zk波動(dòng)光學(xué)習(xí)題課課件

加課：今日晚上7點(diǎn)SX107答疑時(shí)間和地點(diǎn)第16周五下午2點(diǎn)半至5點(diǎn)半74091月7日上午9點(diǎn)，下午3點(diǎn)SD102、103、104、107

光學(xué)大作業(yè)用A4紙打印，今日交。期末考試時(shí)間：1月8日09:00-11:00地點(diǎn)：登錄教務(wù)處個(gè)人賬戶查閱。加課：今日晚上7點(diǎn)SX107光學(xué)大作業(yè)期末考試時(shí)間：1月8日一振動(dòng)與波動(dòng)二波動(dòng)光學(xué)三量子物理20分左右50分左右30左右內(nèi)容與各部分比例大約為四、附加題10分不考的內(nèi)容：熱學(xué)、偏振光干涉的計(jì)算、光電效應(yīng)、一維諧振子、激光、原子核一振動(dòng)與波動(dòng)二波動(dòng)光學(xué)三量子物理20分左右50分左大學(xué)物理問(wèn)卷調(diào)查大學(xué)物理問(wèn)卷調(diào)查物理競(jìng)賽獲獎(jiǎng)名單一等獎(jiǎng)：易啟圣二等獎(jiǎng)：秦宇皓三等獎(jiǎng)：賈昕胤、任雨喬、蘇蒙、郎寒肖物理競(jìng)賽獲獎(jiǎng)名單一等獎(jiǎng)：易啟圣(一)教學(xué)要求1.理解相干光的條件和獲得相干光的基本原理和方法.習(xí)題課

波動(dòng)光學(xué)2.掌握光程和光程差的概念及其計(jì)算方法.學(xué)會(huì)運(yùn)用光程差的概念來(lái)分析干涉、衍射現(xiàn)象的有關(guān)問(wèn)題,并會(huì)判斷有無(wú)半波損失.3.理解增透膜、增反膜的原理,了解1/2、1/4波片的作用.4.掌握楊氏雙縫干涉、平行平面膜干涉、等厚干涉、多縫干涉的條紋分布與特征,并掌握有關(guān)的計(jì)算.6.理解自然光、線偏振光的概念及偏振光的獲得方法和檢驗(yàn)方法;理解布儒斯特定律和馬呂斯定律.5.掌握單縫、光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射條紋分布規(guī)律及有關(guān)的計(jì)算,進(jìn)一步明確干涉與衍射現(xiàn)象的區(qū)別和聯(lián)系.(一)教學(xué)要求1.理解相干光的條件和獲得相干光波干涉衍射偏振三個(gè)性質(zhì)兩束光的干涉，不考慮衍射效應(yīng)五個(gè)典型實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)平行膜干涉實(shí)驗(yàn)劈尖實(shí)驗(yàn)牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)邁克爾孫干涉實(shí)驗(yàn)多束光干涉與衍射疊加效應(yīng)——光柵一束光的子波干涉效應(yīng)——光柵方程缺極條件光強(qiáng)分布圖單縫衍射暗紋公式圓孔衍射瑞利判劇偏振光的產(chǎn)生偏振光的檢驗(yàn)偏振光的分類馬呂斯定理布儒斯特定理波片知識(shí)框架光波干涉衍射偏振三個(gè)性質(zhì)兩束光的干涉，不考慮衍射效應(yīng)五個(gè)典型(二)基本概念和規(guī)律

2.光的相干條件:其中:k=0,1,2,3

1.光程、光程差:位相差:當(dāng)時(shí):（k=0,1,2…）（干涉加強(qiáng)）（干涉減弱）有反射時(shí)(二)基本概念和規(guī)律2.光的相干條件:其中:k相干光獲得:分波振面法

3.楊氏雙縫干涉條件：垂直入射雙縫(雙縫為初位相相同相干波源);同一均勻介質(zhì)中疊加.條紋中心位置:條紋中心間距:相干光獲得:分波振面法3.楊氏雙縫干涉條件：垂直

4.薄膜干涉增反膜增透膜薄膜上方反射光干涉相干加強(qiáng)

相干減弱薄膜各處厚度e相等,平行光入射,角度i為零時(shí);薄膜最小厚度相干光獲得:分振幅法4.薄膜干涉增反膜增透膜薄膜上方反射光干涉相干加薄膜各處厚度e相等，面光源照射,入射角i為0-90度*只要入射角i相同的光線都將匯聚在同一個(gè)干涉環(huán)上等傾干涉*干涉圖樣是一組明暗相間的同心圓環(huán)；*中心處干涉級(jí)最高。平行光入射且入射角度i為零，薄膜各處厚度e不相等時(shí)相同的膜厚對(duì)應(yīng)同一干涉條紋等厚干涉薄膜各處厚度e相等，面光源照射,入射角i為0-90度*只要入

a.劈尖干涉

b.牛頓環(huán)干涉

條紋間距:

明環(huán)半徑:

