(2024年)大學(xué)普通物理課件第21章

大學(xué)普通物理課件第21章12024/3/26CATALOGUE目錄章節(jié)引言光的干涉現(xiàn)象薄膜干涉及其應(yīng)用光的衍射現(xiàn)象光學(xué)儀器分辨率及應(yīng)用光的偏振現(xiàn)象及應(yīng)用章節(jié)總結(jié)與回顧22024/3/2601章節(jié)引言32024/3/2603典型例題解析通過解析典型例題，幫助學(xué)生理解和掌握本章的知識點(diǎn)和解題方法。01基本概念和原理介紹與本章主題相關(guān)的基本物理概念和原理，為后續(xù)內(nèi)容打下基礎(chǔ)。02重要公式和定理闡述本章涉及的核心公式和定理，以及它們在物理學(xué)中的應(yīng)用和意義。章節(jié)內(nèi)容概述42024/3/26

學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求知識目標(biāo)要求學(xué)生掌握本章的基本概念、原理、公式和定理，理解相關(guān)物理現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的物理思維和實(shí)驗(yàn)技能。情感、態(tài)度和價(jià)值觀引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識物理學(xué)的重要性和應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識。52024/3/2602光的干涉現(xiàn)象62024/3/26光具有波動性質(zhì)，包括振幅、頻率、波長等波動特征。光是一種電磁波光的傳播方式光的偏振現(xiàn)象光在真空中以光速傳播，不需要介質(zhì)支持。光波是橫波，具有偏振性質(zhì)，可以通過偏振片進(jìn)行檢驗(yàn)和操控。030201光的波動性72024/3/26兩列或多列相干光波在空間某一點(diǎn)疊加時(shí)，產(chǎn)生光強(qiáng)分布的現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象的定義產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的兩列光波必須滿足頻率相同、振動方向相同、相位差恒定。相干條件根據(jù)光源和光路的不同，干涉可分為雙縫干涉、薄膜干涉、牛頓環(huán)等。干涉的種類干涉現(xiàn)象及其條件82024/3/26雙縫干涉實(shí)驗(yàn)相鄰兩條明（或暗）條紋之間的距離Δx與光源到雙縫的距離d、雙縫之間的距離a以及光的波長λ滿足關(guān)系式Δx=λL/d，其中L為光源到屏幕的距離。雙縫干涉公式雙縫干涉的應(yīng)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證光的波動性質(zhì)的重要實(shí)驗(yàn)之一，也是測量光波長的一種常用方法。通過雙縫裝置將單色光分成兩列相干光波，在屏幕上產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)與公式92024/3/2603薄膜干涉及其應(yīng)用102024/3/26薄膜干涉原理當(dāng)光照射在薄膜上時(shí)，光在薄膜的前后兩個(gè)表面分別反射和折射，形成兩束相干光波。這兩束光波在空間某一點(diǎn)疊加，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。不同厚度的薄膜產(chǎn)生的干涉條紋不同，因此可以通過測量干涉條紋來推算薄膜的厚度。入射角不同，干涉條紋的間距和形狀也會發(fā)生變化。如增透膜、增反膜、濾光片等。干涉條紋與薄膜厚度有關(guān)干涉條紋與入射角有關(guān)薄膜干涉具有廣泛的應(yīng)用薄膜干涉原理及特點(diǎn)112024/3/26原理：利用薄膜干涉相消的原理，減少光的反射，增加光的透射。增反膜應(yīng)用：用于反射鏡、激光器等，提高光的反射率，增加光的利用效率。增透膜應(yīng)用：用于光學(xué)儀器、眼鏡等，提高光的透過率，減少反射光的干擾。原理：利用薄膜干涉相長的原理，增加光的反射，減少光的透射。010203040506增透膜與增反膜122024/3/26當(dāng)平行單色光垂直照射到凸透鏡上時(shí)，在透鏡的反射相干面上形成一系列明暗相間的同心圓環(huán)，稱為牛頓環(huán)。通過測量牛頓環(huán)的直徑和間距，可以推算出透鏡的曲率半徑和折射率等參數(shù)。牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)原理使用顯微鏡或測量顯微鏡等精密測量工具，測量牛頓環(huán)的直徑。測量牛頓環(huán)直徑通過測量相鄰兩個(gè)牛頓環(huán)的間距，推算出透鏡的曲率半徑和折射率等參數(shù)。測量牛頓環(huán)間距對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得出透鏡的相關(guān)參數(shù)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評估和討論。數(shù)據(jù)處理與分析牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)與測量132024/3/2604光的衍射現(xiàn)象142024/3/26衍射現(xiàn)象光在傳播過程中遇到障礙物或小孔時(shí)，會偏離直線傳播路徑，產(chǎn)生彎曲的現(xiàn)象。分類根據(jù)衍射發(fā)生的條件，可分為菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射。菲涅爾衍射發(fā)生在光源和障礙物距離較近時(shí)，衍射波前呈現(xiàn)復(fù)雜形狀；夫瑯禾費(fèi)衍射發(fā)生在光源和障礙物距離較遠(yuǎn)時(shí)，衍射波前呈現(xiàn)平行形狀。光的衍射現(xiàn)象及分類152024/3/26123光波面上的每一點(diǎn)都可以看作是新的光源，發(fā)出球面次波，這些次波的包絡(luò)面形成新的波前?；莞乖碓诠獠▊鞑ミ^程中，空間任意一點(diǎn)的光振動是波面上所有子波源發(fā)出的子波在該點(diǎn)疊加的結(jié)果。