第三节 光的波动性.doc

第三节 光的波动性一、光的干涉1干涉的概念：两列光波在空间传播时相遇，将在相遇区域发生叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象2相干条件：只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象相干光源是指光波的频率相等、振动情况相同.3双缝干涉(1)现象：单色光干涉时观察到明暗相间的条纹，白光双缝干涉的现象为中央为白色条纹，两边是彩色条纹(2)亮、暗条纹的判断：xn(n0,1,2，)，即到双缝的距离差为波长的整数倍的点出现亮条纹xn+/2(n0,1,2，)，即到双缝的距离差为半波长奇数倍的点出现暗条纹4薄膜干涉：光照射到薄膜上时，薄膜前、后表面反射的两列光相叠加，发生干涉现象，若入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹，若入射光为白光，可形成彩色的干涉条纹5薄膜干涉的应用(1)干涉法检查平面图1431如图1431所示，检查精密零件的表面质量；将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使样板的标准平面和被检查平面间形成一个楔形空气膜，单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射出两列光波叠加情况，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状，来确定工件表面情况在薄膜的两个面上的反射光的路程差恰好等于/2，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的作用增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的1/4时，增透膜起到对该种色光增透的作用 二、光的衍射 1光的衍射现象 光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射2光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象3衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一三、光的偏振1偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光2光的偏振现象证明光是横波(填“横波”或“纵波”)3偏振光的产生(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫做起偏器；第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫做检偏器(2)自然光照射到两种介质界面上，如果光入射的方向恰当，使反射光和折射光之间的夹角等于90，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向垂直四、激光1激光产生的机理处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，引起高能态向低能态跃迁，同时在两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理2激光的特点(1)激光是一种人工产生的相干光根据此特点，它能像无线电波那样进行调制，应用于光纤通信，也可以用于全息照像(2)激光的平行度非常好根据此特点，它可以应用于精确测距，还应用于VCD光盘的解读(3)激光的亮度高，温度高可以利用激光束来切割各种物质，焊接金属以及在硬质材料上打孔医学上可以用激光作“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，也可以用激光“焊接”剥落的视网膜，还可以引起核聚变一、光的干涉和衍射的对比1衍射与干涉的比较两种现象比较项目 单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的单缝衍射现象二、对光的干涉的理解1如何理解光的干涉现象中“加强”和“减弱”点若波叠加区域中某点P，两列光波路程差xn(n0,1,2,3)，S1波源发的光传到P点是波峰，S2波源发的光传到P点也是波峰，P点位移是两列波产生的位移之和，即P点位移最大，经过T/4，两列光波传到P点的位移都是0，P点的合位移是0，振动方向向负方向，再过T/4两列波的波谷同时传到P点，使P点的位移为负向最大值大小为两列波的振幅之和由此可见，加强点是以大振幅时刻振动着，其位移时刻变化不能错误地认为质点总处于波峰或波谷同理分析，若某点Q，xn+/2(n0,1,2，)，两列波引起该质点振动情况始终相反，其振幅为两列波振幅之差的绝对值。2双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法(1)影响条纹间距的因素：相邻亮纹或相邻暗纹的间距x与双缝到屏的距离l成正比，与两狭缝之间距离d成反比，与光的波长成正比x=/d(2)中央位置是亮纹还是暗纹的条件：双缝到光屏中央距离相等，光程差为零如果两光源振动完全一致，如课本中的实验，中央一定是亮纹假如两光源振动正好相反，则中央为暗纹(3)单色光颜色、频率、波长的关系：光的颜色由频率决定，光的频率由光源决定，在可见光中红光频率最低，紫光最高真空中各色光光速相同，由c知，真空中红光波长最大，紫光最小综合以上各点可知：为了观察到清晰的干涉图样，必须使双缝距离d小到与波长相当，且使ld.同样条件下，红光的干涉条纹间距最大，紫光最小这就是白光干涉条纹中央为白色，两边出现彩色光带的原因三、薄膜干涉的条纹与膜厚度的关系在薄膜干涉中，从膜的前后表面反射的光的路程差由膜的厚度决定，故在薄膜干涉中，同一亮条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方若厚度均匀变化，形成等间距干涉纹，若厚度变化越快，形成的干涉纹越密第四节电磁场 电磁波一、麦克斯韦理论1变化的磁场产生电场2变化的电场产生磁场3电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的整体二、电磁波的形成和传播特点1电磁波电磁场由近及远的传播而形成2麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功地证实了电磁波的存在3电磁波的特点(1)电磁波在空间传播不需要介质；(2)电磁波是横波(3)电磁波传播电磁场的能量(4)电磁波能发生反射、折射、干涉、衍射现象4电磁波在真空中的传播速度为3.0108m/s三、无线电波的发射和接收1无线电波的发射(1)振荡电路的特点：振荡频率足够高；采用开放电路(2)调制：使电磁波随信号而改变，包括调幅和调频2无线电波的接收(1)电谐振：接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强(2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程(3)检波或解调：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号检波是调制的逆过程四、电视和雷达1电视在发射端，摄取景物并将景物反射的光转换为电信号的过程叫摄像此过程是由摄像管来完成的在接收端，将电信号还原成图像的过程，由电视接收机的显像管来完成伴音信号经检波电路取出后，送到扬声器，扬声器便伴随电视屏幕上的图像发出声音来2雷达雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备构成一、麦克斯韦电磁场理论1对麦克斯韦电磁场理论的认识(1)恒定的磁(电)场不能产生电(磁)场(2)变化的磁(电)场产生电(磁)场(3)均匀变化的磁(电)场产生稳定的电(磁)场均匀变化的磁场是指：磁感应强度B是时间t的一次函数(4)周期性变化即振荡的磁(电)场产生同频率的周期性变化的电(磁)场2用麦克斯韦电磁场理论来解释电磁感应现象变化的磁场(导致穿过回路的磁通量发生变化)在它周围空间产生电场，驱使闭合导体中的电子定向移动形成感应电流变化的磁场在空间产生的电场，与自由电