波动光学习题课件

1、波动光学习题PPT课件波动光学习题课一、基本要求一、基本要求1 1理解获得相干光的基本方法，掌握光程的概念理解获得相干光的基本方法，掌握光程的概念；2 2会分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的会分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置和条件；位置和条件；3 3了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。4 4了解惠更斯了解惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理5 5掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以及缝宽，波掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以及缝宽，波长等对衍射条纹的影响长等对衍射条纹的影响6 6理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，光栅缝数理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，光栅缝数N

2、 N等对条纹的影响等对条纹的影响7 7理解线偏振光获得和检验的方法，马吕斯定律和了理解线偏振光获得和检验的方法，马吕斯定律和了解双折射现象解双折射现象2 2光程光程（1 1）光在折射率）光在折射率n n的介质中，通过的几何路程的介质中，通过的几何路程L L所引所引起的相位变化，相当于光在真空中通过起的相位变化，相当于光在真空中通过nLnL的路程所引的路程所引起的相位变化。起的相位变化。（2 2）光程差引起的相位变化为）光程差引起的相位变化为2 其中其中 为光程差，为光程差， 为真空中光的波长为真空中光的波长 两束光（反射光）由于相位突变所引起的光程差。两束光（反射光）由于相位突变所引起的光程差

3、。（3 3）附加光程差）附加光程差21 1获得相干光的基本方法（分波前法获得相干光的基本方法（分波前法, ,分振幅法分振幅法, ,分分振动面法）振动面法）二、基本内容二、基本内容 3 3杨氏双缝干涉（波阵面分割法）杨氏双缝干涉（波阵面分割法）光程差21xrrrdD 得：明纹条件Dxkd 2 , 1 , 0 k暗纹条件(21)2Dxkd 1,2k 条纹间距Dxd d1S2Sxo1r2rD4 4薄膜干涉（振幅分割法）薄膜干涉（振幅分割法） 入射光在薄膜上表面由于反射和折射而分振幅，在入射光在薄膜上表面由于反射和折射而分振幅，在上、下表面的反射光干涉上、下表面的反射光干涉（ ）2sin222122i

4、nnd光程差光程差321321nnnnnn 或0 i222 dn（1 1）劈尖干涉）劈尖干涉kdn 2223 , 2 , 1k所以所以（加强明纹）, 2 , 1 , 0k2) 12(222 kdn（减弱暗纹）n21n2n3n22 nd 相邻两明（暗）条纹处劈尖厚度差相邻两明（暗）条纹处劈尖厚度差 ( (若若 则则 ) )12n2d（2 2）牛顿环干涉）牛顿环干涉干涉条纹是以接触点为中心的同心圆环干涉条纹是以接触点为中心的同心圆环其中其中R R为透镜的曲率半径为透镜的曲率半径暗环半径暗环半径kRr 其明环半径其明环半径Rkr)21( Rr5 5迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 利用振幅分割法使两个相

5、互垂直的平面镜形成一利用振幅分割法使两个相互垂直的平面镜形成一等效的空气薄膜，产生干涉等效的空气薄膜，产生干涉。 视场中干涉条纹移动的数目与相应的空气薄膜厚度视场中干涉条纹移动的数目与相应的空气薄膜厚度改变（平面镜平移的距离）的关系改变（平面镜平移的距离）的关系2nd 波动光学习题PPT课件中央明纹明纹中心暗纹中心sin2 , 12) 12(sin2 , 1sinbkkbkkb1 1单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射（1 1）半波带法的基本原理）半波带法的基本原理（2 2）明暗条纹的条件）明暗条纹的条件（3 3） 条纹宽度条纹宽度02b中央明条宽度：角宽度中央明条宽度：角宽度线宽度线宽度fbx2

6、0 fbx 明条纹宽度明条纹宽度波动光学习题PPT课件2 2衍射光栅衍射光栅（1 1）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总效果）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总效果（2 2）光栅方程）光栅方程()sin 0,1,2,abkk ()sin 0,1,2,abkk （3 3）缺级条件，当）缺级条件，当同时成立时，衍射光第同时成立时，衍射光第 缺级且缺级且kabkkasin 1,2,akk 01.22D3 3光学仪器的分辩率光学仪器的分辩率 最小分辨角最小分辨角4 4线偏振的获得和检验线偏振的获得和检验90 0120rinntgi且（1 1）布儒斯特定律）布儒斯特定律20cosII 021I自然光通过偏振