暗環(huán)半徑:相鄰級(jí)次薄膜厚度差：a.劈尖干涉b.牛頓環(huán)干涉條紋間距:光束2′和1′發(fā)生干涉等傾條紋等厚條紋2211半透半反膜補(bǔ)償板反射鏡反射鏡光源觀測(cè)裝置薄膜則有：若M1平移d干涉條移過(guò)N條SM2M1G1G2E若光路1中插入待測(cè)介質(zhì)M11ln相應(yīng)移過(guò)條紋數(shù)N時(shí)邁克耳遜干涉儀應(yīng)用1應(yīng)用2光束2′和1′發(fā)生干涉等傾條紋等厚條紋2211半透半反膜5.夫瑯禾費(fèi)單縫衍射中央明紋全角寬度:o=2/a第k級(jí)明紋角寬度:k=/a(半波帶法)條件：一束單色平行光垂直單縫入射線寬度條紋寬度相干光獲得:分波振面法5.夫瑯禾費(fèi)單縫衍射中央明紋全角寬度:o=26.光柵衍射相干光獲得:分波振面法條件：一束單色平行光垂直光柵入射*光柵衍射主極大的位置(光柵方程式):相鄰兩個(gè)主極大之間共有N–1條暗紋，N–2條次級(jí)明紋其中:k=0,1,2,3*缺級(jí)條件:k'=1,2,3*單縫中央明紋內(nèi)多光束干涉主極大的條數(shù)*可觀察到的主極大的最高級(jí)次:6.光柵衍射相干光獲得:分波振面法條件：一束單色平行光垂直*波長(zhǎng)及+d的第k級(jí)主明紋(主極大)相互分開的角距離*光柵的分辨本領(lǐng)7.X射線衍射布喇格公式晶面間距d，掠射角，8.光學(xué)儀器的最小分辨角:分辨本領(lǐng):*波長(zhǎng)及+d的第k級(jí)主明紋(主極大)相互分開的角距9.布儒斯特定律10.馬呂斯定律:入射光是完全偏振光,光強(qiáng)Io:布儒斯特角:i0i0

+r0=90O線偏振光入射，通過(guò)厚為d的晶片，o、e光產(chǎn)生光程差和相位差：11.波(晶)片─相位延遲片四分之一波片二分之一波片9.布儒斯特定律10.馬呂斯定律:入射光是完全偏振光,光裝置1d晶片C偏振片P2偏振化方向

單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向1).振幅關(guān)系P2P1CA1AeAoA2oA2e在P2

后，振幅為：P1、P2垂直12.偏振光的干涉2).相位關(guān)系兩束光強(qiáng)相等的線偏振相干光!干涉相消干涉相長(zhǎng)相干光獲得:分振動(dòng)面法裝置1d晶片C偏振片P2偏振化方向單色偏振片P1偏振化方(三)課堂討論題1.在楊氏雙縫干涉中,若作如下變化,屏幕上干涉條紋將如何變化?(2)將整個(gè)裝置沒入水中;

(1)將鈉黃光589.3nm換成632.8nm的氦氖激光;(3)將雙縫(S1和S2)的間距d縮小;(4)將屏幕向雙縫靠近;(5)若S1和S2兩縫的寬度不等;變寬變窄變寬變窄暗紋不黑

光強(qiáng)度的影響IImaxImin02-24-4(三)課堂討論題1.在楊氏雙縫干涉中,若作如下(6)在雙縫之一的后面放一折射率為n厚度為t的透明薄膜;明紋沿屏幕向下平移相鄰明紋中心間距:明紋間隔不變(6)在雙縫之一的后面放一折射率為n厚度為t的透明(7)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，入射光的波長(zhǎng)為，用玻璃紙遮住雙縫中的一個(gè)縫，若玻璃紙中光程比相同厚度的空氣的光程大2.5，則屏上原來(lái)明紋處(A)仍為明條紋；(B)變?yōu)榘禇l紋；(C)既非明紋也非暗紋；(D)無(wú)法確定是明紋，還是暗紋．

答:[B]屏上原來(lái)明紋處(7)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，入射光的波長(zhǎng)為，用玻璃紙遮住雙縫(9)在如圖的雙縫干涉裝置中加入偏振片P、P'、P1

、P2,其中P1、P2的偏振化方向互相垂直,P和P'的偏振化方向互相平行并且與P1、P2的偏振化方向成45o角.試問(wèn)在下列4種情形下,屏幕上有無(wú)干涉條紋出現(xiàn)(填有、無(wú)):s2S1P屏P'P2P1s

