光学期末复习2008.ppt

1 光学期末复习2008 2 光的相干性 相干条件1两光波在相遇点所产生的振动在同一方向 2两光波具有相同的频率 3两光波在相遇点有固定的位相差 相干光的获得 杨氏双缝干涉实验 或 两光波在P点加强 形成明条纹 干涉 3 如果 或 两光波在P点干涉相互削弱 形成暗条纹 两条纹之间的间隔 4 讨论 x D a 光源S位置改变 S下移时 零级明纹上移 干涉条纹整体向上平移 S上移时 干涉条纹整体向下平移 条纹间距不变 双缝间距a改变 当d增大时 x减小 零级明纹中心位置不变 条纹变密 当d减小时 x增大 条纹变稀疏 双缝与屏幕间距D改变 当D减小时 x减小 零级明纹中心位置不变 条纹变密 当D增大时 x增大 条纹变稀疏 入射光波长改变 当 增大时 x增大 条纹变疏 当 减小时 x减小 条纹变密 5 干涉条件 或 由此可知 如果两束相干光在不同介质中传播时 对干涉起决定作用的将不是这两束光的几何路程之差 而是两者的光程差 光程和光程差 6 在S1后加透明介质薄膜 干涉条纹如何变化 零级明纹上移至点P 屏上所有干涉条纹同时向上平移 移过条纹数目 k n 1 t 条纹移动距离OP k x若S2后加透明介质薄膜 干涉条纹向下平移 7 薄膜的干涉 8 在平行单色光垂直照射的情况下 i 0 则反射光的干涉条件为 劈尖的干涉 任何两个相邻的明纹或暗纹之间的距离l由下式决定 由此可见 劈尖的夹角 越小 干涉条纹越疏 越大 干涉条纹越密 9 牛顿环 在透镜与玻璃片的接触点上 e 0 两反射光线的光程差 2 所以接触点即牛顿环的中心点是一暗点 10 8波长为 的平行单色光垂直地照射到劈形膜上 劈形膜的折射率为n 第三条明纹与第六条明纹所对应的薄膜厚度之差是 两相邻明或暗条纹之间的高度差为 2 11 9两块平玻璃构成空气劈尖 左边为棱边 用单色平行光垂直照射 若上面的平玻璃慢慢地向上平移 则干涉条纹间隔 填 变大 或 变小 或 不变 条纹将 移动 填 近棱边 或 远棱边 条纹间隔不变 但空气层厚度增加 故条纹向棱边方向移动 12 6如图 用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上 当平凸透镜垂直向下缓慢平移而接近平面玻璃时 可以观察到这些环状干涉条纹 A 向右平移 B 向中心收缩 C 向外扩张 D 静止不动 E 向左平移 等厚干涉 透镜向上平移 则原条纹 空气层厚度相同点 向中心收缩 C 13 10若把牛顿环装置 都是用折射率为1 52的玻璃制成的 由空气搬入折射率为1 33的水中 则干涉条纹将 填 变密 或 变疏 或 不变 暗纹 条纹变密 即无论是在水中或空气中都有半波损失 两种情形中中央都为暗斑 14 1在双缝干涉实验中 波长 600nm的单色平行光垂直入射到缝间距a 3 10 4m的双缝上 屏到双缝的距离D 1m 求 1 中央明纹两侧的两条第5级明纹中心的间距 2 用一厚度为e 5 5 10 6m 折射率为n 1 33的玻璃片覆盖一缝后 零级明纹移到原来的第几级明纹处 1nm 10 9m 解 1 15 2 用一厚度为e 5 5 10 6m 折射率为n 1 33的玻璃片覆盖一缝后 零级明纹移到原来的第几级明纹处 1nm 10 9m 解 2 覆盖玻璃后 零级明纹应满足 设不覆盖玻璃片时此点为第K级明纹 则应有 所以 零级明条纹移到原第3级明纹处 16 惠更斯原理 媒质中的波达到的各点都是产生子波的波源 子波的包面就决定了另一时刻的波阵面 菲涅耳基于光的干涉原理 认为不同次级波之间可以产生干涉 给惠更斯原理作了补充 成为惠更斯 菲涅耳原理 菲涅耳假定 从同一波阵面上各点所发出的子波 经传播而在空间某点相遇时也可以相互迭加而产生干涉现象 衍射 一惠更斯 菲涅尔原理 17 用菲涅耳波带法来说明单缝衍射图样 单缝的夫琅和费衍射 两条边缘光线之间的光程差为 18 由此可知 对应于某确定角度 如果单缝可以分成偶数波带时 则在P点出现暗条纹 如果单缝可以分成奇数波带时 则出现明条纹 这样明条纹的亮度只是奇数波带中的一个波带上所发出的子波 经过透镜聚焦后所产生的结果 其它都互相抵消 可见波带数越多 或 角越大 明条纹的亮度越小 19 当 时 单缝恰好分成二个波带 则在屏上出现第一级暗线的位置 可见当 适合于 都在零级明条纹的范围内 屏上出现第一级 第二级等暗线的位置 当 适合于 屏上出现第一级 第二级等明线的位置 当 适合于 20 暗纹中心 明纹中心 明暗条纹条件 