菲涅爾原理解釋了光的衍射現(xiàn)象，為波動光學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?；莞?菲涅爾原理的意義惠更斯-菲涅爾原理162024/3/26單縫衍射實(shí)驗(yàn)通過單縫進(jìn)行的衍射實(shí)驗(yàn)，觀察光通過單縫后的衍射圖樣。公式單縫衍射的公式為$I(theta)=I_0(frac{sinalpha}{alpha})^2$，其中$I(theta)$是衍射角為$theta$時(shí)的光強(qiáng)，$I_0$是中央最大光強(qiáng)，$alpha=frac{piasintheta}{lambda}$，$a$是單縫寬度，$lambda$是光波長。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與解釋當(dāng)單色光通過單縫時(shí)，會在屏幕上形成明暗相間的衍射條紋。中央條紋最亮，兩側(cè)條紋依次變暗。這是因?yàn)楣馔ㄟ^單縫后發(fā)生衍射，不同角度的光相互疊加產(chǎn)生干涉，形成明暗相間的條紋。單縫衍射實(shí)驗(yàn)與公式172024/3/2605光學(xué)儀器分辨率及應(yīng)用182024/3/26光學(xué)儀器分辨率是指儀器能夠區(qū)分兩個(gè)相鄰物點(diǎn)或像點(diǎn)的最小距離，是評價(jià)光學(xué)儀器性能的重要指標(biāo)。分辨率定義高分辨率的光學(xué)儀器能夠提供更清晰、更準(zhǔn)確的圖像信息，對于科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域具有重要意義。分辨率意義光學(xué)儀器分辨率概念及意義192024/3/26瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)是光學(xué)儀器分辨率計(jì)算的常用方法，它指出當(dāng)兩個(gè)相鄰物點(diǎn)的衍射圖樣中心間距等于艾里斑半徑時(shí)，這兩個(gè)物點(diǎn)剛好能夠被區(qū)分開。分辨率計(jì)算根據(jù)瑞利判據(jù)，可以通過測量光學(xué)儀器的艾里斑半徑來計(jì)算其分辨率。同時(shí)，還可以通過測量儀器的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、調(diào)制傳遞函數(shù)等參數(shù)來評估其分辨率性能。瑞利判據(jù)與分辨率計(jì)算202024/3/26采用圖像處理技術(shù)采用圖像處理技術(shù)可以對光學(xué)儀器獲取的圖像進(jìn)行后期處理，如去噪、增強(qiáng)、銳化等，從而提高圖像的清晰度和分辨率。采用優(yōu)質(zhì)光學(xué)元件采用高質(zhì)量的光學(xué)元件，如優(yōu)質(zhì)透鏡、反射鏡等，可以提高光線的透過率和反射率，減小像差，從而提高光學(xué)儀器的分辨率。優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置，可以減小像差、提高成像質(zhì)量，進(jìn)而提高光學(xué)儀器的分辨率。采用先進(jìn)的制造技術(shù)采用先進(jìn)的制造技術(shù)，如超精密加工、光學(xué)表面處理等，可以提高光學(xué)元件的加工精度和表面質(zhì)量，從而提高光學(xué)儀器的分辨率。提高光學(xué)儀器分辨率方法212024/3/2606光的偏振現(xiàn)象及應(yīng)用222024/3/26光波中電矢量的振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。反射和折射、晶體雙折射、二向色性、散射等。偏振光概念及產(chǎn)生方式產(chǎn)生方式偏振光定義232024/3/26馬呂斯定律及其應(yīng)用馬呂斯定律內(nèi)容強(qiáng)度為I0的線偏振光，透過檢偏片后，透射光的強(qiáng)度（不考慮吸收）為：I=I0(cosα)^2。其中α為透射光與入射光的夾角，也叫透射角。應(yīng)用用于測量光的偏振方向、檢驗(yàn)光學(xué)元件的表面反射相移等新原理新技術(shù)。242024/3/26當(dāng)一束光射入各向異性的晶體后，分裂成兩束光的現(xiàn)象稱為光的雙折射現(xiàn)象。雙折射現(xiàn)象定義由于晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，使得晶體中各個(gè)方向的折射率不同，導(dǎo)致光在晶體中傳播時(shí)速度不同，從而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。產(chǎn)生原因在光學(xué)儀器中，利用晶體的雙折射特性，可以制造出各種偏振器件，如偏振片、波片等。同時(shí)，晶體的雙折射現(xiàn)象也是研究晶體結(jié)構(gòu)的重要手段之一。應(yīng)用晶體中雙折射現(xiàn)象252024/3/2607章節(jié)總結(jié)與回顧262024/3/26包括波函數(shù)、算符、本征值、測量等核心概念的定義和性質(zhì)。量子力學(xué)的基本概念理解其物理意義，掌握一維和三維情況下薛定諤方程的求解方法。薛定諤方程了解量子態(tài)的疊加原理，掌握測量對量子態(tài)的影響以及測量結(jié)果的概率性。量子態(tài)與測量理解原子能級、光譜項(xiàng)、選擇定則等概念，掌握氫原子和類氫離子的光譜規(guī)律。原子結(jié)構(gòu)與光譜關(guān)鍵知識點(diǎn)總結(jié)272024/3/26如何理解波函數(shù)的物理意義？波函數(shù)是描述微觀粒子狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)，其模平方表示粒子在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的概率密度。薛定諤方程與經(jīng)典波動方程有何異同？薛定諤方程描述的是微觀粒子的運(yùn)動規(guī)律，而經(jīng)典波動方程描述的是宏觀物體的振動或波動現(xiàn)象。兩者在形式上相似，但物理意義不同。如何解釋量子測量的概率性？量子測量的概率性源于微觀粒子的波粒二象性和不確定性原理，測量結(jié)果的概率分布由波