①撤掉P與P保留P1、P2

,

()條紋:②撤掉P保留P、P1、P2

,

()條紋:③撤掉P保留P、P1、P2,

()條紋:④P、P、P1、P2同時(shí)存在,()條紋:無(wú)無(wú)無(wú)有(9)在如圖的雙縫干涉裝置中加入偏振片P、P'、P如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之間，用單色平行光垂直照射，觀察到等厚干涉條紋如圖所示#1b1201023aABC可能A最大可能B最大可能B比A大，比C小從圖中無(wú)法確認(rèn)如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之間，用單色平行光垂直照射，觀察到等厚干涉條紋如圖所示。假設(shè)在滾珠A處施加一壓力，可以觀察到干涉條紋變稀疏了，則#1a1201023bA最大C最大B比A大，比C小從圖中無(wú)法確認(rèn)ABC如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在連個(gè)平玻璃板之間，用波長(zhǎng)為的單色平行光垂直照射，觀察到等厚干涉條紋如圖所示。則滾珠A、B的直徑差為：#1a1201023c/22從圖中無(wú)法確認(rèn)ABC如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在連個(gè)平玻璃板之2.利用光的干涉可以檢驗(yàn)工件的質(zhì)量,將三個(gè)直徑相近的滾珠A、B、C放在兩塊平玻璃之間,用單色()平行光垂直照射,觀察到等厚條紋如圖。(1)怎樣判斷三個(gè)滾珠哪個(gè)大?哪個(gè)??？ABCFAB

假若

假若將滾珠A、B、C其中任意兩個(gè)放在兩塊平玻璃之間2.利用光的干涉可以檢驗(yàn)工件的質(zhì)量,將三個(gè)直徑相近的滾珠ABCFABC

假若

假若若：滾珠B的直徑大小介于其它兩球間，將滾珠B放在

A、C間再次比較ABCFABC假若假若若：滾珠B的直徑大小介于其它兩球間(2)若單色光波長(zhǎng)為,試用表示它們直徑之差.(3)若2,且C恰為暗紋,試畫出干涉暗紋分布.ABCABCABC(2)若單色光波長(zhǎng)為,試用表示它們直徑之差.(3平行單色光垂直入射于單縫上，觀察夫瑯禾費(fèi)衍射．若屏上P點(diǎn)處為第二級(jí)暗紋，則單縫處波面相應(yīng)地可劃分為___個(gè)半波帶．若將單縫寬度縮小一半，P點(diǎn)處將是______級(jí)___紋．4第一

暗

若屏上第三級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)于單縫處波面可劃分為_____個(gè)半波帶，若將縫寬縮小一半，原來(lái)第三級(jí)暗紋處將是_______紋．6第一

亮

暗紋

4個(gè)半波帶

第一級(jí)暗紋3平行單色光垂直入射于單縫上，觀察夫瑯禾費(fèi)衍射．若屏上P點(diǎn)4兩偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其上時(shí)沒有光線通過(guò)．當(dāng)其中一偏振片慢慢轉(zhuǎn)180°時(shí)透射光強(qiáng)度發(fā)生的變化為：(A)光強(qiáng)單調(diào)增加．(B)光強(qiáng)先增加，后又減小至零．(C)光強(qiáng)先增加，后減小，再增加．(D)光強(qiáng)先增加后減小，再增加，再減小至零．答:[B]

4兩偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其上時(shí)沒有光線通過(guò)5一束自然光從空氣投射到玻璃表面上(空氣折射率為1)，當(dāng)折射角為30°時(shí)，反射光是完全偏振光，則此玻璃板的折射率等于多少?

i0

+r0=90O

答:若n1

=1.00(空氣)，n2(玻璃)，則：5一束自然光從空氣投射到玻璃表面上(空氣折射率為1)，當(dāng)折6.光柵的衍射條紋,是“衍射和干涉的總效果”,如何理解這一說(shuō)法?(1)光柵每一縫的衍射圖樣,在屏上是怎樣分布的?(2)缺級(jí)現(xiàn)象是怎樣造成的?(3)為什么光柵衍射條紋的強(qiáng)度,隨級(jí)次的增大而逐漸減弱?(4)光柵衍射條紋如何體現(xiàn)能量守恒的觀點(diǎn)？6.光柵的衍射條紋,是“衍射和干涉的總效果”,如#1a1202017a黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面的屏幕上可以看到衍射圖樣由三個(gè)黃色斑點(diǎn)組成，一個(gè)在衍射角為零度的方向，另外兩個(gè)分別在45°的方向。我們現(xiàn)在在黃光源上加上同樣強(qiáng)度的紅色光源，則新的衍射圖樣大致為：紅色的斑點(diǎn)在45°的方向黃色的斑點(diǎn)在在45°的方向橙色的斑點(diǎn)在0°、45°的方向橙色的斑點(diǎn)在0°，黃色的斑點(diǎn)45°，紅色的斑點(diǎn)稍微偏離的更遠(yuǎn)一點(diǎn)橙色的斑點(diǎn)在0°，黃色的斑點(diǎn)45°，紅色的斑點(diǎn)稍微更靠近一些以上都不對(duì)#1a1202017a黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面#1b1202017b黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面的屏幕上可以看到衍射圖樣由5個(gè)黃色斑點(diǎn)組成，分別在0°、15°和30°的方向。我們現(xiàn)在在黃光源上加上同樣強(qiáng)度的紅色光源，以下哪個(gè)描述是正確的：大約15°方向上黃、紅點(diǎn)的距離較大大約30°方向的黃、紅點(diǎn)的距離較大明紋的級(jí)次越高，黃、紅點(diǎn)之間的距離越小明紋的級(jí)次越高，黃、紅點(diǎn)之間的距離越大不論那個(gè)方向，黃、紅點(diǎn)之間的距離是一樣的}}比較這兩個(gè)距離#1b1202017b黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面7.試根據(jù)圖中干涉或衍射圖形,分析哪個(gè)是雙縫、多縫產(chǎn)生的?并說(shuō)明a(透光)和b(不透光)之間的關(guān)系.OIsinIsinOIsinOIsinO雙縫四縫a+b=2a四縫a+b＞＞a多縫(N很多)光柵a+b=3a(a+b)~10a單縫第一暗紋中心很大7.試根據(jù)圖中干涉或衍射圖形,分析哪個(gè)是雙縫、多縫1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,單色光源的波長(zhǎng)為

