第十八章 光的波动性

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1、《大学物理》电子教案第十八章光的波动性[教学时数]10[教学内容]第一节光源相干性光程第二节分波阵面干涉第三节分振幅干涉第四节光的衍射第五节单缝衍射第六节衍射光栅第七节圆孔衍射第八节X射线的衍射[教学要求]（1）理解光程的概念；（2）掌握杨氏双缝干涉和薄膜干涉的分析方法；（3）理解单缝衍射和光栅衍射；（4）了解圆孔衍射和X射线的衍射。[重点]光的相干条件、明暗纹条件；衍射的机制；光栅衍射[难点]利用菲涅尔半波带法分析单缝衍射的明暗纹条件[教学方法]讲授法、谈话法、启发法、范例教学法[教学方案]1.内容安排第一次大课完成1、2节，第二次大课完成第

2、3节，第三次大课完成4、5节，第四次大课完成第6节，第五次大课完成7、8节。2.活动安排理论讲授、例题讲解、课堂练习、课后练习37《大学物理》电子教案引言一、回顾展望什么运动可见部分不可见二、研究内容发射传播接收吸收散射色散三、研究方法振动波动叠加几何分析四、光学的发展萌芽几何波动量子现代五、光学的分类：六、波动光学及其应用研究方面：诺贝尔奖技术方面：光信息技术（编码、传输、存储）激光技术（通讯、制造、探测、医疗）全息红外遥感遥测光谱(天文、化学)第一节光源相干性光程一、光源的发光机制波列单色性1．光源：发光物体。（1）热光源（2）冷光源2．发

3、光机制波列波列：37《大学物理》电子教案频率，振向。长度，约1米数量级，。3．可见光：波长4000埃～7700埃（1＝10－10m）4．单色光、复色光、单色光获得：棱镜，光栅，激光器。二、两束光波叠加设两束光波中的两个波列一段时间τ内两束光在叠加处的平均光强位相差不恒定：37《大学物理》电子教案位相差恒定：当最大最小1．两光束的相干条件：（1）同频率、同振向、固定位相差。（2）振幅相差不大。（3）光程差不大。相干长度：最大光程差。一个波列的长度。2．实现的方法：分波阵面法。分振幅法。激光法。三、光程和光程差1．波程差37《大学物理》电子教案2．

4、位相差与波程差的关系2．光程(1)光程nx(2)介质折射率(3)不同介质中频率不变、波速变。(4)不同介质中波长变(5)等价原则――波数相等：3．光程差：例：求光程差解：37《大学物理》电子教案四、半波损失光密(n大)→光疏(n小)没有，光疏→光密有。五、薄透镜不引起附加光程差只改变方向第二节分波阵面干涉一、杨氏双缝干涉1、实验现象2、干涉明暗条纹条件θ很小时（1）P：（2）明纹条件：37《大学物理》电子教案（3）暗纹条件：（4）相邻明（暗）纹间距：暗纹为例例：杨氏双缝，d=0.30mm，D=1.2m，中央两侧第5条暗纹间隔22.8mm，求λ。

5、解：暗纹间距波长例：杨氏双缝，d=0.45mm,λ=540nm。Δx=1.2mm，D=?n=1.5,t=9.0玻片遮盖狭缝S2，干涉条纹发生什么变化？解：(1)37《大学物理》电子教案(2)明纹条件中央明纹干涉条纹整体下移10mm例：n=1.5插入，第5级亮纹变成中明纹，求t，已知λ=6.0×10-7m。解：相干条件*例：双缝间距0.2mm，缝屏距离1m。第一级明纹到同侧第四级明纹7.5mm，求入射光波长；入射光波长，求相邻明纹间距。37《大学物理》电子教案解：（1）明纹坐标（2）当时，相邻明纹间距为*例：白光双缝干涉。缝间距d，试求可见的光谱

6、级次。解：白光390～750nm明纹重叠：k级红光λr和k+1级紫光λv明纹光程差相等从紫到红排列只有正负各一级。*例：双缝装置对于钠黄光（λ＝5893埃）产生角距离的干涉条纹。将此装置浸没水中，则（n水＝4/3）解：相邻两纹间距：37《大学物理》电子教案，求d*例：n=1.4，n=1.7。中央极大变为第五级亮纹。λ＝4800埃，求t。解：一缝增加光程（1.7-1）t另一缝增加光程（1.4-1）t总附加光程（1.7-1）t-（1.4-1）t＝0.3t0.3t=5λ＝5×4800埃t＝8×10－6米条纹向n=1.7方向移。*二、菲涅耳双面镜实验1

7、、定性分析：2、明暗条纹位置明纹：；暗纹：37《大学物理》电子教案；明（暗）条纹相邻间距：。在此，d=？D=？设，可有，，、、S在同一圆周上，沿法向，沿法向与夹角为和夹角，即，*三、洛埃镜实验1、定性分析折射率n：，（：光密媒质；：光疏媒质）2、明暗纹位置考虑到反射光有半波损失，所以波程差为37《大学物理》电子教案（1）明纹：时P点为明纹。（2）暗纹：时，P点为暗纹。相邻明（暗）纹间距=，即第三节分振幅干涉一、薄膜干涉1、含义2、干涉明暗条件n>n’光程差：37《大学物理》电子教案其中，说明：（1）只取两束（2）半波损失（3）复色光彩色二、等倾

8、干涉（膜为平行平面）讨论：远离干涉图样中心时，k变小37《大学物理》电子教案例：观察肥皂水薄膜（n＝1.33）反射光，呈绿色（Ǻ），法线和视线间角度i