第四篇光學(xué)精品課件

1、第四篇光學(xué)第1頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二2X0 x令第八章 振動(dòng)與波動(dòng)彈簧振子：一、簡(jiǎn)諧振動(dòng)第2頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二3單擺：（1）細(xì)線質(zhì)量不計(jì)（2）阻力不計(jì)mgT第3頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二4 特征量速 度加速度位 移振動(dòng)方程vtxa解 可得第4頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二5（1）振幅 A：（2）周期、頻率：（3）相位、初相： 初相位相位當(dāng)t=0時(shí)第5頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二6例：已知A=0.12m，T=2s。當(dāng)t=0時(shí)，x0=0.06m

2、，此時(shí)， 質(zhì)點(diǎn)沿x軸正向運(yùn)動(dòng)。求： 1）諧振動(dòng)方程 2）當(dāng)t=2s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位置、速度、加速度 3）由初始時(shí)刻到x=-0.06m處所需的最短時(shí)間。解： 1）因T=2s。于是將已知條件代入運(yùn)動(dòng)方程得即考慮到t=0時(shí)于是運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為第6頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二7x=0.104m， v=-0.189m/s， a=-1.03m/s23）當(dāng)x=-0.06m時(shí)，由可得由題意，質(zhì)點(diǎn)沿x負(fù)方向運(yùn)動(dòng)到x=-0.06m所需時(shí)間最短，即注：在涉及到相位、初相問(wèn)題時(shí)，因?yàn)樵陂g有兩個(gè)初相角滿足運(yùn)動(dòng)方程。所以，常常借助速度、加速度方程來(lái)確定初相 2）當(dāng)t=0.5s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位置、速度、加速

3、度第7頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二8 旋轉(zhuǎn)矢量表示法2、簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成第8頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二9 兩同方向同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成分振動(dòng) :x1=A1cos( t+ 1)x2=A2cos( t+ 2)合振動(dòng) : x = x1+ x2 x =A cos( t+ )其中X第9頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二10以彈簧振子為例3、簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量第10頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二11第11頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二12二、 機(jī)械波1、機(jī)械波的產(chǎn)生、描述 產(chǎn)生條

4、件：彈性媒質(zhì)：承擔(dān)傳播振動(dòng)狀態(tài)的物質(zhì)波源：引起機(jī)械振動(dòng)的物體橫波：媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波傳播方向相互垂直的波縱波：媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波傳播方向相互平行的波 分類：動(dòng)畫動(dòng)畫第12頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二13 描述波動(dòng)的基本量波長(zhǎng) 周期 波速 波源定媒質(zhì)定第13頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二14 波的幾何描述波面：同位相各點(diǎn)所組成面（位相差為零）波前：離波源最遠(yuǎn)即最前方的波面波線：表明波傳播方向的線SS1S2球面波：波前為球面平面波：波前為平面第14頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二152、簡(jiǎn)諧波 簡(jiǎn)諧波函數(shù)第15頁(yè)

5、，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二16（1） 一定時(shí)，（2） 一定時(shí)，振動(dòng)曲線波形曲線討論第16頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二17（3）當(dāng) ， 都變，方程表示不同時(shí)刻的波形， 即波形的傳播。第17頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二18例：有一個(gè)沿X軸正方向傳播的平面波，波速=1m/s，波長(zhǎng)=0.04m，振幅A=0.03m。若以坐標(biāo)原點(diǎn)O處的質(zhì)點(diǎn)恰在平衡位置且向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，試求：（1）此平面波的波動(dòng)方程；（2）距原點(diǎn)=0.05m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程和該點(diǎn)的初相位；（3）在t=3s時(shí)，距原點(diǎn)=0.045m處的質(zhì)點(diǎn)的位移和速度