条纹在接收屏上的位置 暗纹中心 明纹中心 21 当 角适合条件 时 由所有相邻的狭缝所射出的光线的光程差是波长的整数倍 因而相互加强形成明条纹 这个式子就叫做光栅公式 衍射光栅 22 光栅衍射中的缺级现象 按光栅衍射公式 当 角满足于上式时出现明条纹 但如果此时若 角同时满足于夫琅和费单缝衍射暗纹条件 则此时合成光强为零 即发生缺级现象 将此两式联立消去 则有 23 2在夫琅和费单缝衍射实验中 对于给定的入射单色光 当缝宽度变大时 除中央亮纹的中心位置不变外 各级衍射条纹 A 对应的衍射角变小 B 对应的衍射角变大 C 对应的衍射角也不变 D 光强也不变 例如明纹中心 A变小则 变大 A 24 3在夫朗和费衍射实验中 波长为 的单色光垂直入射到单缝上 对应于衍射角 300的方向上 若单缝处波面处可划分为6个半波带则缝宽度b等于 A B 6 C 2 D 4 B 25 5波长为600nm的单色平行光 垂直入射到缝宽为b 0 30mm的单缝上 缝后放置一凸透镜 在透镜的焦平面上放置一个屏幕 用以观察衍射条纹 今测得屏幕中央明条纹一侧第一个暗条纹和另一侧第一个暗条纹之间的距离为x 4mm 则凸透镜的焦距f为 A 2m B 0 1m C 1m D 0 5m 因 角很小 所以有 k 1 两第一级暗纹之间的距离即为中央明条纹宽度 C 26 7一束白光垂直照射在一光栅上 在形成的同一级光栅光谱中 偏离中央明纹最近的是 A 紫光 B 绿光 C 黄光 D 红光 波长 越大 级次k越小 同一级k 越小 越小 而紫光 最小 因此偏离中央明条纹最近的是紫光 A 27 1 在单缝夫朗禾费衍射实验中 波长 400nm的平行光垂直入射单缝 所用凸透镜焦距f 1 5m 第三级暗纹离中央明纹中心3 0 10 3m 另一波长为 0的光的第二级暗纹在屏的同一位置上 则单缝的缝宽b 波长 0 28 1 波长为600nm的单色光垂直入射到宽度为b 0 20mm的单缝上 观察单缝夫朗禾费衍射图样 凸透镜焦距f 1 0m 屏在凸透镜的焦平面处 求 1 中央衍射明条纹的宽度 x0 2 第二级暗纹与凸透镜焦点的距离x2 解 1 对于第一级暗纹 有bsin 1 因 1很小 故 中央明纹宽度 29 2 对于第二级暗纹 有 30 由于上述两种振动的振动方向相对于分界面是不同的 所以它们也以不同程度进行反射和折射 垂直振动即点子反射多而折射少 平行振动即短线反射少而折射多 因此反射光和折射光都变成了部分偏振光 在图中我们用点多线少和点少线多来标志 反射和折射时光的偏振 偏振 31 布儒斯特在1911年指出 反射光偏振化的程度决定于入射角i 当i等于某一定值i0而满足 反射光变成完全偏振光 它的振动面与入射面垂直 这时平行振动即以入射面为振动面的分振动已全部不能反射 式中n21是折射媒质对入射媒质的相对折射率 i0称为起偏振角或布儒斯特角 32 起偏和检偏马吕斯定律 如图所示 由尼科耳棱镜N透出的偏振光 经过尼科耳棱镜N 射到屏E上 如果两镜的主截面共面 即它们的夹角 0 则此时亮度最大 33 若以偏振光传播方向为轴旋转N 使两镜主截面间的夹角 增大 则屏上亮点的强度将逐渐削弱 当 900时 两尼科耳棱镜正交 屏上亮点完全消失 此即光完全透不过N 显然只有偏振光通过尼科耳后才具有上述性质 因此前一个棱镜N相当于起偏器 后一个棱镜N 起了检偏器的作用 如果我们把尼科耳棱镜换成二向色性的偏振片也可以看到上述现象 34 马吕斯定律 马吕斯指出 若不考虑吸收 强度为I0的偏振光透过检偏器后强度变为 式中 是起偏器与检偏器的偏振化方向 或主截面 之间的夹角 上式就称为马吕斯定律 35 2一束光是自然光和线偏振光的混合光 让它垂直通过一偏振片 若以此入射光束为轴旋转偏振片 测得透射光强度的最大值为最小值的7倍 那么入射光中束中自然光与线偏振光的光强之比为 A 1 2 B 1 3 C 1 4 D 1 5 B 36 7自然光以600的入射角照射到不知其折射率的某一透明介质表面时 反射光为线偏振光 则知 A 折射光为线偏振光 折射角是300 B 折射光为线偏振光 折射角是600 C 折射光为部分偏振光 折射角是300 D 折射光为部分偏振光 折射角不能定 因反射光是完全偏振光 所以知光是以布儒斯特角入射 反射线与入射线互相垂直 折射光是部分偏振光且折射角是300 C 37 5一束自然光从空气投射到玻璃板上 空气折射率为1 当折射角为300时 反射光是完全偏振光 则此玻璃板的折射率等于 38 4如图所示 媒