光的衍射干涉

關(guān)于光的衍射干涉第2頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1、裝置特點(diǎn)：（1）雙縫很近0.1mm，（2）雙縫S1、S2與單縫S的距離相等，單縫雙縫紅濾色片S1SS2屏幕2、①要用單色光

②單孔的作用：是獲得點(diǎn)光源

③雙孔的作用：相當(dāng)于兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源，雙孔的作用是獲得相干光源第3頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、干涉圖樣的特點(diǎn)：（1）形成明暗相間的條紋（2）亮紋間等距、暗紋間等距（3）兩縫S1、S2中垂線(xiàn)與屏幕相交位置是亮條紋---中央亮紋提出問(wèn)題：（1）為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的圖象？（2）怎樣用波動(dòng)理論進(jìn)行解釋?zhuān)?、產(chǎn)生穩(wěn)定光的干涉現(xiàn)象的條件相干光源：兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源第4頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天復(fù)習(xí)：（1）機(jī)械波中，產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是：頻率相同相差恒定。（2）兩列波在波峰和波峰相遇或波谷與波谷相遇時(shí)振幅變大，說(shuō)明此點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。兩列波在波峰和波谷相遇時(shí)振幅變小，說(shuō)明此點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。

二、運(yùn)用光的波動(dòng)理論進(jìn)行分析（3）對(duì)光發(fā)生干涉時(shí)

若光互相加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋若光互相削弱，出現(xiàn)暗條紋

第5頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天紅濾色片單縫雙縫S1SS2屏幕第6頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天S1S2PPδ=0中央亮紋

由于從S1S2發(fā)出的光是振動(dòng)情況完全相同，又經(jīng)過(guò)相同的路程到達(dá)P點(diǎn)，其中一條光傳來(lái)的是波峰，另一條傳來(lái)的也一定是波峰，其中一條光傳來(lái)的是波谷，另一條傳來(lái)的也一定是波谷，確信在P點(diǎn)激起的振動(dòng)總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A＝A1+A2為最大，P點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)的地方，故應(yīng)出現(xiàn)亮紋，這一條亮紋叫中央亮紋。雙縫S1S2屏幕第7頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天P1

第一亮紋雙縫S1S2屏幕S1S2P1

取P點(diǎn)上方的點(diǎn)P1，從S1S2發(fā)出的光到P1點(diǎn)的光程差就不同，若這個(gè)光程差正好等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，比如δ=S1－S2=λ，出現(xiàn)第一條亮紋。λλδ=λ第8頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天P2

第二亮紋雙縫S1S2屏幕

屏上P1點(diǎn)的上方還可以找到δ=S1－S2＝2λ的P2點(diǎn)出現(xiàn)第二條亮紋。

2λ第9頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋δ=λP

中央亮紋δ=0P2第二亮紋δ=2λP3/

第三亮紋δ=3λP3第三亮紋δ=3λP3/

第二亮紋δ=2λP3/

第一亮紋δ=λ第10頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天Q1

第一暗紋雙縫S1S2屏幕S1S2P1

取P點(diǎn)上方的點(diǎn)Q1，與兩個(gè)狹縫S1、S2路程差δ=S1－S2＝λ/2，其中一條光傳來(lái)的是波峰，另一條傳來(lái)的就是波谷，其中一條光傳來(lái)的是波谷，另一條傳來(lái)的一定是波峰，Q1點(diǎn)激起的振動(dòng)總是波峰與波谷相遇，振幅最小，Q1點(diǎn)總是振動(dòng)減弱的地方，故應(yīng)出現(xiàn)暗紋。λ/2λ/2P

中央亮紋第11頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天Q2

第二暗紋雙縫S1S2屏幕

屏上Q1點(diǎn)的上方還可以找到δ=S1－S2＝3λ/2的Q2點(diǎn)出現(xiàn)第二條暗紋。同樣可以找到第三條暗紋Q3……，在中央明紋下方也可以找到對(duì)稱(chēng)的Q1/、Q2/、Q3/……等暗紋。

3λ/2Q1

第一暗紋P

中央亮紋第12頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋δ=λP

中央亮紋δ=0P2第二亮紋δ=2λP3/

第三亮紋δ=3λP3第三亮紋δ=3λP3/

第二亮紋δ=2λP3/

第一亮紋δ=λQ2第二暗紋Q

1

第一暗紋Q3第三暗紋Q3/

第三暗紋Q2/

第二暗紋Q1/

第一暗紋δ=5λ/2δ=λ/2δ=3λ/2δ=5λ/2δ=3λ/2δ=λ/2第13頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天第14頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天雙縫S1S2屏幕三、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)?1、什么是干涉條紋的間距?△x△x★條紋間距的含義：亮紋或暗紋之間的距離總是相等的，亮紋和亮紋之間的距離或暗紋和暗紋之間的距離叫做條紋間距。

第15頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天雙縫S1S2屏幕Ld

重做干涉實(shí)驗(yàn)，并定性尋找規(guī)律．①d、λ不變，只改變屏與縫之間的距離L——L越大，條紋間距越大．

②L、λ不變，只改變雙縫距離d——d越小，條紋間距越大．2、干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)?第16頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天③L、d不變，用不同的單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)——

紅光的條紋間距最大，紫光的最小。

3、亮（暗）紋間距的公式(△x=λ）紅光的波長(zhǎng)最大，紫光的波長(zhǎng)最小。紅光的頻率最小，紫光的頻率最大。第17頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天下一步4、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)：①指出用狹縫代替小孔，可以得到同樣清晰，但明亮得多的干涉條紋。

②用氦氖激光器發(fā)出的激光演示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。第18頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、白光的干涉圖樣是什么樣？

