、1.粒子學(xué)說(shuō)粒子學(xué)說(shuō)2.波動(dòng)學(xué)說(shuō)波動(dòng)學(xué)說(shuō)如何求證？如何求證？波動(dòng)的特性：相干性波動(dòng)的特性：相干性 兩列波相遇，在相遇區(qū)域，有些位置振動(dòng)始終兩列波相遇，在相遇區(qū)域，有些位置振動(dòng)始終加強(qiáng)，有些位置振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象。加強(qiáng)，有些位置振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象。 回顧：波的干涉：回顧：波的干涉：什么波能產(chǎn)生干涉呢？什么波能產(chǎn)生干涉呢？頻率、頻率、 振動(dòng)方向相同，位相差恒定振動(dòng)方向相同，位相差恒定相干條件相干條件第十三章第十三章13.1 13.1 光的干涉光的干涉干涉：干涉：1.光的干涉現(xiàn)象光的干涉現(xiàn)象 有些區(qū)域振動(dòng)始終加強(qiáng)，有些區(qū)域振動(dòng)始終減有些區(qū)域振動(dòng)始終加強(qiáng)，有些區(qū)域振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象。弱的現(xiàn)象。 明暗相

2、間的條紋明暗相間的條紋2.相干條件相干條件: 頻率、頻率、 振動(dòng)方向相同，位相差恒定振動(dòng)方向相同，位相差恒定3. 3.獲取：獲?。?發(fā)光的微觀解釋發(fā)光的微觀解釋: :光波：列狀，長(zhǎng)度光波：列狀，長(zhǎng)度 獲取方法：分波陣面、分振幅。獲取方法：分波陣面、分振幅。13.2 13.2 分波陣面干涉分波陣面干涉一一.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1.裝置與圖像裝置與圖像是干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的嗎？是干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的嗎？2. 2.明暗條件明暗條件 見(jiàn)圖：見(jiàn)圖：xr1r2E1= E cos（t1+） E2 = E cos（t2+） E = E1 + E2當(dāng)位相差當(dāng)位相差=（t2 +）（t1 +） = （t2 - t1

3、） =2（r2 - r1）/ c = 2/（r2 r1）=2k k= 0，1,2,3, (2k+1) k= 0 , 1,2,3, E 為最大與最小，上式稱(chēng)為干涉的明暗條件。為最大與最小，上式稱(chēng)為干涉的明暗條件。x明暗條件：明暗條件： 2) 12(k雙縫間距為雙縫間距為2a，縫與屏距離為，縫與屏距離為D，干涉位置為，干涉位置為x，2aD則有則有r = 2a sinr2a Dsinx/D明紋位置：明紋位置：kaDx2暗紋位置暗紋位置：2) 12(2kaDxxDar2r = k與哪些因素有關(guān)與哪些因素有關(guān)三三. .討論討論xaDxxxkk21k = 0k = 1k = -1k = 2k = -2k

4、= 0k = 0k = 1k = -1k = 2k = -23. k 3. k 的意義：干涉級(jí)次，規(guī)定：暗紋，的意義：干涉級(jí)次，規(guī)定：暗紋，k = 0 = 0 為為第一級(jí)。第一級(jí)。4. 4.應(yīng)用：求應(yīng)用：求。由。由x可求可求。1.條紋形狀：以中央明條紋形狀：以中央明紋（紋（x = 0）為對(duì)稱(chēng)，）為對(duì)稱(chēng)，明暗相間、等寬度的明暗相間、等寬度的直條紋。直條紋。2.解釋解釋直條紋、等寬度。直條紋、等寬度。條紋寬度的定義：條紋寬度的定義：四四.光程光程定義：定義： 光在折射率為光在折射率為n的介質(zhì)中傳播，傳播幾何路的介質(zhì)中傳播，傳播幾何路程為程為r，則，則 = = nr 稱(chēng)為光程。稱(chēng)為光程。實(shí)質(zhì)是將光在

5、介質(zhì)中的路程折合到真空。實(shí)質(zhì)是將光在介質(zhì)中的路程折合到真空。例：在楊氏雙縫的某一例：在楊氏雙縫的某一條光路上加一介質(zhì)片，條光路上加一介質(zhì)片，如圖：如圖： er2則則S2的光程為：的光程為： r2 + (n1) e五五. .洛埃鏡洛埃鏡1. 1.裝置裝置 見(jiàn)圖見(jiàn)圖平面反射鏡平面反射鏡干涉條紋的情況？干涉條紋的情況？2. 2.半波損失：將屏幕移向平面鏡，半波損失：將屏幕移向平面鏡， 在在O點(diǎn)為暗條紋。點(diǎn)為暗條紋。O說(shuō)明什么？說(shuō)明什么？反射時(shí)振動(dòng)方向出現(xiàn)突變，位相變化反射時(shí)振動(dòng)方向出現(xiàn)突變，位相變化，相當(dāng)于多，相當(dāng)于多走半個(gè)波長(zhǎng)。稱(chēng)為反射時(shí)的半波損失。走半個(gè)波長(zhǎng)。稱(chēng)為反射時(shí)的半波損失。何時(shí)出現(xiàn)半波損

6、失？何時(shí)出現(xiàn)半波損失？ 光疏到光密反射光疏到光密反射. .13.3 13.3 分振幅干涉分振幅干涉一一. 薄膜的等傾干涉薄膜的等傾干涉1.裝置裝置平行平面薄膜平行平面薄膜n2e相干光相干光2.光程差光程差幾何路程的光程差：幾何路程的光程差：iABCDADnABn122coseAB sintg2sin2sin2111neieniACnADntg折射角折射角cos2cossin2cos22222eneneninneenen22122222sin2sin12cos2總光程差：考慮反射總光程差：考慮反射)2(sin2)2(22122inne3. 3.干涉圖象干涉圖象明暗條件：明暗條件：2) 12(k注