6、。 解：根據(jù)題意得到： （1） （2）x=0.05m時(shí)， 第18頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二193、波動(dòng)所遵從的基本原理 惠更斯原理: 波傳播時(shí)，任一波陣面上的每一點(diǎn)都可以看作發(fā)射子波的點(diǎn)波源，以后任意時(shí)刻，這些子波的包跡就是該時(shí)刻的波陣面。球面波平面波第19頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二20 每列波傳播時(shí)，不會(huì)因與其它波相遇而改變自己原有的特性(傳播方向、振動(dòng)方向、頻率、波長(zhǎng)等）。 疊加原理: 在幾列波相遇的區(qū)域中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波單獨(dú)傳播 時(shí)在該點(diǎn)引起的振動(dòng)的合成。 波傳播的獨(dú)立性：第20頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3

7、分，星期二21 衍射：波能繞過(guò)障礙物的邊緣繼續(xù)前進(jìn)的現(xiàn)象4、波的干涉與衍射第21頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二22 干涉振動(dòng)方向相同、頻率相同、位相差恒定 相干波條件合振動(dòng)形成穩(wěn)定的分布第22頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二23 干涉加強(qiáng)、減弱條件點(diǎn)合振動(dòng)為兩同方向同頻率諧振動(dòng)合成其中兩波在p點(diǎn)分振動(dòng)位相差點(diǎn)點(diǎn)第23頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二24加強(qiáng)減弱若即兩波源同位相，則波程差加強(qiáng)（相長(zhǎng)、極大）減弱（相消、極?。┘訌?qiáng)減弱直線加強(qiáng)雙曲線雙曲線討論第24頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二25第九

8、章 波動(dòng)光學(xué)1、光干涉的描述當(dāng)：一、光的干涉第25頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二26光程差：第26頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二27 = (E2-E1)/hE1E2能級(jí)躍遷輻射波列波列長(zhǎng)L = c普通光源：自發(fā)輻射2、分波振面干涉 發(fā)光機(jī)理激光光源：受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2第27頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二28(T.Young) 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)第28頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二29零級(jí)明紋X（光強(qiáng)極大位置） （光強(qiáng)極小位置）光強(qiáng)極大光強(qiáng)極小第29頁(yè)，共65頁(yè)，2022年

9、，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二30光波單色性愈好，相干長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，時(shí)間相干性愈好。補(bǔ)充：第30頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二31例：用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆蓋在雙縫實(shí)驗(yàn)中的一條縫上，這時(shí)屏上的第七級(jí)亮條紋移到原來(lái)的零級(jí)亮條紋的位置上。如果入射光波長(zhǎng)為 550 nm 解：設(shè)云母片厚度為 d 。無(wú)云母片時(shí)，零級(jí)亮紋在屏上 P 點(diǎn)，則到達(dá) P 點(diǎn)的兩束光的光程差為零。加上云母片后，到達(dá)P點(diǎn)的兩光束的光程差為當(dāng) P 點(diǎn)為第七級(jí)明紋位置時(shí) 求 此云母片的厚度是多少？第31頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二32勞埃德鏡PML第32頁(yè)，共65

10、頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二333、分振幅法干涉等厚干涉亮紋暗紋 光程差第33頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二34明紋暗紋 條紋間距劈尖形成的條紋等間距條紋動(dòng)畫第34頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二35 應(yīng)用第35頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二36 牛頓環(huán)erR平晶平凸透鏡暗環(huán) o.S分束鏡M顯微鏡o 牛頓環(huán)裝置簡(jiǎn)圖平凸透鏡平晶光程差：亮紋暗紋動(dòng)畫K級(jí)暗紋的半徑第36頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二37二、光 的 衍 射1、現(xiàn)象、分類、原理:衍射屏觀察屏光源第37頁(yè)，共65頁(yè)，2