=550nm,圖中D=3m,d=S1S2=3.3mm,求：(1)條紋間距;課堂計(jì)算題(2)若將一厚度l=0.01mm折射率為n的玻璃片放在縫S2的后面,此時(shí)條紋如何移動(dòng)?寫出第k級(jí)條紋移動(dòng)距離x的表達(dá)式.s2S1OMNdDxn,l解:(1)

條紋間距1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,單色光源的波長(zhǎng)為=5移動(dòng)距離為:“–”表示向下移動(dòng).(2)

條紋由x向下移動(dòng)至x處.放玻璃片前,放玻璃片后,s2S1OMNdDxn,lx'移動(dòng)距離為:“–”表示向下移動(dòng).(2)條紋由x向下移動(dòng)至x解:(1)充液體前后條紋間距分別為:液體折射率為(2)

在距棱邊為L(zhǎng)=3.15m處,充液前為暗紋.充液體后為明紋.2.兩塊平板玻璃構(gòu)成一空氣劈尖,用單色平行光垂直照射,在反射光中觀察到干涉條紋,其(暗紋)間距為0.35cm.若在此劈尖中充入某種液體,條紋間距變?yōu)?.3cm.求：(1)這種液體的折射率n;(2)距棱邊3.15cm處,在充入液體前后條紋是明還是暗?解:(1)充液體前后條紋間距分別為:液體折射率為(2)在距3.如圖的單縫裝置,縫寬a=0.55mm,透鏡焦距f=0.5m,今以白光垂直照射狹縫,在觀察屏上

x=1.5mm處為一明紋極大,求:(1)入射光的波長(zhǎng)及該明紋的級(jí)次;Oxf(2)單縫所在處的波振面被分成的半波帶的數(shù)目.解:(1)由明紋條件:當(dāng)較小時(shí)有由上兩式可得入射光波長(zhǎng)(2)單縫所在處的波陣面被分成的半波帶數(shù)目為(2k+1)個(gè),分別為5個(gè)和7個(gè).3.如圖的單縫裝置,縫寬a=0.55mm,透鏡焦距4.一平面光柵,每厘米有2500條刻痕,現(xiàn)有波長(zhǎng)范圍為400nm—700nm的復(fù)色光垂直照射光柵平面,求:(1)光柵光譜第一級(jí)的角寬度(弧度);(2)光譜第二級(jí)與第三級(jí)是否重疊?(3)若第4級(jí)缺級(jí),則縫寬a的最小值可為多少?解:(1)第一級(jí)光譜中紫光的衍射角1和紅光的衍射角‘分別滿足以下兩式由此求得第一級(jí)光譜的角寬度為4.一平面光柵,每厘米有2500條刻痕,現(xiàn)有波長(zhǎng)范圍為4可見故第二,三級(jí)光譜重疊.

(3)由缺級(jí)公式:當(dāng)?shù)谒募?jí)缺級(jí)時(shí),可取以下數(shù)值取時(shí),a的值最小,為

(2)第二級(jí)光譜中紅光的衍射角2滿足:

