大学物理学电子教案.ppt

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1、大学物理学电子教案海大理学院教学课件光的干涉（1）光学绪言17-1相干光17-2杨氏双缝干涉一、光学的研究内容研究光的本性；光的产生、传输与接收规律；光与物质的相互作用；光学的应用。绪言二、光的两种学说牛顿的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。惠更斯的波动说光是机械波，在弹性介质“以太”中传播。四、光学的分类几何光学以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪器成象规律。物理光学以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。波动光学——光的波动性：研究光的传输规律及其应用的学科量子光学——光的粒子性：研究光与物质相互作用规律及其应用的学科三、光的本性光的电磁理论——波动性

2、：干涉、衍射、偏振光的量子理论——粒子性：黑体辐射、光电效应、康普顿效应光的干涉光的衍射光的偏振第十七章波动光学一、光波1．光波的概念：红外光：λ>0.76μm可见光：0.40μm与0.76μm之间紫外光：λ<0.40μm§17－1相干光2．光的颜色：单色光——只含单一波长的光：激光复色光——不同波长单色光的混合：白光3．光的速度与折射率：v=c/n二、光矢量1．光矢量电场强度E的振动称为光振动，电场强度称为光矢量。2．光强光的平均能流密度，表示单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光的能量在一个周期内的平均值I=E02三、光的干涉现象1．什么是光的干涉现象两束光的相遇区域形成稳定的、有

3、强有弱的光强分布。2．相干条件①振动方向相同②振动频率相同③相位相同或相位差保持恒定3．相干光与相干光源两束满足相干条件的光称为相干光相应的光源称为相干光源4．明暗条纹条件用相位差表示：明条纹：Δ=±2kk=0,1,2,…暗条纹：Δ=±(2k-1)k=1,2,3,…用波程差表示根据波程差与相位差的关系Δ=2δ/λ明条纹：δ=±kλk=0,1,2,…暗条纹：δ=±(2k-1)λ/2k=1,2,3,…四、相干光的获得1．普通光源的发光机理光波列长度：m结论：普通光源发出的光波不满足相干条件，不是相干光，不能产生干涉现象。特点：同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性，而不同原

4、子发光具有独立性。2．获得相干光源的两种方法原理：将同一光源上同一点或极小区域发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，它们是相干光。方法：分波阵面法：把光波的阵面分为两部分分振幅法：利用两个反射面产生两束反射光SE§17－2杨氏双缝干涉、洛埃镜、双镜一、杨氏双缝干涉托马斯·杨（ThomasYoung）英国物理学家、医生和考古学家，光的波动说的奠基人之一波动光学：杨氏双缝干涉实验生理光学：三原色原理材料力学：杨氏弹性模量考古学：破译古埃及石碑上的文字1、杨氏简介2、杨氏双缝干涉实验装置1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位

5、差的方法来研究光的干涉现象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。3、双缝干涉的波程差两光波在P点的波程差为δ=r2-r1r12=D2+(x-d/2)2r22=D2+(x+d/2)2所以r22-r12=2xd即(r2-r1)(r2+r1)=2xd采用近似r2+r1≈2D波程差为δ=r2-r1=xd/Dr2r1OPxdS2S1D4、干涉条纹的位置（1）明条纹：δ=xd/D=±kλ中心位置：x=±kDλ/dk=0,1,2,…（2）暗条纹：δ=xd/D=±(2k-1)λ/2中心位置：x=±(2k-1)Dλ/(2d)k=1,2,3,…（3）条纹

6、间距：相邻明纹中心或相邻暗纹中心的距离称为条纹间距Δx=Dλ/d5、干涉条纹的特点双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹，上下对称。①光源S位置改变：S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移；S上，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。②双缝间距d改变：当d增大时，Δx减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。当d减小时，Δx增大，条纹变稀疏。③双缝与屏幕间距D改变：当D减小时，Δx减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。当D增大时，Δx增大，条纹变稀疏。Δx=Dλ/d演示6、讨论Δx=Dλ/d（1）波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化对于不同的光波，若满足k1λ1=k2

7、λ2出现干涉条纹的重叠。④入射光波长改变：当λ增大时，Δx增大，条纹变疏；当λ减小时，Δx减小，条纹变密。若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。（2）介质对干涉条纹的影响①在S1后加透明介质薄膜，干涉条纹如何变化？零级明纹上移至点P，屏上所有干涉条纹同时向上平移。移过条纹数目Δk=(n-1)t/λ条纹移动距离OP=Δk·Δx若S2后加透明介质薄膜，干涉条纹下移。r2r1OPxdS2S1②若把整个实验装置置于折射率为n的介质中