11、022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二38circular holenarrow slitSquare hole第38頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二39菲涅耳衍射有限遠(yuǎn)夫朗和費(fèi)衍射無(wú)限遠(yuǎn) 惠更斯菲涅爾原理 衍射現(xiàn)象實(shí)為無(wú)限多個(gè)無(wú)限小的子波的干涉效應(yīng)。第39頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二402、 單縫夫朗和費(fèi)衍射第40頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二41用半波帶法中央明紋（中央極大）P 處為第一暗紋。BA暗紋（縫被分成偶數(shù)個(gè)半波帶）亮紋（縫被分成奇數(shù)個(gè)半波帶）第41頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期

12、二42BAK級(jí)暗紋所在位置 中央明紋暗紋（極小）（縫被分成偶數(shù)個(gè)半波帶）明紋（極大）（縫被分成奇數(shù)個(gè)半波帶）第42頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二43中央明紋線寬度討論中央明紋角寬度當(dāng)波長(zhǎng)變化時(shí)，條紋的變化當(dāng)縫寬變化時(shí)，條紋的變化第43頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二44孔徑為D衍射屏中央亮斑(愛(ài)里斑)相對(duì)光強(qiáng)曲線艾里斑的半角寬度為3、夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射艾里斑的半徑為第44頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二45可分辨剛可分辨不可分辨 瑞利判據(jù)第45頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二46眼睛的最小分辨角為解

13、:設(shè)人離車的距離為 S 時(shí)，恰能分辨這兩盞燈。例:在迎面駛來(lái)的汽車上，兩盞前燈相距120 cm ，設(shè)夜間人眼瞳孔直徑為5.0 mm ，入射光波為 550 nm。求人在離汽車多遠(yuǎn)的地方，眼睛恰能分辨這兩盞燈？由題意有d =120 cmS觀察者第46頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二474、光柵 基本結(jié)構(gòu)d反射光柵d透射光柵a是透光（或反光）部分的寬度d=a+b 光柵常數(shù)b 是不透光(或不反光)部分的寬度第47頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二48 光柵光譜 多光束干涉oP焦距 f縫平面G觀察屏透鏡L dsind光柵方程明紋0/d-(/d)-2(/d)2

14、/dII0sin光強(qiáng)曲線 單縫衍射暗紋 缺級(jí)第48頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二490I-2-112單縫衍射光強(qiáng)(asin)/lK(a)(dsin)/l04-8-48多縫干涉光強(qiáng) k=(b)IN2I0單048-4-8dsin(l/d)單縫衍射 輪廓線光柵衍射光強(qiáng)曲線k=(dsin)/l(c)第49頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二50解：例. 設(shè)計(jì)一光柵，要求把第一級(jí)可見(jiàn)光譜擴(kuò)展到 角范圍，第二級(jí)光譜缺級(jí)，試確定 、 之值？已知可見(jiàn)光波長(zhǎng)第50頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二51光 的 偏 振1、光的偏振態(tài)及其分類 自然光

15、傳播方向表示法：第51頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二52 線偏振光E播傳方向振動(dòng)面面對(duì)光的傳播方向分解:EEyEx yx表示法：第52頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二53 部分偏振光表示：第53頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二54右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光 y yx z傳播方向 /2x某時(shí)刻右旋圓偏振光E隨z的變化E 0 圓偏振光,橢圓偏振光第54頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二552、偏振光的產(chǎn)生與檢驗(yàn) 使用起偏器起偏器檢偏器偏振化方向馬呂斯定律第55頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)

16、3分，星期二56 利用光的反射和折射第56頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二57利用玻璃片堆從透射光可獲得較強(qiáng)線偏振光第57頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二583、雙折射 現(xiàn)象玻璃自然光自然光 本質(zhì)晶體的各向異性第58頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二59 重要概念 光軸AB光軸102 主平面e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面第59頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二60 晶體偏振器件方解石方解石加拿大樹(shù)膠光軸第60頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)3分，星期二61光光光軸光光光光光軸常數(shù)（主折射率） 主折射率 正、負(fù)晶體第61頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月2