第三級(jí)光譜中紫光的衍射角3滿足:可見故第二,三級(jí)光譜重疊.(3)由缺級(jí)公式:當(dāng)?shù)谒募?jí)缺級(jí)5.有一雙縫,兩縫中心間距d=0.24mm,兩縫寬度均為a=0.08mm,用波長(zhǎng)=480nm的平行光垂直照射雙縫,縫后放一個(gè)焦距f=2.0m的會(huì)聚透鏡,求:(1)在透鏡焦平面的屏上,雙縫干涉條紋的間距x;(2)單縫衍射的中央明紋范圍內(nèi),干涉主極大的數(shù)目N.解:(1)條紋間距(2)由缺級(jí)條件公式:干涉的第三級(jí)亮條紋缺級(jí).有0,1,2,共五條干涉明紋.5.有一雙縫,兩縫中心間距d=0.24mm,兩縫寬6.一束平面偏振光與自然光混合,當(dāng)它通過(guò)一理想的旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí),發(fā)現(xiàn)透射光強(qiáng)度依賴于偏振片的取向可增加到五倍,求光束中的兩種成分的光強(qiáng)各占總強(qiáng)度的百分比.旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)出射光的最大值為最小值的五倍即其中解上兩式,得:所以入射光中兩種成分的光強(qiáng)分別占總光強(qiáng)的和.解:設(shè)自然光光強(qiáng)為I1,…..6.一束平面偏振光與自然光混合,當(dāng)它通過(guò)一理想的旋解:(1)根據(jù)光柵方程(a+b)sin=k而且||<90o一光柵每厘米刻痕500條,觀察鈉光譜線(=589.3nm)，問(wèn)：(1)垂直照射可以看到幾級(jí)譜線?共幾條？可見k最大為3,即能看到3級(jí)以內(nèi),共7條.解:(1)根據(jù)光柵方程(a+b)sin=k8*.設(shè)計(jì)一個(gè)平面透射光柵,當(dāng)用白光照射時(shí),能在30o角衍射方向上觀察到600nm波長(zhǎng)的第二級(jí)主極大,并能在該處分辨=0.0005nm的兩條光譜線,但在30o方向上卻觀察不到400nm的第三級(jí)主極大.試計(jì)算光柵常數(shù)(a+b)、總縫數(shù)N、光柵總寬度、縫距b及光柵的縫寬a各為多少？解:(1)由光柵方程(2)光柵的分辨率為則光柵的總寬度為8*.設(shè)計(jì)一個(gè)平面透射光柵,當(dāng)用白光照射時(shí),能在30在30的方向上應(yīng)出現(xiàn)400nm的光波的第三級(jí)主極大,為使其缺級(jí),此處應(yīng)為單縫衍射第一級(jí)暗紋處,即則光柵的縫寬為光柵的縫距為在30的方向上應(yīng)出現(xiàn)400nm的光波的第三級(jí)課堂練習(xí):波長(zhǎng)600nm(1nm=10﹣9m)的單色光垂直入射到一光柵上，測(cè)得第二級(jí)主極大的衍射角為30°，且第三級(jí)是缺級(jí)．(1)光柵常數(shù)(a+b)等于多少？(2)透光縫最小寬度a等于多少？(3)在選定了上述(a+b)和a之后，求在衍射角-＜＜

能觀察到的主極大級(jí)次．解：

(1)由光柵方程(2)由于第三級(jí)缺級(jí)K’=1時(shí)最小寬度(3)k=3,6,9,…..缺級(jí)衍射角-＜＜可觀察到的全部主極大的級(jí)次k=-2,-1,0,1,2．共5條明紋課堂練習(xí):波長(zhǎng)600nm(1nm=10﹣9m)的單色光垂直入加課：今日晚上7點(diǎn)SX107答疑時(shí)間和地點(diǎn)第16周五下午2點(diǎn)半至5點(diǎn)半74091月7日上午9點(diǎn)，下午3點(diǎn)SD102、103、104、107

光學(xué)大作業(yè)用A4紙打印，今日交。期末考試時(shí)間：1月8日09:00-11:00地點(diǎn)：登錄教務(wù)處個(gè)人賬戶查閱。加課：今日晚上7點(diǎn)SX107光學(xué)大作業(yè)期末考試時(shí)間：1月8日一振動(dòng)與波動(dòng)二波動(dòng)光學(xué)三量子物理20分左右50分左右30左右內(nèi)容與各部分比例大約為四、附加題10分不考的內(nèi)容：熱學(xué)、偏振光干涉的計(jì)算、光電效應(yīng)、一維諧振子、激光、原子核一振動(dòng)與波動(dòng)二波動(dòng)光學(xué)三量子物理20分左右50分左大學(xué)物理問(wèn)卷調(diào)查大學(xué)物理問(wèn)卷調(diào)查物理競(jìng)賽獲獎(jiǎng)名單一等獎(jiǎng)：易啟圣二等獎(jiǎng)：秦宇皓三等獎(jiǎng)：賈昕胤、任雨喬、蘇蒙、郎寒肖物理競(jìng)賽獲獎(jiǎng)名單一等獎(jiǎng)：易啟圣(一)教學(xué)要求1.理解相干光的條件和獲得相干光的基本原理和方法.習(xí)題課

波動(dòng)光學(xué)2.掌握光程和光程差的概念及其計(jì)算方法.學(xué)會(huì)運(yùn)用光程差的概念來(lái)分析干涉、衍射現(xiàn)象的有關(guān)問(wèn)題,并會(huì)判斷有無(wú)半波損失.3.理解增透膜、增反膜的原理,了解1/2、1/4波片的作用.4.掌握楊氏雙縫干涉、平行平面膜干涉、等厚干涉、多縫干涉的條紋分布與特征,并掌握有關(guān)的計(jì)算.6.理解自然光、線偏振光的概念及偏振光的獲得方法和檢驗(yàn)方法;理解布儒斯特定律和馬呂斯定律.5.掌握單縫、光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射條紋分布規(guī)律及有關(guān)的計(jì)算,進(jìn)一步明確干涉與衍射現(xiàn)象的區(qū)別和聯(lián)系.(一)教學(xué)要求1.理解相干光的條件和獲得相干光波干涉衍射偏振三個(gè)性質(zhì)兩束光的干涉，不考慮衍射效應(yīng)五個(gè)典型實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)平行膜干涉實(shí)驗(yàn)劈尖實(shí)驗(yàn)牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)邁克爾孫干涉實(shí)驗(yàn)多束光干涉與衍射疊加效應(yīng)——光柵一束光的子波干涉效應(yīng)——光柵方程缺極條件光強(qiáng)分布圖單縫衍射暗紋公式圓孔衍射瑞利判劇偏振光的產(chǎn)生偏振光的檢驗(yàn)偏振光的分類馬呂斯定理布儒斯特定理波片知識(shí)框架光波干涉衍射偏振三個(gè)性質(zhì)兩束光的干涉，不考慮衍射效應(yīng)五個(gè)典型(二)基本概念和規(guī)律

