ppt课件 物理 第十六章.ppt

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1、普通高等教育“十二五”创新型规划教材物理主讲人：第十六章光的本性托马斯·杨的双缝干涉实验的成功、麦克斯韦的光的电磁说的提出、光电效应现象的发现和爱因斯坦光子说的建立，使人们逐步认识到光的本性——光具有波粒二象性.第一节光的干涉一、光程二、相干光从同一光源发出的单色光在不同介质中传播时，光的频率不变，其传播速度v=c/n（c为光在真空和介质中的传播速度，n为介质的折射率）随介质改变.两个同样的光源发的光，不能满足相干条件.即使同一光源，不同部分发出的光也不是相干光，因此，在一般情况下，无法看到光的干涉现象.要观察光的干涉现象，必须要获得

2、相干光.获得相干光的方法是将同一束光分成两束光.按分光的方法不同，可分为：（1）分割波阵面法，如杨氏双缝等；（2）分割振幅法，如薄膜的干涉等.三、杨氏双缝干涉英国物理学家托马斯·杨在1801年首次成功地观察到了光的干涉现象.他用单色光照射到遮光板的狭缝S上，从狭缝S通过光照射到两个相距很近的平行狭缝S1和S2上.从S1、S2发出的两束光是来自同一束光，它们是相干光（S1和S2为相干光源），在狭缝后面的屏上相遇，产生干涉现象，于是在屏MN上形成明暗相间的干涉条纹，如图16-1(b)所示，图16-1(a)为实验装置，图16-1(c)为干涉

3、条纹的光强分布情况.在图16-2中，双缝S1和S2相当于两个相干光源，O点为屏与两狭缝连线的垂直平分线相交点，r1和r2表示由光源S1、S2发出的两列光到屏上任一点P的路程（显然，r2>r1），x为P点到O点的距离.如果用δ表示由相干光源S1、S2发出的两列相干光到P点的光程差，由于空气的折射率n=1，所以δ=r2-r1.实验发现：当由相干光源S1、S2发出的两列相干光到P点的光程差δ等于波长的整数倍，即当由相干光源S1、S2发出的两列相干光到P点的光程差δ等于半波长的奇数倍，即从理论上可以证明：相邻两明亮条纹中心（或暗纹中心）间的距

4、离Δχ为四、薄膜干涉在日光照射下，肥皂泡、油薄膜或金属表面氧化层薄膜的表面会出现彩色的花纹，这就是薄膜干涉现象.由于各色光干涉后的条纹间距不同，肥皂液膜上就会出现彩色条纹.另外，利用薄膜干涉，可以制作增透膜和增反膜.因此，光的干涉现象证明光具有波动性.第二节光的衍射一、单缝衍射在不透明的遮光板上安装一个宽度可以调节的狭缝AB，缝后放一个屏心MN，用一束单色光线照射狭缝AB.当缝比较宽时，光沿直线传播，在MN上形成一条与缝宽一样的明亮区域ab，如图16-5所示.当狭缝AB变窄时，ab也随之变窄.但是，当狭缝的宽度与光的波长差不多或更小时

5、，尽管ab亮度有所减弱，但光照亮的范围反而变宽了，在屏MN上产生了图16-6所示的条纹.如果将缝换成小孔就会产生如图16-7所示的明暗相间的圆环.实验表明：当缩缝的宽度与光的波长差不多或更小时，光绕过缝或孔的边缘，进入几何阴影区，我们把光绕过障碍物进入几何阴影里的现象叫作光的衍射现象.如果用白光做衍射实验，得到彩色条纹的衍射现象也证明光具有波动性.二、衍射光栅由大量等宽等间距的平行狭缝做成的光学元件称为光栅.如果衍射条纹是由光栅的透射光形成，这种光栅称为透射光栅.如果衍射条纹是由光栅的反射光形成，这种光栅称为反射光栅.图16-8表示光

6、栅的一个截面，a表示每一狭缝的宽度，b表示两条狭缝之间的距离或刻痕的宽度，（a+b）叫作光栅常数.当平行单色光垂直入射于光栅后，经透镜L会聚于屏MN上，呈现各级衍射条纹.光栅的衍射条纹是单缝衍射多缝干涉的结果.第三节光的偏振一、波的偏振让绳上的横波穿过两个狭缝.横波在一定的条件下能够通过狭缝，在一定的条件下不能够通过狭缝的这种现象，叫作波的偏振.如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝，如图16-10所示.实验表明：横波能产生偏振现象，而纵波不能产生偏振现象.二、光的偏振让太阳光

7、或灯光通过偏振片P，我们在P的另一侧观察，以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度不变，如图16-11(a)所示.若在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，当Q与P的偏振化方向平行时，透射光的强度最大，如图16-11(b)所示.当Q与P的偏振化方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零，如图16-11(c)所示.太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向上各个方向振动的光机会均等，强度都相同，这种光叫作自然光,如图16-12所示.当自然光通过第一块偏振片P（称为起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的偏振化方向一致的光，才能通过偏振片P

8、.因此，通过偏振片P的光，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，这种光叫作偏振光,如图16-13所示.图16-11(c)证明了光是横波.第五节光的粒子性一、光电效应把一块擦得很亮的锌板连接在验电器上，用弧光