大学物理 第十四章 光学

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1、第十四章光学一、光的电磁理论1、光在真空中的传播速度：2、光具有波动特征：干涉、衍射、偏振3、光的波粒二象性长波（无线电波）主要表现为波动性短波（射线）主要表现为粒子性光矢量紫外：可见光：红外：可见光的平均波长：单位：埃§14-5光波及其相干条件一、光波1、光源：冷热光源2、发光机制：3、光的单色性：单一波长的光4、波的独立性、叠加性和相干性光是能量的传播(1)波的独立性：相互独立的光束在交汇的时候互不影响。光强，光的平均能流密度。（2）波的叠加：相遇时光矢量的振动等于每束光在此引起的振动的叠加。相互独立不相干叠加不相互独立相干叠加讨论

2、：干涉项不相干相干（3）光的干涉：光波的叠加而引起光强重新分布的现象。①所以两振动要有相同的振动方向②ⅰ同频率ⅱ随机不相干固定相干有固定的相位差ⅲ相干条件:（1）两列光波有相同的振动方向；（2）两列光波频率相等；（3）有固定的相位差。补充条件：（1）相遇处振幅不能相差太大；（2）相遇处相位相差不能太大。（4）光程：将光在介质中走过的路程折算到真空中。真空：介质：n：介质的折射率l：光程x:几何路程例：S1S2Pr1r2xr1=光程四、相干光的获得将同一列光波分解分波前法：杨氏双缝干涉分振幅法：薄膜干涉、迈克尔逊干涉仪分振动面法：晶体的双

3、折射性质§14-6分波前干涉一、杨氏实验1、装置：双缝缝间距∵来自同一束光∴有相同的振动方向；两束光满足相干条件，且相位差只决定于光程差2、实验现象：干涉条纹单色光：明暗相间的条纹，条纹间距相等。白光：中心为白色条纹，两侧为彩色条纹；条纹间距与波长有关。3、分析：方法：找两条光线的光程差明条纹间距：暗条纹间距：条纹等间距条纹间距=一明纹宽度+一暗纹宽度若为白光入射：中央，即对于任何波长均满足，所以0级为白色条纹（复色光）又对应于同一级条纹，，所以内侧为紫条纹，外侧为红条纹。4、杨氏实验的不足之处：双缝比较小，所以光强较弱且伴有衍射的现象

4、。5、杨氏实验的应用可用于测定入射光的波长例1、在杨氏实验中双缝的间距为0.20mm，光屏与狭缝的距离为50cm,测得光屏上相邻亮条纹的间距为1.5mm。求光波的波长。例2、用一很薄的云母片（n=1.58）盖在双缝实验其中的一条缝上；这时屏幕上第七条明纹移到原来的零级条纹处。已知：求：云母片的厚度。例3、在杨氏实验装置中，双缝间距为0.5mm，光屏离双缝的距离为50cm，当以n=1.60透明薄片盖住S2时，发现屏上条纹移动了1cm；试确定该薄片的厚度。§14-7分振幅干涉一、薄膜干涉等顷干涉等厚干涉1、总体讨论：由折射定律：半波损失：当

5、光线由光疏介质射向光密介质的时候，反射光线存在半波损失。例:空气玻璃明纹暗纹条纹决定于（1）若为常数，则相同为同一级条纹——等顷干涉（2）若为常数，则相同为同一级条纹——等厚干涉2、等顷干涉明纹暗纹条纹呈现于透镜的焦平面上——呈圆环形①中心点中心点亮暗不定；中心点级次最高，边缘级次低。②相邻条纹间距中间稀疏，边缘密集。③若为白光入射红光在内，紫光在外。3、等厚干涉（劈尖干涉）由于光入射角不同，点P可在薄膜上或下面。研究垂直入射的光线若为空气劈尖明纹暗纹①劈尖处：e=0一定为暗纹②干涉条纹为平行于劈刃的明暗相间的条纹，呈现于薄膜的表面上；

6、若入射光为白光，则为彩色条纹。干涉条纹③相邻两明（暗）条纹的厚度差：相邻两明（暗）条纹的间距：讨论：条纹会变得密集只有劈尖夹角很小，才有干涉条纹。4、牛顿环（等厚干涉）明暗相间的同心圆环状的干涉条纹环心为暗点。从中心向外数第K个暗环的半径：例1、空气中垂直入射的白光从肥皂膜上反射时，处，干涉极大；处，有一干涉极小，在这干涉极大与极小之间，无另外的极小。求：薄膜的厚度。例2、一平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，；油膜又盖在玻璃上（）；所用光源的波长可以连续变化；观察到两波长反射消失。试求：薄膜的厚度。例3、水平玻璃上，有一滴油不断的扩

7、展。问：油滴中央的干涉条纹是不断冒出来还是不断陷进去？例4、有两块玻璃平板，长，一端接触，另一端夹住一金属丝；平板玻璃形成角度很小的劈尖空气层。现以的钠光垂直入射，在玻璃上方用显微镜观测干涉条纹：（1）观察到相邻两明（暗）纹的间距为0.1mm，求金属丝的直径；（2）将金属丝通电，受热膨胀，直径增大，玻璃片上距接触点的固定点观察到干涉条纹移过了两条。求：金属丝膨胀了多少？§14-8惠更斯—菲涅尔原理和衍射分类一、惠更斯—菲涅尔原理同一波前上各点都可以认为是发射球面子波的波源，空间任一点的光振动是所有这些子波在该点的相干叠加。惠更斯-菲涅耳

8、原理是波动光学的基本原理。C：比例系数：倾斜因子整个波前在P点光振动的复振幅为——菲涅尔衍射积分公式由基尔霍夫平面屏衍射理论得到所以有——菲涅尔—基尔霍夫衍射积分公式二、衍射现象的分类：衍射系统：光源——