大学物理第11章重点小结.ppt

第十一章 光学 物理学 第五版 光 学 第 十 一 章 1 第十一章 光学 物理学 第五版 光的干涉 一 理解相干光的条件及获得相干光的 方法. 二 掌握光程的概念以及光程差和相位 差的关系，理解在什么情况下的反射光有相 位跃变. 11-0 教学基本要求 2 第十一章 光学 物理学 第五版 三 能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等 厚干涉条纹的位置. 四 了解迈克耳孙干涉仪的工作原理. 11-0 教学基本要求 3 第十一章 光学 物理学 第五版 二 了解用波带法来分析单缝的夫琅禾 费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及 波长对衍射条纹分布的影响. 光的衍射 一 了解惠更斯菲涅耳原理及它对光的 衍射现象的定性解释. 11-0 教学基本要求 4 第十一章 光学 物理学 第五版 三 理解光栅衍射公式 , 会确定光栅衍射 谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅 衍射谱线分布的影响. 四 了解衍射对光学仪器分辨率的影响. 五 了解 x 射线的衍射现象和布拉格公式 的物理意义. 11-0 教学基本要求 5 第十一章 光学 物理学 第五版 光的偏振 一 理解自然光与偏振光的区别. 二 理解布儒斯特定律和马吕斯定律. 三 了解双折射现象. 四 了解线偏振光的获得方法和检验 方法. 11-0 教学基本要求 6 第十一章 光学 物理学 第五版 光的干涉 11-0 教学基本要求 7 第十一章 光学 物理学 第五版 实 验 装 置 p 一 杨氏双缝干涉实验 波程差 8 第十一章 光学 物理学 第五版 实 验 装 置 p 加强 减弱 9 第十一章 光学 物理学 第五版 暗纹 明纹 p 10 第十一章 光学 物理学 第五版 讨论 条纹间距 明、暗条纹的位置 白光照射时，出现彩色条纹 暗纹 明纹 11 第十一章 光学 物理学 第五版 (1) 一定时，若 变化, 则 将怎样变化？ 12 第十一章 光学 物理学 第五版 (2) 一定时,条纹间距 与 的关系如何 ？ 13 第十一章 光学 物理学 第五版 二 劳埃德镜 半波损失 ：光由光速较大的介质射向 光速较小的介质时，反射光位相突变 . P M L 14 第十一章 光学 物理学 第五版 物理意义：光程就是光在介 质中通过的几何路程按相位差相 等折合到真空中的路程. (1)光程: 介质折射率与光的几何路程之积 = 三 光程 15 第十一章 光学 物理学 第五版 (2)光程差 (两光程之差) 光程差 * P * 相位差 16 第十一章 光学 物理学 第五版 干涉加强 干涉减弱 17 第十一章 光学 物理学 第五版 A B 透镜不引起附加的光程差 A B 焦平面 18 第十一章 光学 物理学 第五版 P L 四 薄膜干涉 D C 3 4 E 5 A 1 B 2 19 第十一章 光学 物理学 第五版 当光线垂直入射时 当 时 当 时 20 第十一章 光学 物理学 第五版 例 一油轮漏出的油(折射率n1=1.20)污 染了某海域, 在海水(n2=1.30)表面形成一层 薄薄的油污. (1)如果太阳正位于海域上空，一直升飞 机的驾驶员从机上向正下方观察，他所正对 的油层厚度为460 nm,则他将观察到油层呈什 么颜色? (2)如果一潜水员潜入该区域水下，并向 正上方观察，又将看到油层呈什么颜色？ 21 第十一章 光学 物理学 第五版 解 (1) 绿色 已知n1=1.20n2=1.30d=460 nm 22 第十一章 光学 物理学 第五版 (2)透射光的光程差 红光 紫光 紫红色 23 第十一章 光学 物理学 第五版 23 玻璃 取 （增强） 氟化镁为增透膜 例 为了增加透射率，求氟化镁膜的最 小厚度已知 空气n1=1.00，氟化镁 n2=1.38 ，=550 nm 减弱 解 则 24 第十一章 光学 物理学 第五版 S M 劈尖角 五 劈 尖 25 第十一章 光学 物理学 第五版 明纹 暗纹 26 第十一章 光学 物理学 第五版 劈尖干涉 （明纹） （暗纹） 讨论 (1)棱边处 为暗纹. 27 第十一章 光学 物理学 第五版 (2)相邻明纹（暗纹） 间的厚度差 劈尖干涉 28 第十一章 光学 物理学 第五版 劈尖干涉 (3)条纹间距 29 第十一章 光学 物理学 第五版 (4 )干涉条纹的移动 30 第十一章 光学 物理学 第五版 (1)干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用 31 第十一章 光学 物理学 第五版 (2)检验光学元件表面的平整度 32 第十一章 光学 物理学 第五版 空气 (3)测细丝的直径 33 第十一章 光学 物理学 第五版 六六 牛顿环牛顿环 由一块平板玻璃和一平凸透镜组成 光程差 34 第十一章 光学 物理学 第五版 牛顿环实验装置牛顿环实验装置 牛顿环干涉图样 显微镜 S L M 半透 半反镜 T 35 第十一章 光学 物理学 第五版 R 明纹 暗纹 rd 光程差 第十一章 光学 物理学 第五版 (1)从反射光中观测，中心点是暗点还 是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还 是亮点？ (2)属于等厚干涉，条纹间距相等吗？ 暗环半径 明环半径 讨 论 第十一章 光学 物理学 第五版 测量透镜的曲率半径测量透镜的曲率半径 38 第十一章 光学 物理学 第五版 干涉 条纹 移动 数目 七 迈克耳孙干涉仪的主要特性 (1)两相干光束完全分开； (2)两光束的光程差可调. 移 动 距 离 移动反射镜 39 第十一章 光学 物理学 第五版 插入介质片光程差 光程差变化 光程差 40 第十一章 光学 物理学 第五版 干涉条纹移动数目 介质片厚度 41 第十一章 光学 物理学 第五版 例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别 插入 长的玻璃管，其中一个抽成 真空， 另一个则储有压强为 的空气 , 用以测量空气的折射率 . 设所用 光波波长为546 nm，实验时，向真空玻璃管 中逐渐充入空气，直至压强达到 为止 . 在此过程中 ，观察到107.2条干涉条 纹的移动，试求空气的折射率 . 42 第十一章 光学 物理学 第五版 解 已知 43 第十一章 光学 物理学 第五版 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm 解 设云母片厚度为 d 。无云母片时，零级亮纹在屏上 P 点， 则到达 P 点的两束光的光程差为零。加上云母片后，到达P 点的两光束的光程差为 当 P 点为第七级明纹位置时 例 求 此云母片的厚度是多少？ 44 第十一章 光学 物理学 第五版 一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上，油膜覆 盖在玻璃板上，所用光源波长可连续变化，观察到500nm和 700nm这两个波长的光在反射中消失。油的折射率为1.30， 玻璃的折射率为1.50 解 根据题意，不需考虑半波损失，暗纹的条件为 例 求 油膜的厚度 45 第十一章 光学 物理学 第五版 光的衍射 11-0 教学基本要求 46 第十一章 光学 物理学 第五版 干涉相消(暗纹暗纹) ) 干涉加强(明纹明纹) （介于明暗之间） 个半波带 个半波带 中央明纹中心 （ 个半波带） 一 单缝衍射 47 第十一章 光学 物理学 第五版 单缝衍射光强分布 干涉相消（暗纹暗纹） 干涉加强（明纹明纹） 48 第十一章 光学 物理学 第五版 (1)第一暗纹距中心的距离 第一暗纹的衍射角 49 第十一章 光学 物理学 第五版 一定， 越大， 越大，衍射效应越明显. 光直线传播 增大， 减小 一定 减小， 增大 衍射最大 第一暗纹的衍射角 50 第十一章 光学 物理学 第五版 角范围 线范围 中央明纹的宽度 (2)中央明纹 （ 的两暗纹间） 51 第十一章 光学 物理学 第五版 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？ 52 第十一章 光学 物理学 第五版 越大， 越大，衍射效应越明显. 入射波长变化，衍射效应如何变化 ? 