17.1 光矢量 光程17.2 17.3 双缝干涉.ppt

引言 光的本性 微粒说牛顿 波动说惠更斯 17世纪到18世纪末占统治地位 杨氏双缝实验 1801年 干涉和衍射傅科光速测量 1862年 麦克斯韦电磁理论与赫兹实验 光是电磁波 萌芽时期 公元前5世纪 16世纪 毕达哥拉斯德谟克里特 柏拉图欧几里得 19世纪 2几何光学 17世纪 18世纪末 3波动光学 19世纪初 后半世纪 光学 1萌芽时期 公元前5世纪 16世纪 建立了光的反射 折射定律 理论 微粒说 代表 牛顿波动说 代表 惠更斯 英国人托马斯 杨法国人菲涅尔 19世纪后半期麦克斯韦建立电磁理论 1887年赫兹用实验证实光是一种电磁波 墨经 梦溪笔谈 毕达哥拉斯德谟克里特 柏拉图欧几里得 4量子光学 20世纪初 5现代光学 20世纪50年代 电磁波动说在解释 黑体幅射 光电效应 等实验遇到困难 1900年普朗克提出了 热幅射量子理论 爱因斯坦提出了光子理论 光具有复杂性 它的本性只能通过它所表现的性质来确定 它的某些方面象波而另一方面象微粒 波粒二象性 但它不是二者的混合体 第17章光的干涉 17 1光矢量光程 一 光 可见光波长 实验表明 1引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波中的电场 定义 光矢量 光振动中的电矢量 光振动 电矢量周期性的变化 定义 光强度 光的相对强度 2人眼及物理仪器检测光的强度由光的能流密度决定 二 介质中光的速度与波长 折射率 光在介质中的速度 光在介质中的波长 光在介质中传播时波长变短了 为真空中波长的n分之一 3人眼对于颜色的感觉由光的频率决定频率只由光源决定 与介质无关 1 真空中的相位关系 设 三 相位关系 设 2 介质中的相位关系 光程L nr 说明 1 就相位变化而言 单色光在折射率为n的介质中通过的几何路程r 相当于在真空中通过nr的几何路程 2 光在介质中传播时 其相位变化 不但与几何路程有关 还与介质的折射率及真空中的波长有关 例如 求光程 3光程差 两光程之差叫做光程差 相位差 注意 对干涉起决定作用的是光程差 而不是波程差光程差决定相位差 式中为光在真空的波长 四 薄透镜的等光程性 结论 当用薄透镜观测干涉时 不会带来附加的光程差 如图所示 可以证明 一 光的相干条件 讨论同方向 同频率的光的叠加 P点的合振幅 17 2光的干涉现象相干光 1非相干叠加 非相干叠加时的光强度等于叠加的两光波的强度之和 无恒定的值时 随时间迅速变化 2相干叠加 保持恒定 相干条件 频率相同 振动方向平行且相位差恒定 干涉相长和干涉相消的条件 1 零级明条纹移至何处 2 若新零级明条纹移至原来的第k级明条纹处 其厚度h为多少 1 原子的发光特点 间歇性 同一原子 不同时刻发出的不同 独立性 不同原子 同一时刻发出的不同 相干性 同一原子 同一时刻发出的同一波列相干 二 获得相干光的方法 2 获得相干光的方法 原则 同一点光源 先分束 再合成 1 分波阵面法 让光通过几个并列的小缝或小孔把光的每束波列分开 称为分割波振面法 2 分振幅法 P 让光在薄膜的上下表面反射或透射 形成分束 分振幅实际上是分能量 16 3双缝干涉 一 杨氏双缝干涉实验 获得相干光的方法是分波阵面法 托马斯 杨 1801年 d 0 2mmD 1 2m 二 定量分析 两式相减 r2 r1 2D 明条纹位置 干涉加强 暗条纹位置 干涉相消 明条纹间距 暗条纹间距 总结 对应于k 0的明纹称为中央明条纹 对应于k 1 k 2 称为第一级 第二级 明条纹 相邻