7、意注意k的取值。的取值。干涉明暗與級(jí)次由何決定？干涉明暗與級(jí)次由何決定？由入射角由入射角i決定，同一傾角的光線為同一干涉級(jí)次，決定，同一傾角的光線為同一干涉級(jí)次，因而稱(chēng)等傾干涉。因而稱(chēng)等傾干涉。圖象：明暗相間的同心圓環(huán)，間距不等。圖象：明暗相間的同心圓環(huán)，間距不等。k何時(shí)考慮？何時(shí)考慮？等傾干涉條紋 圖象：與反射光互補(bǔ)，明暗條件相反。圖象：與反射光互補(bǔ)，明暗條件相反。即：反射極大即：反射極大透射極小透射極小 反射極小反射極小透射極大透射極大例題例題1. 1.一平行平面肥皂膜，折射率為一平行平面肥皂膜，折射率為1.331.33，厚度為，厚度為0.320.32微米，如用白光垂直照射，觀察反射光，問(wèn)

8、微米，如用白光垂直照射，觀察反射光，問(wèn)肥皂膜成什么顏色？肥皂膜成什么顏色？解：解： 光程差光程差=？有無(wú)有無(wú)/22sinn222122ine i = 0 n1=1222en透射光干涉：從能量角度討論透射光干涉：從能量角度討論 反射增強(qiáng)，所以有：反射增強(qiáng)，所以有：k2122kenmk70. 11mk557. 02mk341. 03呈現(xiàn)黃綠色。2)12(2121ken21222222）（：，ken571212，將上式聯(lián)立得kk512712,kk23,kk2. 2.例題折射率例題折射率n n2 2=1.3=1.3的油膜覆蓋在的油膜覆蓋在n n3 3=1.5=1.5的玻璃上，的玻璃上，現(xiàn)有一波長(zhǎng)可以連

9、續(xù)調(diào)節(jié)的光垂直照射到薄膜上，現(xiàn)有一波長(zhǎng)可以連續(xù)調(diào)節(jié)的光垂直照射到薄膜上，觀察到觀察到 1 1=5x10=5x10-4 -4 mm mm和和 2 2=7x10=7x10-4 -4mmmm這兩波長(zhǎng)的光在這兩波長(zhǎng)的光在反射中消失，求膜的厚度。反射中消失，求膜的厚度。：1mme441073. 63 . 141075例題例題3. 3.在光學(xué)儀器透鏡表面涂有一層介質(zhì)膜，求使在光學(xué)儀器透鏡表面涂有一層介質(zhì)膜，求使55005500埃的入射光透射最強(qiáng)時(shí)，膜的最小厚度。埃的入射光透射最強(qiáng)時(shí)，膜的最小厚度。解：見(jiàn)圖：解：見(jiàn)圖：透射強(qiáng)則反射弱，所以透射強(qiáng)則反射弱，所以有：有：2) 12(k而而= ？ 2ennke4)

10、 12(最小厚度，k = 00100033. 1455004Ane增反膜非平行膜等厚干涉22ne，321k， 3210k）（212kneknkek2k2) 12(k1.光程差光程差2.明暗位置明暗位置第第k級(jí)明紋的厚度級(jí)明紋的厚度第第k級(jí)暗紋的厚度級(jí)暗紋的厚度如何表示？如何表示？劈尖干涉劈尖干涉3. 3.干涉圖象：干涉圖象：e相同則相同則k相同（稱(chēng)為等厚干涉）相同（稱(chēng)為等厚干涉）條紋寬度：條紋寬度：ke1ke等寬度等寬度lnLLh2sinlsin1kkeelsin2n4.應(yīng)用應(yīng)用測(cè)量微小線度測(cè)量微小線度)21(2kek2kek222)(eRrRReer222Rer2222en 牛頓環(huán)牛頓環(huán)空氣

11、中垂直入射空氣中垂直入射光程差：光程差：明暗位置：明暗位置：明紋明紋暗紋暗紋條紋形狀為圓環(huán)，用半徑表示位置：條紋形狀為圓環(huán)，用半徑表示位置：2)12(RkRkkr明紋, 3 , 2 , 1k暗紋, 3 , 2 , 1 , 0k應(yīng)用：求平凸透鏡的曲率半徑求光波波長(zhǎng)檢查光學(xué)平面 4. 4.麥克爾遜干涉儀麥克爾遜干涉儀例:折射率為1.4的劈尖在某單色光的垂直照射下，明lnknek22) 1(221knek)(21kkeenneekk21neelkk2sin1radnl4102sin紋間距為0.25cm，已知波長(zhǎng)為700nm，求劈尖頂角。2. 2.透鏡對(duì)光程的影響透鏡對(duì)光程的影響ssMN光源光源 s 發(fā)出的發(fā)出的波陣面如圖。波陣面如圖。取兩條光線取兩條光線ABsMNs 與與sABs實(shí)驗(yàn)證明，其幾實(shí)驗(yàn)證明，其幾何路程不等，何路程不等， 光程相等。透鏡只改變光線方向，光程相等。透鏡只改變光線方向，而不改變光程。即對(duì)過(guò)透鏡的各光線不產(chǎn)生附加的而不改變光程。即對(duì)過(guò)透鏡的各光線不產(chǎn)生附加的光程差。光程差。三三. .討論討論1. 1.條紋寬度：條紋寬度：如何定義？如何定義？xaDxxxkk212. 2. 條紋形狀：以中央明紋（條紋形狀：以中央明紋（x = 0= 0）為對(duì)稱(chēng)