2.光的相干條件:其中:k=0,1,2,3

1.光程、光程差:位相差:當(dāng)時(shí):（k=0,1,2…）（干涉加強(qiáng)）（干涉減弱）有反射時(shí)(二)基本概念和規(guī)律2.光的相干條件:其中:k相干光獲得:分波振面法

3.楊氏雙縫干涉條件：垂直入射雙縫(雙縫為初位相相同相干波源);同一均勻介質(zhì)中疊加.條紋中心位置:條紋中心間距:相干光獲得:分波振面法3.楊氏雙縫干涉條件：垂直

4.薄膜干涉增反膜增透膜薄膜上方反射光干涉相干加強(qiáng)

相干減弱薄膜各處厚度e相等,平行光入射,角度i為零時(shí);薄膜最小厚度相干光獲得:分振幅法4.薄膜干涉增反膜增透膜薄膜上方反射光干涉相干加薄膜各處厚度e相等，面光源照射,入射角i為0-90度*只要入射角i相同的光線都將匯聚在同一個(gè)干涉環(huán)上等傾干涉*干涉圖樣是一組明暗相間的同心圓環(huán)；*中心處干涉級(jí)最高。平行光入射且入射角度i為零，薄膜各處厚度e不相等時(shí)相同的膜厚對(duì)應(yīng)同一干涉條紋等厚干涉薄膜各處厚度e相等，面光源照射,入射角i為0-90度*只要入

a.劈尖干涉

b.牛頓環(huán)干涉

條紋間距:

明環(huán)半徑:

暗環(huán)半徑:相鄰級(jí)次薄膜厚度差：a.劈尖干涉b.牛頓環(huán)干涉條紋間距:光束2′和1′發(fā)生干涉等傾條紋等厚條紋2211半透半反膜補(bǔ)償板反射鏡反射鏡光源觀測(cè)裝置薄膜則有：若M1平移d干涉條移過(guò)N條SM2M1G1G2E若光路1中插入待測(cè)介質(zhì)M11ln相應(yīng)移過(guò)條紋數(shù)N時(shí)邁克耳遜干涉儀應(yīng)用1應(yīng)用2光束2′和1′發(fā)生干涉等傾條紋等厚條紋2211半透半反膜5.夫瑯禾費(fèi)單縫衍射中央明紋全角寬度:o=2/a第k級(jí)明紋角寬度:k=/a(半波帶法)條件：一束單色平行光垂直單縫入射線寬度條紋寬度相干光獲得:分波振面法5.夫瑯禾費(fèi)單縫衍射中央明紋全角寬度:o=26.光柵衍射相干光獲得:分波振面法條件：一束單色平行光垂直光柵入射*光柵衍射主極大的位置(光柵方程式):相鄰兩個(gè)主極大之間共有N–1條暗紋，N–2條次級(jí)明紋其中:k=0,1,2,3*缺級(jí)條件:k'=1,2,3*單縫中央明紋內(nèi)多光束干涉主極大的條數(shù)*可觀察到的主極大的最高級(jí)次:6.光柵衍射相干光獲得:分波振面法條件：一束單色平行光垂直*波長(zhǎng)及+d的第k級(jí)主明紋(主極大)相互分開的角距離*光柵的分辨本領(lǐng)7.X射線衍射布喇格公式晶面間距d，掠射角，8.光學(xué)儀器的最小分辨角:分辨本領(lǐng):*波長(zhǎng)及+d的第k級(jí)主明紋(主極大)相互分開的角距9.布儒斯特定律10.馬呂斯定律:入射光是完全偏振光,光強(qiáng)Io:布儒斯特角:i0i0

+r0=90O線偏振光入射，通過(guò)厚為d的晶片，o、e光產(chǎn)生光程差和相位差：11.波(晶)片─相位延遲片四分之一波片二分之一波片9.布儒斯特定律10.馬呂斯定律:入射光是完全偏振光,光裝置1d晶片C偏振片P2偏振化方向

單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向1).振幅關(guān)系P2P1CA1AeAoA2oA2e在P2

后，振幅為：P1、P2垂直12.偏振光的干涉2).相位關(guān)系兩束光強(qiáng)相等的線偏振相干光!干涉相消干涉相長(zhǎng)相干光獲得:分振動(dòng)面法裝置1d晶片C偏振片P2偏振化方向單色偏振片P1偏振化方(三)課堂討論題1.在楊氏雙縫干涉中,若作如下變化,屏幕上干涉條紋將如何變化?(2)將整個(gè)裝置沒入水中;

