大物17-2.ppt

1 杨氏双缝实验 17 2双缝干涉 托马斯 杨 p r1 r2 相干光的获得 分波阵面法 d D d d 10 4m D m 光路原理图 杨氏双缝实验 2 干涉明暗条纹的位置 x 2 1波程差的计算 设实验在真空 或空气 中进行 则波程差为 明纹中心 暗纹中心 两相邻明纹 或暗纹 间距 干涉相长 明纹 干涉相消 暗纹 2 2干涉明暗条纹的位置 1 一系列平行的明暗相间的条纹 3 2 3条纹特点 2 不太大时条纹等间距 杨氏双缝实验第一次测定了波长这个重要的物理量 双缝干涉条纹 红光入射的杨氏双缝干涉照片 1 思考题 2 例题一 3 例题二 4 菲涅耳双棱镜干涉实验 干涉现象测定气体折射率 白光双缝干涉 双缝干涉 在双缝干涉实验中 1 如何使屏上的干涉条纹间距变宽 2 将双缝干涉装置由空气中放入水中时 屏上的干涉条纹有何变化 3 若S1 S2两条缝的宽度不等 条纹有何变化 思考 双缝干涉 选题目的 讨论影响双缝干涉条纹分布的因素 1 若 已定 只有D d 仍然满足d 条纹间距变宽 干涉明暗条纹的位置 两相邻明纹 或暗纹 间距 n水 n空气 实验装置放入水中后条纹间距变小 2 将双缝干涉装置由空气中放入水中时 屏上的干涉条纹有何变化 干涉明暗条纹的位置 3 两条缝的宽度不等 使两光束的强度不等 虽然干涉条纹中心距不变 但原极小处的强度不再为零 条纹的可见度变差 现 可见度差 原 可见度好 振幅比 决定可见度的因素 光源的宽度 光源的单色性 干涉明暗条纹的位置 现 可见度差 原 可见度好 振幅比 决定可见度的因素 光源的宽度 光源的单色性 3 两条缝的宽度不等 使两光束的强度不等 虽然干涉条纹中心距不变 但原极小处的强度不再为零 条纹的可见度变差 干涉明暗条纹的位置 衬比度差 V 1 衬比度好 V 1 振幅比 决定衬比度的因素 光源的宽度 光源的单色性 干涉条纹可反映光的全部信息 强度 相位 条纹衬比度 对比度 反衬度 contrast 例1用白光作双缝干涉实验时 能观察到几级清晰可辨的彩色光谱 解 用白光照射时 除中央明纹为白光外 两侧形成内紫外红的对称彩色光谱 当k级红色明纹位置xk红大于k 1级紫色明纹位置x k 1 紫时 光谱就发生重叠 据前述内容有 干涉明暗条纹的位置 将 红 7600 紫 4000 代入得k 1 1 这一结果表明 在中央白色明纹两侧 只有第一级彩色光谱是清晰可辨的 由xk红 x k 1 紫的临界情况可得 因为k只能取整数 所以应取k 2 干涉明暗条纹的位置 将 红 7600 紫 4000 代入得k 1 1因为k只能取整数 所以应取k 2 这一结果表明 在中央白色明纹两侧 只有第一级彩色光谱是清晰可辨的 由xk红 x k 1 紫的临界情况可得 干涉明暗条纹的位置 例2图示一种利用干涉现象测定气体折射率的原理图 在缝S1后面放一长为l的透明容器 在待测气体注入容器而将空气排出的过程中 屏幕上的干涉条纹就会移动 通过测定干涉条纹的移动数可以推知气体的折射率 问 若待测气体的折射率大于空气折射率 干涉条纹如何移动 设l 2 0cm 光波波长 5893 空气折射率为1 000276 充以某种气体后 条纹移过20条 这种气体的折射率为多少 不计透明容器的器壁厚度 干涉明暗条纹的位置 解 1 讨论干涉条纹的移动 可跟踪屏幕上某一条纹 如零级亮条纹 研究它的移动也就能了解干涉条纹的整体移动情况 当容器未充气时 测量装置实际上是杨氏双缝干涉实验装置 其 零级亮纹出现在屏上与S1 S2对称的P0点 从S1 S2射出的光在此处相遇时光程差为零 容器充气后 S1射出的光线经容器时光程要增加 零级亮纹应在P0的上方某处P出现 因而整个条纹要向上移动 干涉明暗条纹的位置 2 按题义 条纹上移20条 P0处现在出现第20级亮条纹 因而有 P p0 光程S1P0 S2P0 N 其中N 20 为移过的条纹数 而 光程S1P0 S2P0 n l nl n n分别为气体和空气的折射率 所以有 n l nl N n n l 干涉明暗条纹的位置 2 按题义 条纹上移20条 P0处现在出现第20级亮条纹 因而有 光程S1P0 S2P0 N 其中N 20 为移过的条纹数 而 光程S1P0 S2P0 n l nl n n分别为气体和空气的折射率 所以有 n l nl N n n l 干涉明暗条纹的位置 3 菲涅耳双棱镜干涉实验 A B C M 1 M 2 s 点光源 4 菲涅耳双面镜干涉实验 屏 平面镜 A B C M 1 M 2 s 点光源 屏 s1 s2 平面镜 4 菲涅耳双面镜干涉实验 A B C M 1 M 2 s 点光源 屏 4 菲涅耳双面镜干涉实验 A B C M 1 M 2 s 点光源 2 2 屏 4 菲涅耳双面镜干涉实验 A B C M 1 M 2 s 点光源 1 1 2 2 屏 4 菲涅耳双面镜干涉实验 A B C M 1 M 2 s 点光源 1 1 2 2 屏 4 菲涅耳双面镜干涉实验 A B C M 1 M2 s 点光源 1 1 2 2 屏 r l D 4 菲涅耳双面镜干涉实验 M A B 屏 P 问题 5 洛埃德镜实验 s1 s2 虚光源 反射镜 点光源 当屏移到位置时 在屏上的P点应该出现暗条纹还是明条纹 M A B B A 屏 P s1 s2 5 洛埃德镜实验 当屏移到位置时 在屏上的P点出现暗条纹 M A B B A 屏 P s1 s2 5 洛埃德镜实验 当屏移到位置时 在屏上的P点出现暗条纹 这一结论证实 光在镜子表面反射时有相位 突变 媒质1光疏媒质媒质2光密媒质 n1 n2 折射波 反射波 入射波 光在垂直入射 i 0 或者掠入射 i 90 的情况下 如果光是从光疏媒质传向光密媒质 在其分界面上反射时将发生半波损失 折射波无半波损失 半波损失 若n1 n2