7、片后，强度为自然光通过偏振片后，强度为（2 2）马吕斯定律）马吕斯定律三、讨论三、讨论 1 1单色光单色光垂直入射劈尖，讨论垂直入射劈尖，讨论A A、B B处的情况处的情况321nnnA A处条纹明暗处条纹明暗B B处光程差处光程差dn22明明321nnnB B处光程差处光程差A A处条纹明暗处条纹明暗222dn暗暗321nnnB B处光程差处光程差A A处条纹明暗处条纹明暗dn22明明d1n3n2nAB321nnnB B处光程差处光程差A A处条纹明暗处条纹明暗222dn暗暗2 2杨氏双缝干涉中，有下列变动，干涉条纹如何变化杨氏双缝干涉中，有下列变动，干涉条纹如何变化（1 1）把整个装置浸入

8、水中此时波长为）把整个装置浸入水中此时波长为 ，则条纹变密，则条纹变密)(nnn（2 2）在缝）在缝S S2 2处慢慢插入一块楔形玻璃片处慢慢插入一块楔形玻璃片 S1S2So图示由于图示由于S S2 2到到O O点的光程逐渐增加，因点的光程逐渐增加，因此此S S1 1到屏和到屏和S S2 2到屏两束光线相遇处的光到屏两束光线相遇处的光程差为零的位置向下移动。即整个干涉程差为零的位置向下移动。即整个干涉条纹向下移动。条纹向下移动。（3 3）把缝隙）把缝隙S S2 2遮住遮住, ,并在两缝垂直平面上放一平面反射镜并在两缝垂直平面上放一平面反射镜 此时两束光的干涉如图所示，由此时两束光的干涉如图所示

9、，由于于S S1 1光线在平面镜反射且有半波损光线在平面镜反射且有半波损失，因此干涉条纹仅在失，因此干涉条纹仅在O O点上方，且点上方，且明暗条纹位置与原来相反。明暗条纹位置与原来相反。S1S2So（4 4）两缝宽度稍有不等）两缝宽度稍有不等 干涉条纹位置不变，但干涉减弱不为零（暗），整干涉条纹位置不变，但干涉减弱不为零（暗），整个条纹对比度下降，不够清晰个条纹对比度下降，不够清晰。 由于两束光频率不同，不相干，无干涉条纹。由于两束光频率不同，不相干，无干涉条纹。（5 5）分别用红、蓝滤色片各遮住）分别用红、蓝滤色片各遮住S S1 1和和S S2 2（6 6）将光源沿平行）将光源沿平行S S1

10、 1S S2 2连线方向作微小移动连线方向作微小移动 图示图示S S向下移动，此时向下移动，此时 ，于是中央明纹的，于是中央明纹的位置向上移动（为什么？）位置向上移动（为什么？）21SSSS S1S2SoS图示牛顿环装置中，平板玻璃由两部分组成的图示牛顿环装置中，平板玻璃由两部分组成的 ( )( )，透镜玻璃的折射率，透镜玻璃的折射率 ，玻璃与透镜之间的间隙充满玻璃与透镜之间的间隙充满 的介质，试讨论的介质，试讨论形成牛顿环的图样如何？形成牛顿环的图样如何？75. 1,50. 133 nn50. 11 n62. 12 n62. 12n50. 11 n50. 13n75. 13n2n讨论：讨论：

11、分别写出左右两侧的反射光的光分别写出左右两侧的反射光的光程差表示式（对应同一厚度）程差表示式（对应同一厚度） 222 dn左dn22 右与与 可见，对应同一厚度处，左右两侧的光程差相差半可见，对应同一厚度处，左右两侧的光程差相差半波长波长 ，即左边厚度，即左边厚度d d处为暗纹时，右边对应厚度处为暗纹时，右边对应厚度d d 处却为明纹，反之亦然，因此可观察到的牛顿环的图处却为明纹，反之亦然，因此可观察到的牛顿环的图样是：样是：/2左右两侧明暗相反的半圆环条纹（图示）左右两侧明暗相反的半圆环条纹（图示） 波动光学习题PPT课件14讨论光线的反射和折射讨论光线的反射和折射( (起偏角起偏角 )0i