①明暗相間的彩色條紋；②中央為白色亮條紋；③干涉條紋是以中央亮紋為對(duì)稱(chēng)點(diǎn)排列的；④在每條彩色亮紋中紅光總是在外緣，紫光在內(nèi)線(xiàn)。第19頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、光的薄膜干涉1、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生原因：膜的前表面和后表面反射的兩列光波。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：水平的彩色條紋第20頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天現(xiàn)象：劈尖上厚度相同的地方，出現(xiàn)明或暗條紋。1）檢查精密儀器的表面：平行單色光垂直照射實(shí)心劈尖上，上面的下表面、下面的上表面的反射光將產(chǎn)生干涉。2、薄膜干涉的應(yīng)用第21頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）增加透射：使某些顏色的單色光在表面的反射干涉相消。如：照相機(jī)鏡頭有增透膜d=λ/4呈現(xiàn)淡紫色——消除黃綠色的反射光。第22頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天?如果保持雙縫的間距不變，光屏到縫的距離越大，屏上明暗相間條紋間距____________；?如果保持光屏到縫的距離雙縫的間距不變，雙縫的間距越小，屏上明暗相間條紋間距____________；?如果保持光屏到縫的距離雙縫的間距不變，雙縫的間距不變，改變光的波長(zhǎng)越大，屏上明暗相間條紋間距____________；變大變大變大練習(xí)：第23頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、光的衍射：光離開(kāi)直線(xiàn)路徑繞道障礙物陰影里去的現(xiàn)象．第24頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或小孔的尺寸比波長(zhǎng)小或差不多2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：中央一級(jí)是又亮又寬的白色條紋，兩邊是較窄較暗的彩色條紋．第25頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天光的衍射1、波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫越窄，衍射圖樣中央條紋越寬，各條紋間距大．2、單縫不變時(shí)，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)（可見(jiàn)光中紅光最長(zhǎng)），中央亮紋越寬，條紋間隔越大．3、白熾燈（白光）的單縫衍射條紋為中央亮，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．單縫衍射規(guī)律第26頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天1818年，當(dāng)法國(guó)物理學(xué)家菲涅耳提出光的波動(dòng)理論時(shí)，著名數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的理論推算出：把一個(gè)不透光的小的圓盤(pán)狀物放在光束中，在距這個(gè)圓盤(pán)一定距離的像屏上，圓盤(pán)的陰影中心應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)亮斑．人們從未看過(guò)和聽(tīng)說(shuō)過(guò)這種現(xiàn)象，因而認(rèn)為這是荒謬的，所以泊松興高采烈地宣稱(chēng)他駁倒了菲涅耳的波動(dòng)理論，菲涅耳接受了這一挑戰(zhàn)，精心研究，“奇跡”終于出現(xiàn)了，實(shí)驗(yàn)證明圓盤(pán)陰影中心確實(shí)有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑．第27頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)縫很大時(shí)—直線(xiàn)傳播（得到影）當(dāng)縫減小時(shí)—逐漸會(huì)出現(xiàn)小孔成像的現(xiàn)象繼續(xù)減小縫的大小—會(huì)出現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象．光沿直線(xiàn)傳播只是一個(gè)近似的規(guī)律：當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物或孔的尺寸小得多時(shí)，可認(rèn)為光是沿直線(xiàn)傳播的，當(dāng)光的波長(zhǎng)與障礙物或孔的尺寸可以相比擬時(shí)將產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象提問(wèn)：當(dāng)光通過(guò)小孔或者狹縫時(shí)，在后面的光屏上會(huì)得到什么樣的圖案？

第28頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天自然現(xiàn)象中的衍射抬頭透過(guò)樹(shù)葉縫隙看到的陽(yáng)光帶有彩色光暈。就是光的衍射現(xiàn)象。第29頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天自然現(xiàn)象中的衍射神秘的佛光

是在光的“衍射－反射”成像原理下形成的一種特殊光象，學(xué)術(shù)界稱(chēng)為“寶光”。這是一種在云霧山地的地方常見(jiàn)的一種大氣光象，以往在峨眉山多見(jiàn)，故有“峨眉寶光”之說(shuō)。實(shí)際上，“寶光”在黃山、廬山、五臺(tái)山等地山區(qū)，甚至一些稍有起伏的平原地帶也可以看到。第30頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天利用光的衍射現(xiàn)象制作出來(lái)的全息衍射防偽標(biāo)記。由于防偽標(biāo)記利用了全息攝像技術(shù)，所以制作成本和難度都較高，能有力的保護(hù)消費(fèi)者不買(mǎi)到假冒偽劣商品。防偽第31頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天珍寶鑒定1985年，加拿大文物保護(hù)協(xié)會(huì)（CCT）的科學(xué)家們就利用X光射線(xiàn)衍射分析方法對(duì)一件被作為凡高作品出售的油畫(huà)顏料進(jìn)行了分析鑒定。科學(xué)家從這幅油畫(huà)的顏料中發(fā)現(xiàn)了大量的金紅石的存在。作為白色顏料的使用，二氧化鈦一般以?xún)煞N狀態(tài)存在：金紅石和銳鈦礦。銳鈦礦作為白色顏料使用是從1925年開(kāi)始的，而金紅石作為白色顏料直到1938年才開(kāi)始生產(chǎn)。因?yàn)榻鸺t石的存在，使得這幅油畫(huà)的創(chuàng)作時(shí)間不可能早于1938年，這與凡高的生活時(shí)期（1853年-1890年）是不相符的，因而可以斷定這幅被鑒定的油畫(huà)是一幅贗品。第32頁(yè),