大学物理备课笔记10

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1、第十章波动光学第十章波动光学光学是研究光的发射、传播、吸收，以及光和物质的相互作用及其应用的学科，是最古老的物理学科之一，人们对光的认识经历了多个阶段，从人们对光的认识的历史可以折射去人们的思维和科技发展水平，如今对光的研究仍在继续，并且发展前景广阔。光学发展简史：1)、萌芽时期；2)、几何光学时期；3)、波动光学时期；4)、量子光学时期（光电效应、康普顿效应）；5)、现代光学时期（激光、全息、光通信）。【VIDEO—26m04s】本章主要研究光的干涉、衍射、偏振等现象，属于波动光学{waveoptics}范畴，所讨论的大多为可见光，波长在400-76

2、0nm之间。§10.1光的相干性计划学时：1基本概念光矢量了解光的相干性理解基本关系或规律任务目标掌握相干光的获得方法作业~1~物理教研室Lyon一、光矢量光是电磁波，电磁波是横波，E与H在相互正交的平面内传播，但通常情况下，引起感光作用与生理作用的主要是其中的电矢量E，所以我们研究E矢量来表示光的波动，并把E称为光矢量。二、光的相干性如果光能发生干涉现象，必须要满足相干波条件（频率相同、振动方向相同、相位差恒定），但是想找到满足这个相干条件的两个光源，却不容易。这是因为光是原子由高能级跃迁到低能级产生的一种能量辐射。这种辐射具有如下特点：-81)、辐

3、射时间短：每次原子跃迁在10左右秒就完成，加之大量分子无规则的辐射，所以辐射的光波波列非常短，即相干长度很短，光的单色性越好，光的相干长度越长（白光波列仅几微米，钠灯黄光波列几厘米，氦氖激光波列几千米）；2)、辐射随机：大量原子的发光基本都是独立进行的、射向各个方向的、不同时的，包含各种频率、各种振动方向、各种相位的波列。由此可见，通常情况下，两个独立的光源发出的光波，并不满足相干条件，即使同一光源的不同部位发出的光也不一定满足相干条件。三、相干光的获得方法虽然相干光不容易获得，但是我们可以采取光学的办法，将同一原子发射出的光波波列一分为二，让这两列波

4、列经过不同的光路，然后在某一空间区域再次相遇，由于这两个波列实际上来源于同一波列，满足相干波条件，所以，两列光波将发生干涉。基于此，在宏观~2~第十章波动光学上，我们通常采用如下两种方法获得相干光。1、分波阵面法：杨氏干涉、劳埃德镜均属于分波阵面法。2、分振幅法：等厚干涉属于分振幅法。需要指出的是，除满足上述相干条件以外，还应满足以下两个附加条件才能获得良好的干涉花样：1)、两束相干光的强度不能相差太大，例如如果A>>A，则干涉加强点的合12振幅A=A+A≈A，干涉减弱点的合振幅A=A−A≈A，干涉现象不明显；1211212)、两列光的光程相差不能太大

5、，否则，相干的两个光波波列不能在空间区域内叠加，不能产生干涉。【举例】肥皂膜上能够看到干涉条纹，但玻璃板上却看不到~3~第十章波动光学§10.2双缝干涉计划学时：1基本概念杨氏双缝干涉掌握劳埃德镜理解基本关系或规律任务目标掌握杨氏双缝干涉明条纹的位置、条纹特征等。作业I一、1一、杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉{Young’sdoubleslitinterference}实验是最早的利用单一光源形成相干光，从而观测到光的干涉现象的实验，为波动说的确立提供了重要依据。如图可知，2222⎛a⎞22⎛a⎞r1=D+⎜x−⎟，r2=D+⎜x+⎟⎝2⎠⎝2⎠于是有，22

6、22⎛a⎞⎛a⎞r2−r1=⎜x+⎟−⎜x−⎟⎝2⎠⎝2⎠22()()⎛a⎞⎛a⎞r2+r1r2−r1=⎜x+⎟−⎜x−⎟=2ax⎝2⎠⎝2⎠由于D>>a，所以有近似r+r≈2D21ax于是两列光波的波程差δ=r−r=21D两列波来自于同波阵面，相位相同，根据所学知识，我们知道：axDλ1)、当波程差δ==kλ（k=0,±1,±2,L）时，干涉加强，即接收屏上x=kkDa位置处光波干涉极强，出现亮条纹；~5~物理教研室Lyon我们把k=0的位置称为中央明纹，把k=±1的位置称为第一级明纹……axλ2)、当波程差δ==()2k+1（k=0,±1,±2,L

7、）时，干涉减弱，即接收屏上D2Dλx=()2k+1位置处光波干涉极弱，出现暗条纹。k2a【讨论】条纹特征1)、杨氏双缝干涉条纹为明暗相间的直条纹，并对称分布在中央明纹两侧；Dλ2)、相邻明纹（暗纹）之间的间隔均为Δx=x−x=，可见，明暗条纹k+1ka均匀分布；3)、屏幕越远，波长越长，缝距越小则条纹间距越大，反之不同；4)、若用白光照射，则屏幕中央为白条纹，两侧依次分布着由紫到红的彩色条纹；5)、如果干涉条纹发生移动，一个条纹的移动必然对应着一个波长的光程差的改变。二、劳埃德镜劳埃德镜装置如图。入射光与反射光发生了干涉，可以在屏幕中接收到明暗相间的干

8、涉条纹。由于反射光可以看作由光源的像点发出，所以，劳埃德镜酷似双缝干涉实验。将接收屏竖直放置在