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1、第十一章光学第十一章光学11-1杨氏双缝干涉【学习指导】一、光的干涉1.发光机制光波:是波长在3500Å——7700Å之间的电磁波。一个原子的发光:一次发光只能发出(1)频率一定、(2)振动方向一定、(3)长度有限的一段波列。光源——大量原子的发光:发出具有不同频率、不同振动方向、不同位相的电磁波。2.光的干涉现象两列光波叠加后,在某些地方光强始终加强,在另一些地方光强始终减弱的现象。3.光的相干条件:两列光波的(1)频率相同、(2)振动方向相同、(3)位相相同或位相差恒定。二、干涉基本理论1.位相差和光程差光程:光在媒质中所传播的距离与该媒质折射率的乘积。即。光程的意义:光程表
2、示在相同时间内,光在介质n中传播r距离引起的位相差等于光在真空中传播距离所引起的位相差。光程差:位相差与光程差的关系:2.额外光程差——半波损失的影响半波损失:光从光疏媒质(n小)入射到光密媒质(n大)在界面发生反射时,反射光的位相与入射光相比,在反射点突然改变,引起附加光程差λ/2。理解:(1)半波损失发生在反射光,且从光疏媒质入射到光密媒质而反射到光疏媒质时发生。(2)若额外光程差为λ/2的偶数倍,在讨论干涉问题时不考虑其影响。3.干涉基本原理光程差决定干涉明、暗条纹的位置:明纹暗纹三、杨氏双缝干涉1.明暗条纹位置角位置:()明纹86第十一章光学()暗纹若很小则:线位置:明纹
3、暗纹2.相邻两明条纹(或暗条纹)间的距离为:3.干涉条纹变动任何原因引起光程差的改变,将导致干涉条纹的移动(条纹间距的变化和条纹的整体移动)。条纹间距的变化由条纹间距公式判定,条纹的整体移动由中央明纹的位置确定。光程差的改变量与条纹移动数目之间的关系为:【典型例题】SS1S2屏OP图11-1【例11-1】如图11-1所示:缝光源S发出波长为l的单色光照射在对称的双缝S1、S2上,通过空气后在屏上形成干涉条纹。(1)若点P处为第3级明条纹,求光从S1、S2到P点的光程差;(2)若在S2后放一折射率为1.5的透明薄片,则点P处为第5级明条纹,求该薄片的厚度;(3)若将整个装置放于某种
4、液体中,点P处为第4级明条纹,求该液体的折射率。【解】(1)根据双缝干涉明条纹条件可得:S1、S2到P点的光程差(2)设该薄片的厚度为d,则此时从S1、S2到P点的光程差,所以(3)此时从S1、S2到P点的光程差,所以【例11-2】在杨氏双缝实验中,若(1)屏幕移近,(2)双缝间距变小,(3)装置放于水中。干涉条纹将分别如何变化?【解】由条纹间距公式知:(1)减小导致减小,即干涉条纹间距变窄。(2)双缝间距d变小,干涉条纹间距变宽。(3)光在水中的波长减小为,则干涉条纹间距变窄。【例11-3】若用厚度为e,折射率为n的云母片盖住杨氏双缝实验中的上缝,如图11-286第十一章光学所
5、示。则干涉条纹向移动;在原中央明条纹处的光程差为;条纹移动条。0r2Pr1es1图11-2s2【解】对中央明条纹光程差即条纹向上移动。在原中央明条纹处()的光程差为:由得:0r2r1Pds1s2d图11-3【例11-4】杨氏双缝实验中,若用厚度均为d的云母片(n1=1.4、n2=1.7)分别盖住S1及S2缝,如图11-3所示,中央位置O处变为第五级明条纹。已知l=4800Å,求玻璃片的厚度d。【解】中央位置O处:盖住玻璃片后,对中央位置O处,有所以:【分类习题】一.选择题1.真空中波长为l的单色光,在折射率为n的均匀透明媒质中,从A点沿某一路径传播到B点,路径的长度为l.A、B两
6、点光振动位相差记为Dj,则(A)当l=3l/2,有Dj=3p.(B)当l=3l/(2n),有Dj=3np.(C)当l=3l/(2n),有Dj=3p.(D)当l=3nl/2,有Dj=3np.ààs1s2n1n2P图11-42.如图11-4所示,设s1、s2为两相干光源发出波长为l的单色光,分别通过两种介质(折射率分别为n1和n2,且n1>n2)射到介质的分界面上的P点,己知s1P=s2P=r,则这两条光的几何路程之差Dr,光程差d和相位差Dj分别为(A)Dr=0,d=0,Dj=0.(B)Dr=(n1-n2)r,d=(n1-n2)r,Dj=2p(n1-n2)r/l.(C)Dr=0,d
7、=(n1-n2)r,Dj=2p(n1-n2)r/l.(D)Dr=0,d=(n1-n2)r,Dj=2p(n1-n2)r.3.86第十一章光学用白光光源进行双缝实验,若用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝,用一个纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝,则(A)干涉条纹的宽度将发生改变.(B)产生红光和蓝光的两套彩色干涉条纹.(C)干涉条纹的亮度将发生改变.(D)不产生干涉条纹.ss1s2MEP¬图11-54.在双缝干涉中,屏幕E上的P点处是明条纹,若将缝s2盖住,并在s1s2连线的垂直平分面处放一反射
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