第十二章物理

第十二章物理3/23/20241第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第12章光的干涉自古以來神奇的光一直吸引著人們：光是什么？是粒子、是波、是能量？光怎樣從物質中發(fā)出？又怎樣成為物質的一部分？光速為什么是宇宙物質運動的極限？……有些科學已作了回答，有些還在爭論不休。但畢竟想方設法去了解光，已帶來了物理學一場又一場的革命！3/23/20242第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）以牛頓為代表的微粒說幾何光學（2）以惠更斯為代表的波動說波動光學（3）以愛因斯坦為代表的量子說量子光學量子光學物理光學光學幾何光學波動光學光的偏振光的衍射光的干涉兩個或多個光波在空間相遇時，使某些地方光的強度始終加強，而使另一些地方光的強度始終減弱，結果使光的強度形成穩(wěn)定的分布光的干涉光學具有代表性的學說3/23/20243第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1楊氏雙縫干涉實驗一、獲得相干光的方法1.光波(1)光波是電磁波(2)光速c=3.0×108m/s(3)光波是橫波(4)只考慮振動光矢量光振動我開了兩盞燈，為什么沒看見干涉條紋?干涉是有條件的!3/23/20244第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.光源發(fā)光的復雜性光是由光源中原子或分子的能量狀態(tài)發(fā)生躍遷時輻射出來的0基態(tài)激發(fā)態(tài)(1)大量原子、分子獨立發(fā)出的光，頻率不同(2)原子、分子發(fā)光是間歇的兩個獨立的光源不能構成相干光；即使是同一個原子發(fā)出的前后兩列波，也很難保證同時滿足三個相干條件。要獲得相干光需要采取特殊的方法.3/23/20245第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.獲得相干光的方法把同一光源同一點發(fā)出的光設法分成兩部分,然后再相遇光源P①②一點二、楊氏雙縫干涉實驗3/23/20246第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1.形成明紋、暗紋的條件dD=明紋暗紋3/23/20247第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.明紋、暗紋的位置(中心位置)=明紋暗紋明紋中心位置:暗紋中心位置:3.相鄰明紋(或暗紋)間距離dD3/23/20248第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.結論dD(1)明、暗條紋等間距地分布在中央明紋兩側(2)由于光波波長λ很小,要產生清晰可見的干涉條紋,必須要求D>>d(3)若D、d不變,△x正比于波長λ,

波長大小紅紫條紋稀條紋密3/23/20249第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月o紫紅紫紅k級△x紫紅k+1級(2級)白光白色波長大小紅紫(4)用白光照射①中央明紋是白色②其余各級條紋是紫到紅的彩色光帶③彩色光帶的寬度④當級數(shù)高到一定程度時,有重迭現(xiàn)象假設從第K級開始重迭說明從第2級開始重迭在重迭區(qū)域波程差相等

=3/23/202410第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、其它分波陣面的干涉實驗1.菲涅耳雙棱鏡實驗2.菲涅耳雙面鏡實驗3/23/202411第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月D3.洛埃鏡實驗應該是明紋。但實際卻是暗紋！該實驗證明：光也具有半波損失！P3/23/202412第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月四、光程和光程差1.光程dDn條紋下移明暗明真空媒質n光在媒質中傳播的幾何路程r與媒質折射率n的乘積nrnr3/23/202413第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.光程差3.位相差與光程差的關系4.利用光程差表示干涉加強、減弱條件=明紋暗紋明紋暗紋5.光通過薄透鏡時不產生附加的光程差3/23/202414第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月dDn例1:討論雙縫干涉裝置的一縫后插入透明媒質,屏幕上條紋的移動問題解:真空中:中央明紋插入媒質:(1)討論S2后面插入折射率為n,厚度為的透明媒質3/23/202415第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月中央明紋在O點下方條紋下移條紋間距不變(2)S1后面插入媒質中央明紋在O點上方條紋上移條紋間距不變結論:干涉條紋向光程增大的一側移動,條紋間距不變3/23/202416第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏的垂直距離為1m.從第一級明紋到同側第四級明紋間的距離為7.5mm,求單色光波長?⑴例2:解：(1)d=0.2mm

D=1m（2）若入射光的波長為6000,求相鄰兩明紋的間距?⑵3/23/202417第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月解：光程差改變條紋移動N=4楊氏雙縫實驗，=500nm，在一光路中插入玻璃片（n=1.5）后O點變?yōu)?級明紋中心。求：玻璃片厚度。例3:3/23/202418第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1.形成明紋、暗紋的條件明紋暗紋dD2.明紋、暗紋的位置(中心位置)明紋中心位置:暗紋中心位置:3.相鄰明紋(或暗紋)間距離楊氏雙縫干涉實驗小結3/23/202419第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月o紫紅紫紅k級△x紫紅k+1級(2級)白光白色波長大小紅紫4。用白光照射①中央明紋是白色②其余各級條紋是紫到紅的彩色光帶③彩色光帶的寬度④當級數(shù)高到一定程度時,有重迭現(xiàn)象假設從第K級開始重迭說明從第2級開始重迭在重迭區(qū)域波程差相等