(1)將鈉黃光589.3nm換成632.8nm的氦氖激光;(3)將雙縫(S1和S2)的間距d縮小;(4)將屏幕向雙縫靠近;(5)若S1和S2兩縫的寬度不等;變寬變窄變寬變窄暗紋不黑

光強(qiáng)度的影響IImaxImin02-24-4(三)課堂討論題1.在楊氏雙縫干涉中,若作如下(6)在雙縫之一的后面放一折射率為n厚度為t的透明薄膜;明紋沿屏幕向下平移相鄰明紋中心間距:明紋間隔不變(6)在雙縫之一的后面放一折射率為n厚度為t的透明(7)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，入射光的波長(zhǎng)為，用玻璃紙遮住雙縫中的一個(gè)縫，若玻璃紙中光程比相同厚度的空氣的光程大2.5，則屏上原來(lái)明紋處(A)仍為明條紋；(B)變?yōu)榘禇l紋；(C)既非明紋也非暗紋；(D)無(wú)法確定是明紋，還是暗紋．

答:[B]屏上原來(lái)明紋處(7)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，入射光的波長(zhǎng)為，用玻璃紙遮住雙縫(9)在如圖的雙縫干涉裝置中加入偏振片P、P'、P1

、P2,其中P1、P2的偏振化方向互相垂直,P和P'的偏振化方向互相平行并且與P1、P2的偏振化方向成45o角.試問(wèn)在下列4種情形下,屏幕上有無(wú)干涉條紋出現(xiàn)(填有、無(wú)):s2S1P屏P'P2P1s

①撤掉P與P保留P1、P2

,

()條紋:②撤掉P保留P、P1、P2

,

()條紋:③撤掉P保留P、P1、P2,

()條紋:④P、P、P1、P2同時(shí)存在,()條紋:無(wú)無(wú)無(wú)有(9)在如圖的雙縫干涉裝置中加入偏振片P、P'、P如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之間，用單色平行光垂直照射，觀察到等厚干涉條紋如圖所示#1b1201023aABC可能A最大可能B最大可能B比A大，比C小從圖中無(wú)法確認(rèn)如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之間，用單色平行光垂直照射，觀察到等厚干涉條紋如圖所示。假設(shè)在滾珠A處施加一壓力，可以觀察到干涉條紋變稀疏了，則#1a1201023bA最大C最大B比A大，比C小從圖中無(wú)法確認(rèn)ABC如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在兩個(gè)平玻璃板之如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在連個(gè)平玻璃板之間，用波長(zhǎng)為的單色平行光垂直照射，觀察到等厚干涉條紋如圖所示。則滾珠A、B的直徑差為：#1a1201023c/22從圖中無(wú)法確認(rèn)ABC如圖所示，將A,B,C三個(gè)直徑相近的滾珠放在連個(gè)平玻璃板之2.利用光的干涉可以檢驗(yàn)工件的質(zhì)量,將三個(gè)直徑相近的滾珠A、B、C放在兩塊平玻璃之間,用單色()平行光垂直照射,觀察到等厚條紋如圖。(1)怎樣判斷三個(gè)滾珠哪個(gè)大?哪個(gè)?。緼BCFAB

假若

假若將滾珠A、B、C其中任意兩個(gè)放在兩塊平玻璃之間2.利用光的干涉可以檢驗(yàn)工件的質(zhì)量,將三個(gè)直徑相近的滾珠ABCFABC

假若

假若若：滾珠B的直徑大小介于其它兩球間，將滾珠B放在

A、C間再次比較ABCFABC假若假若若：滾珠B的直徑大小介于其它兩球間(2)若單色光波長(zhǎng)為,試用表示它們直徑之差.(3)若2,且C恰為暗紋,試畫出干涉暗紋分布.ABCABCABC(2)若單色光波長(zhǎng)為,試用表示它們直徑之差.(3平行單色光垂直入射于單縫上，觀察夫瑯禾費(fèi)衍射．若屏上P點(diǎn)處為第二級(jí)暗紋，則單縫處波面相應(yīng)地可劃分為___個(gè)半波帶．若將單縫寬度縮小一半，P點(diǎn)處將是______級(jí)___紋．4第一

暗

若屏上第三級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)于單縫處波面可劃分為_____個(gè)半波帶，若將縫寬縮小一半，原來(lái)第三級(jí)暗紋處將是_______紋．6第一

亮

暗紋

4個(gè)半波帶

第一級(jí)暗紋3平行單色光垂直入射于單縫上，觀察夫瑯禾費(fèi)衍射．若屏上P點(diǎn)4兩偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其上時(shí)沒有光線通過(guò)．當(dāng)其中一偏振片慢慢轉(zhuǎn)180°時(shí)透射光強(qiáng)度發(fā)生的變化為：(A)光強(qiáng)單調(diào)增加．(B)光強(qiáng)先增加，后又減小至零．(C)光強(qiáng)先增加，后減小，再增加．(D)光強(qiáng)先增加后減小，再增加，再減小至零．答:[B]