53 第十一章 光学 物理学 第五版 (3)条纹宽度（相邻条纹间距） 除了中央明纹外 其它明纹的宽度 干涉相消（暗纹暗纹） 干涉加强（明纹明纹） 54 第十一章 光学 物理学 第五版 (5)入射光非垂直入射时光程差的计算 55 第十一章 光学 物理学 第五版 二 圆孔衍射 艾 里 斑 ：艾里斑直径 56 第十一章 光学 物理学 第五版 最小分辨角 光学仪器分辨率 57 第十一章 光学 物理学 第五版 三 光栅衍射 光栅常数： 光栅常数 衍射角 b ：透光部分的宽度 b ：不透光部分的宽度 58 第十一章 光学 物理学 第五版 缝间干涉主极大就是光栅衍射主极大，其位置满足 光栅方程 多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制，使得主极大光 强大小不同，在单缝衍射光强极小处的主极大缺级。 缺级条件 如 3. 缺级条件分析 2. 光栅方程 59 第十一章 光学 物理学 第五版 条纹最高级数 60 第十一章 光学 物理学 第五版 一定， 减少， 增大 一定， 增大， 增大 光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔 越远. 入射光波长越大，明纹间相隔越远. 61 第十一章 光学 物理学 第五版 入射光为白光时，形成彩色光谱. 三 衍射光谱 一级光谱 二级光谱 三级光谱 62 第十一章 光学 物理学 第五版 例1 用白光垂直照射在每厘米有6500条刻 痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角. 解 红光 紫光 不可见 63 第十一章 光学 物理学 第五版 第三级光谱的张角 第三级光谱所能出现的最大波长 绿光 64 第十一章 光学 物理学 第五版 时，第二级主极大也发生缺级，不符题意，舍去。 每毫米均匀刻有100条线的光栅，宽度为D =10 mm，当波 长为500 nm的平行光垂直入射时，第四级主极大谱线刚好 消失，第二级主极大的光强不为 0 。 (光栅狭缝可能的宽度 例 光栅常数 第四级主极大缺级，故有 求 解 时 时， 65 第十一章 光学 物理学 第五版 当 = -90o 时 当 = 90o 时 一束波长为 480 nm 的单色平行光，照射在每毫米内有600 条刻痕的平面透射光栅上。 求(1) 光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？ (2) 光线以 30o入射角入射时，最多能看到第几级光谱？ 例 解 (1) (2) 66 第十一章 光学 物理学 第五版 例 波长600nm(1nm=109m)的单色光垂直入射 到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为 30，且第三级是缺级。 求：(1) 光栅常数等于多少？ (2) 透光缝可能的最小宽度等于多少？ (3)按上述选定的缝宽和光栅常数，写出 光屏上实际呈现的全部级数 67 第十一章 光学 物理学 第五版 例 波长600nm的单色光垂直入射在一光栅上， 有2个相邻主极大明纹分别出现在sin1=0.20与 sin2=0.30处，且第4级缺级。 试求：（1）光栅常数； （2）光栅狭缝的最小宽度； （3）按上述选定的缝宽和光栅常数， 写出光屏上实际呈现的全部级数。 68 第十一章 光学 物理学 第五版 光的偏振 11-0 教学基本要求 69 第十一章 光学 物理学 第五版 振动面 一、 偏振光（线偏振光 ） 符号表示 光振动只沿某一固定方向的光 . 70 第十一章 光学 物理学 第五版 部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之 垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振 光 . 符号表示 71 第十一章 光学 物理学 第五版 起 偏 偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上 时，它只让某一特定方向的光通过，这个方 向叫此偏振片的偏振化方向 . 偏振化方向 起偏器 72 第十一章 光学 物理学 第五版 检偏器 检 偏 起偏器 73 第十一章 光学 物理学 第五版 N M 二、马吕斯定律（1880 年 ） 检偏器起偏器 N M 马吕斯定律 74 第十一章 光学 物理学 第五版 入射面 入射光线和 法线所成的平面 . 反射光 部分偏振光，垂直于入射面的 振动大于平行于入射面的振动 . 三、光反射与折射时的偏振 空气 玻璃 75 第十一章 光学 物理学 第五版 折射光 部分偏振光，平行于入射面 的振动大于垂直于入