《波动光学总结》PPT课件.ppt

第十一章 波动光学小结 1，重点内容总结 2，典型例题详解 3，课堂练习 1 波动光学 光的干涉光的衍射光的偏振 杨氏 双缝干涉 薄膜 干涉 等倾干涉 等厚干涉 增透膜 增反膜 劈尖膜牛顿环 夫琅 禾费衍射 单缝衍射 光栅衍射 偏振光 的获得 偏振片 的起偏 检偏 反射起偏 布儒斯特 定律 马吕斯 定律 2 一、光的干涉 1.光程差： 相位差和光程差的关系： 3 2.杨氏双缝干涉 明纹 暗纹 条纹间距 3.薄膜干涉考虑半波损失 垂直入射：i0 4 4.等厚条纹 (1) 劈尖 (2) 牛顿环 第m个暗环半径 5.迈克耳逊干涉仪 第m个明环半径 5 1.单缝的夫琅禾费衍射 暗纹 明纹(中心) 2.光学仪器的最小分辨角 3.光栅方程 明纹(主明纹)条件 ： 明纹缺级级次： 二、光的衍射 6 三、光的偏振 1.马吕斯定律 2.布儒斯特定律 自然光获得偏振光： 7 1杨氏双缝实验 2 等倾干涉 3 劈尖膜 4 牛顿环 5 单缝衍射 6 光栅衍射 7 光的偏振 七个重要知识点 选择， 填空， 简答题 大题 8 1 杨氏双缝实验 1.一个屏上有两条间隔为0.100 mm 的缝，距观察屏 为1.20 m。有一波长为500 nm的光垂直入射到双缝。 屏上相邻两明纹之间的距离为 6mm 若波长换为700 nm， 则屏上相邻两明纹之间的距离 为8.4mm 9 2. 一双缝干涉实验中，两缝间距为0.20 mm，在1.0 m 远处测得第3级明纹与中央明纹之间的距离为7.5 mm， 则所用的光的波长为500nm 明纹 10 3.一双缝装置的一个缝被折射率为1.60的薄塑料片所遮盖 ，入射光波长为640 nm。在塑料片插入后，屏上原来中央 明纹极大点，现在变为暗纹。则塑料片的最小厚度xxx 解：厚度为e，折射率为n的薄膜插入前后，引起光程差的改变为 11 1 杨氏双缝实验： （1） 条纹间距 （2）屏上明（或暗）纹的位置 （3）光程差改变后，屏上条纹的变化 明纹 暗纹 光的干涉：关键求光程差 12 2 等倾干涉（薄膜干涉）：增透膜，增反膜厚度的计算 例. 折射率为 ，厚度为e的透明介质薄膜的上方和下方 的透明介质的折射率分别 ， ， 且 ； 若用波长为 的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从 薄膜上，下两表面反射的光束的光程差为（ ）： B 13 例.一片平玻璃（ n=1.51 )表面附有一层酒精膜（n1.36 ）。今用一波长连续可调的单色光，垂直照射酒精膜面。 当 波长为512 nm时，反射光干涉相消，当波长为640 nm时， 反射光干涉相长。此膜的厚度为470.58nm 分析：首先判断有无半波损失无半波损失 14 2 等倾干涉：增透膜，增反膜厚度的计算 1.首先判断有无半波损失 解题步骤： 无半波损失 有半波损失 2.透射光减弱，即反射光加强； 透射光增强，即反射光减弱。 15 例.波长为670 nm的光垂直入射到折射率为1.33的劈尖膜 上，可以看到26条明纹和25条暗纹（不包括棱边）， 此膜的厚度为 3 劈尖膜 分析： 25条暗纹，m25 暗纹条件 26条明纹，m26 明纹条件 16 4 牛顿环 第m个暗环半径 第m个明环半径 （1）牛顿环半径与平凸透镜曲率半径，膜厚度的关系 （2）光程差 （3） 17 4 牛顿环 例.