4兩偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其上時(shí)沒有光線通過(guò)5一束自然光從空氣投射到玻璃表面上(空氣折射率為1)，當(dāng)折射角為30°時(shí)，反射光是完全偏振光，則此玻璃板的折射率等于多少?

i0

+r0=90O

答:若n1

=1.00(空氣)，n2(玻璃)，則：5一束自然光從空氣投射到玻璃表面上(空氣折射率為1)，當(dāng)折6.光柵的衍射條紋,是“衍射和干涉的總效果”,如何理解這一說(shuō)法?(1)光柵每一縫的衍射圖樣,在屏上是怎樣分布的?(2)缺級(jí)現(xiàn)象是怎樣造成的?(3)為什么光柵衍射條紋的強(qiáng)度,隨級(jí)次的增大而逐漸減弱?(4)光柵衍射條紋如何體現(xiàn)能量守恒的觀點(diǎn)？6.光柵的衍射條紋,是“衍射和干涉的總效果”,如#1a1202017a黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面的屏幕上可以看到衍射圖樣由三個(gè)黃色斑點(diǎn)組成，一個(gè)在衍射角為零度的方向，另外兩個(gè)分別在45°的方向。我們現(xiàn)在在黃光源上加上同樣強(qiáng)度的紅色光源，則新的衍射圖樣大致為：紅色的斑點(diǎn)在45°的方向黃色的斑點(diǎn)在在45°的方向橙色的斑點(diǎn)在0°、45°的方向橙色的斑點(diǎn)在0°，黃色的斑點(diǎn)45°，紅色的斑點(diǎn)稍微偏離的更遠(yuǎn)一點(diǎn)橙色的斑點(diǎn)在0°，黃色的斑點(diǎn)45°，紅色的斑點(diǎn)稍微更靠近一些以上都不對(duì)#1a1202017a黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面#1b1202017b黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面的屏幕上可以看到衍射圖樣由5個(gè)黃色斑點(diǎn)組成，分別在0°、15°和30°的方向。我們現(xiàn)在在黃光源上加上同樣強(qiáng)度的紅色光源，以下哪個(gè)描述是正確的：大約15°方向上黃、紅點(diǎn)的距離較大大約30°方向的黃、紅點(diǎn)的距離較大明紋的級(jí)次越高，黃、紅點(diǎn)之間的距離越小明紋的級(jí)次越高，黃、紅點(diǎn)之間的距離越大不論那個(gè)方向，黃、紅點(diǎn)之間的距離是一樣的}}比較這兩個(gè)距離#1b1202017b黃光垂直照射到一個(gè)衍射光柵上。光柵后面7.試根據(jù)圖中干涉或衍射圖形,分析哪個(gè)是雙縫、多縫產(chǎn)生的?并說(shuō)明a(透光)和b(不透光)之間的關(guān)系.OIsinIsinOIsinOIsinO雙縫四縫a+b=2a四縫a+b＞＞a多縫(N很多)光柵a+b=3a(a+b)~10a單縫第一暗紋中心很大7.試根據(jù)圖中干涉或衍射圖形,分析哪個(gè)是雙縫、多縫1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,單色光源的波長(zhǎng)為

=550nm,圖中D=3m,d=S1S2=3.3mm,求：(1)條紋間距;課堂計(jì)算題(2)若將一厚度l=0.01mm折射率為n的玻璃片放在縫S2的后面,此時(shí)條紋如何移動(dòng)?寫出第k級(jí)條紋移動(dòng)距離x的表達(dá)式.s2S1OMNdDxn,l解:(1)

條紋間距1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,單色光源的波長(zhǎng)為=5移動(dòng)距離為:“–”表示向下移動(dòng).(2)

條紋由x向下移動(dòng)至x處.放玻璃片前,放玻璃片后,s2S1OMNdDxn,lx'移動(dòng)距離為:“–”表示向下移動(dòng).(2)條紋由x向下移動(dòng)至x解:(1)充液體前后條紋間距分別為:液體折射率為(2)

在距棱邊為L(zhǎng)=3.15m處,充液前為暗紋.充液體后為明紋.2.兩塊平板玻璃構(gòu)成一空氣劈尖,用單色平行光垂直照射,在反射光中觀察到干涉條紋,其(暗紋)間距為0.35cm.若在此劈尖中充入某種液體,條紋間距變?yōu)?.3cm.求：(1)這種液體的折射率n;(2)距棱邊3.15cm處,在充入液體前后條紋是明還是暗?解:(1)充液體前后條紋間距分別為:液體折射率為(2)在距3.如圖的單縫裝置,縫寬a=0.55mm,透鏡焦距f=0.5m,今以白光垂直照射狹縫,在觀察屏上

x=1.5mm處為一明紋極大,求:(1)入射光的波長(zhǎng)及該明紋的級(jí)次;Oxf(2)單縫所在處的波振面被分成的半波帶的數(shù)目.解:(1)由明紋條件:當(dāng)較小時(shí)有由上兩式可得入射光波長(zhǎng)(2)單縫所在處的波陣面被分成的半波帶數(shù)目為(2k+1)個(gè),分別為5個(gè)和