=3/23/202420第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月干涉條紋向光程增大的一側移動,條紋間距不變5。條紋移動問題6。光程和光程差（1）光程（2）光程差（3）位相差與光程差的關系（4）光通過薄透鏡時不產生附加的光程差3/23/202421第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2劈尖干涉和牛頓環(huán)干涉一、劈尖干涉1.形成明、暗紋的條件明紋暗紋棱邊：劈尖干涉的圖樣是一系列平行于棱邊的明、暗相間的直條紋①②棱邊K的取值：3/23/202422第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.相鄰兩明紋(或暗紋)所對應的膜的厚度差3.相鄰兩明紋(或暗紋)間距離(1)條紋是等間距(2)條紋間距與θ有關3/23/202423第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.條紋的移動與膜厚改變量之間的關系K級明紋MM點的光程差改變M點移動一個條紋M點移動一個條紋膜的厚度改變M點移動N個條紋膜的厚度改變介質中3/23/202424第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月相鄰兩條明紋間距5.劈尖干涉的應用(1)測量微小長度和微小角度干涉膨漲儀(2)測量長度的微小變化樣品長度的改變量樣品原長溫度改變量3/23/202425第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月平面上有凸起平面上有凹坑待測標準(3)檢查平面質量條紋偏向膜(空氣)厚部分條紋偏向膜(空氣)薄部分條紋為平行于棱邊的直條紋平面平整光潔3/23/202426第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月牛頓環(huán)牛頓環(huán)的特點：級次—內低外高間距—內疏外密①②BCAO明環(huán)暗環(huán)K的取值：1.形成明、暗環(huán)的條件接觸點：二、牛頓環(huán)3/23/202427第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月①②BCAO2.明、暗環(huán)半徑3/23/202428第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月壓環(huán)外擴：壓環(huán)內縮：(3)檢查透鏡表面曲率

(2)測凸透鏡的曲率半徑3.牛頓環(huán)的應用

(1)測波長要打磨中央部分要打磨邊緣部分3/23/202429第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、增透膜和增反膜1.增透膜：使反射光干涉減弱、透射光干涉加強的薄膜應用在：顯微鏡、照相機、望遠鏡的透鏡等。2.增反膜：應用在：眼鏡、轎車玻璃、激光器諧振腔內反射鏡等。直射到膜的表面，欲使反射光中=550nm的成分相消，求：膜的最小厚度。例1：玻璃n3=1.5，鍍MgF2

n2=1.38，放在空氣中，白光垂解：使透射光干涉減弱、反射光干涉加強的薄膜3/23/202430第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月12.3邁克爾遜干涉儀一、儀器結構：(固定)分光板補償板觀察孔二、儀器原理：光干涉原理。(1)當時等厚空氣膜等傾干涉（2）當不嚴格垂直時形成空氣劈尖等厚干涉(可動)3/23/202431第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、儀器的應用：1.測量微小長度：（可測不透明物體）(2)在光路上加透明物體測厚度（實際還可測等）（固定）分光板補償板觀察孔3/23/202432第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月例2:解：兩塊折射率為1.6的標準平面玻璃之間形成一個空氣劈尖，用λ=600nm的單色光垂直入射，產生等厚干涉條紋。當劈尖內充入n=1.4的液體時，條紋間距比空氣時縮小=0.5mm,那么劈尖角θ=？3/23/202433第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月例3:牛頓環(huán)干涉實驗，已知凸透鏡的曲率半徑，牛頓環(huán)的最大半徑，若入射光的波長。求：（1）可產生多少個環(huán)形干涉條紋。（2）若把該裝置浸沒在水中（），會看到多少環(huán)形干涉條紋。解：由明環(huán)半徑：則：（1）真空時：，則：即：只能看到34條條紋。（2）有介質時：，則：即：能看到45條條紋。3/23/202434第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月例4：在一平玻璃上放一平凹透鏡，薄膜層為空氣(1)邊緣是明紋還是暗紋？(2)最多能看到幾級暗紋?解:(1)明紋暗紋邊緣邊緣是0級暗紋(2)所以最多能看到第3級暗紋,共4條暗紋3/23/202435第35頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月小結一、劈尖干涉1.形成明、暗紋的條件明紋暗紋①②2.相鄰兩明紋(或暗紋)所對應的膜的厚度差3.相鄰兩明紋(或暗紋)間距離4.條紋的移動與膜厚改變量之間的關系K級明紋M介質中3/23/202436第36頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月明環(huán)暗環(huán)1.形成明、暗環(huán)的條件二、牛頓環(huán)①②B