用紫色光观察牛顿环时，测得第m级暗环的半径为4 mm 第m5级暗环的半径为6 mm，所用的平凸透镜的曲率半径 R为10 m，紫光的波长和级数分别为400nm,4 分析： 牛顿环暗环半径为： 18 5 单缝衍射 暗纹 明纹(中心) （2） 屏上明暗条纹的位置 光的衍射：关键求衍射角 （1）明暗条纹所对应的衍射角满足条件： 19 1.单缝的宽度为0.4mm，以波长589nm的单色光垂直入射 设透镜焦距为1.0m，求： （1）第一级暗纹距中心的距离； （2）第二级明纹距中心的距离。 解：（1）由单缝衍射的暗纹条件： 得： 则第一级（m=1）暗纹距中心的距离为 （2）由单缝衍射的明纹条件： 得： 则第二级（m=2）明纹距中心的距离为 20 2.波长为400nm的单色平行光(垂直入射)缝宽为0.0655mm 的单缝。紧靠缝后放置焦距为3.50m的会聚透镜，(观察屏 位于焦平面上)。试求屏上中央明纹的宽度。 解： 单缝衍射的中央明纹的宽度由两个第一级暗纹中心确定 4.28cm 21 3.波长为689nm的单色光垂直入射到一单缝上。若在中央 明纹两侧的两条第一条明纹之间的夹角为38, 求单缝的宽度。 解： 由单缝衍射的明纹公式： 将 m=1， 代入上式，可得 22 4.在单缝夫琅禾费衍射实验装置中，单缝宽度为0.50mm, 透镜焦距为50cm。若用平行白光垂直照射单缝，在观察 屏上离中心1.5mm处出现明条纹，试问此明纹呈现什么 颜色？ 解： 单缝衍射的明纹公式： 又因为故有 取 红外看不见 黄色 紫色 紫外看不见 故此明纹呈紫黄色 练习： 23 6 光栅衍射 明纹(主明纹)条件 ： （2）明纹缺级级次： （1） 光栅方程 24 5.一平面衍射光栅宽2cm, 共有8000条缝，用钠黄光 （589.3 nm）垂直入射，试求出可能出现的各个主极 大对应的衍射角。 解：由光栅方程 25 6.一双缝，缝距d=0.40mm,两缝宽度都是a=0.080 mm, 用波长为=480nm的平行光垂直照射双缝，在双逢后放 一焦距f=2.0m的透镜。求：（1）在透镜焦平面处的屏 上，双缝干涉条纹的间距。（2）在单缝衍射中央亮纹 范围内的双缝干涉亮纹数目N和相应的级数。 解：双缝干涉条纹： （1）第 m 级亮纹条件： 第 m 级亮纹位置： 相邻两亮纹的间距： 26 6.一双缝，缝距d=0.40mm,两缝宽度都是b=0.080 mm, 用波长为=4800 的平行光垂直照射双缝，在双逢后 放一焦距f=2.0m的透镜。求：（1）在透镜焦平面处的 屏上，双缝干涉条纹的间距。（2）在单缝衍射中央亮 纹范围内的双缝干涉亮纹数目N和相应的级数。 （2） 第1级衍射暗纹： 第 m 级干涉明纹： 亮纹数目9： 27 7.一衍射光栅，每厘米有200条透光缝，每条透光缝 宽为 ，在光栅后放一焦距f =1m的凸透镜 ，现以=600nm 的单色平行光垂直照射光栅，求：（ 1）透射缝b的单缝衍射中央明纹宽度为多少？ （2）在该宽度内，有几个光栅衍射主极大？ 解（1） 当x f 时， 取m=1 中央明纹宽度为 取 共有 等5个主极大。 （2） 单缝衍射极小： 练习： 28 1 级 1 级 白光 2 级 2 级 d、m 确定，波长不同，衍射角不同 光栅光谱 29 入射光为白光时，形成彩色光谱. 衍射光谱 一级光谱 二级光谱 三级光谱 30 8.用含波长从400nm至750nm的白光垂直入射一块每厘米刻有7800条 刻线的光栅，屏距透镜2.80m。求屏上第一级衍射光谱的宽度。 解： 光栅常数： 由光栅方程： 在 的第一级明纹处衍射角为： 在 的第一级明纹处衍射角为： 在屏上的位置： 在屏上的位置： 所以屏上第一