光学第十四章 光学部分物理光学 (2).ppt

专题 物理光学 一 光的波动性 1 光的干涉光的干涉的条件 有两个振动情况总是相同的波源 即相干波源 相干波源的频率必须相同 形成相干波源的方法有两种 利用激光 因为激光发出的是单色性极好的光 设法将同一束光分为两束 这样两束光都来源于同一个光源 因此频率必然相等 如下图是利用双缝形成相干光源的示意图 2 干涉区域内产生的亮 暗纹 亮纹 屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍 即 n n 0 1 2 暗纹 屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍 即 n 0 1 2 相邻亮纹 暗纹 间的距离 用此公式可以测定单色光的波长 红光的波长最长 紫光的波长最短 干涉图样的特点 形成明暗相间的条纹 亮纹间等距 暗纹间等距 两缝s1 s2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹 中央亮纹 用白光作双缝干涉实验时 由于白光内各种色光的波长不同 干涉条纹间距不同 所以屏的中央是白色亮纹 两边出现彩色条纹 例1 用绿光做双缝干涉实验 在光屏上呈现出绿 暗相间的条纹 相邻两条绿条纹间的距离为 x 下列说法中正确的有a 如果增大单缝到双缝间的距离 x将增大b 如果增大双缝之间的距离 x将增大c 如果增大双缝到光屏之间的距离 x将增大d 如果减小双缝的每条缝的宽度 而不改变双缝间的距离 x将增大 c 单缝衍射条纹的特征 中央亮纹宽而亮 两侧条纹具有对称性 亮纹较窄 较暗 3 衍射 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射 发生明显衍射的条件是 障碍物 或孔 的尺寸可以跟波长相比 甚至比波长还小 例2 闻其声 但不见其人 这是因为 a 光波是电磁波 声波是机械波b 光波是横波 声波是纵波c 光的传播速度大于声速d 光波的波长太短 不容易发生衍射 4 光的电磁说 麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同 提出光在本质上是一种电磁波 这就是光的电磁说 赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性 电磁波谱 波长从大到小排列顺序为 无线电波 红外线 可见光 紫外线 x射线 射线 各种电磁波中 除可见光以外 相邻两个波段间都有重叠 例3 关于电磁波和机械波的性质比较 下列说法不正确的是 a 都可以在真空中传播b 都可以产生衍射 干涉现象c 都是能量由近及远地向外传播d 都能产生反射 折射现象 例5 为了转播火箭发射现场的实况 在发射场建立了发射台 用于发射广播电台和电视台两种信号 其中广播电台用的电磁波波长为550m 电视台用的电磁波波长为0 566m 为了不让发射场附近的小山挡住信号 需要在小山顶上建了一个转发站 用来转发 信号 这是因为该信号的波长太 不易发生明显衍射 解析 电磁波的波长越长越容易发生明显衍射 波长越短衍射越不明显 表现出直线传播性 这时就需要在山顶建转发站 因此本题的转发站一定是转发电视信号的 因为其波长太短 电视 短 二 光的粒子性 1 光电效应 在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应 下图装置中 用弧光灯照射锌版 有电子从锌版表面飞出 使原来不带电的验电器带正电 光电效应的规律 各种金属都存在极限频率 0 只有 0才能发生光电效应 瞬时性 光电子的产生不超过10 9s 爱因斯坦的光子说 光是不连续的 是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量e跟光的频率 成正比 爱因斯坦光电效应方程 ek是光电子的最大初动能 w是逸出功 即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功 三 光的波粒二象性 1 光的波粒二象性光的干涉和衍射以无可辩驳的事实表明光是一种波 光电效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子 因此现代物理学认为 光具有波粒二象性 2 正确理解波粒二象性 个别光子的作用效果往往表现为粒子性 大量光子的作用效果往往表现为波动性 高的光子容易表现出粒子性 低的光子容易表现出波动性 光在传播过程中往往表现出波动性 在与物质发生作用时往往表现为粒子性 由光子的能量e h 光子的动量表示式也可以看出 光的波动性和粒子性并不矛盾 表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量 频率 和波长 四 物质波 德布罗意波 由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去 得出物质波