12、0i0i0iiii解解（1 1）设在）设在A A处，两束反射光的处，两束反射光的光程差为光程差为2)(20 ee 若计算透射光，图示若计算透射光，图示 )(20ee 1 1牛顿环装置中平凸透镜与平板玻璃有一小间隙牛顿环装置中平凸透镜与平板玻璃有一小间隙 ，现用波长为现用波长为 单色光垂直入射单色光垂直入射（1 1）任一位置处的光程差）任一位置处的光程差（2 2）求反射光形成牛顿环暗环的表述式（设透镜的）求反射光形成牛顿环暗环的表述式（设透镜的曲率半径为曲率半径为R R）0eR0eerA四、计算四、计算Re2Re2)(222222 eRReRRr由图示几何关系知（设由图示几何关系知（设A A处环

13、半径处环半径r r）Rre22 )2(0ekRr 代入式（代入式（1 1）得）得k02ek 为正整数，且为正整数，且（2 2）形成的暗纹条件）形成的暗纹条件2) 12(2)(20 kee 解：解： 在油膜上、下两表面反射光均在油膜上、下两表面反射光均有相位跃变，所以，两反射光无附加光有相位跃变，所以，两反射光无附加光程差程差2 2折射率为折射率为n n =1.20=1.20的油滴在平面玻璃（折射率为的油滴在平面玻璃（折射率为n=1.50)n=1.50)上形成球形油膜，以上形成球形油膜，以=600nm=600nm光垂直入射，光垂直入射，观察油膜反射光的干涉条纹，求若油膜中心最高点与观察油膜反射光

14、的干涉条纹，求若油膜中心最高点与玻璃平面相距玻璃平面相距1200nm1200nm，能观察到几条明纹？，能观察到几条明纹？因此明纹条件满足因此明纹条件满足knd 2)2 , 1 , 0(k50. 1 n20. 1n（0d1200nm)0d1200nm)时，时，0 k00 d（油漠边缘处）（油漠边缘处）4 knm10004 d3 knm7503 dnm5002 d1 knm2501 d2 k讨论：当油膜扩大时，条纹间距将发生什么变化？讨论：当油膜扩大时，条纹间距将发生什么变化？变大！波动光学习题PPT课件3 3单缝衍射，缝宽单缝衍射，缝宽b=0.5mmb=0.5mm，透镜焦距，透镜焦距f=50cm

15、f=50cm，以白，以白光垂直入射，观察到屏上光垂直入射，观察到屏上 x=1.5mmx=1.5mm明纹中心明纹中心求：（求：（1 1）该处光波的波长）该处光波的波长（2 2）此时对应的单缝所在处的波阵面分成的波带数为）此时对应的单缝所在处的波阵面分成的波带数为多少？多少？fx sin又因为又因为oxxf2) 12(sinkb解（解（1 1）由单缝衍射明纹条件）由单缝衍射明纹条件得2, 1k)(x) 12(2 kfbx处波长为处波长为波动光学习题PPT课件nm333 , 4 )( nm420 , 3)( nm600 , 2nm1000 , 14321kkkk符合符合)cm50,mm5 . 1(

16、fx在可见光范围内，满足上式的光波：在可见光范围内，满足上式的光波：可允许在屏上可允许在屏上x=1.5mmx=1.5mm处的明纹为波长处的明纹为波长600nm600nm的第的第二级衍射和波长为二级衍射和波长为420nm420nm的第三级衍射的第三级衍射oxxf712k , 3512k , 2 为时为时kk（2 2）此时单缝可分成的波带数分别）此时单缝可分成的波带数分别是波动光学习题PPT课件解：画出装置示意图和矢量图解：画出装置示意图和矢量图4 4一厚度为一厚度为0.04mm0.04mm的波晶片，其光轴平行于表面，将的波晶片，其光轴平行于表面，将其插入两主截面相互垂直的偏振片之间，使光轴与第一其插入两主截面相互垂直的偏振片之间，使光轴与第一个偏振片成个偏振片成角，试求哪些波长的可见光不能通过这一角，试求哪些波长的可见光不能通过这一装置。装置。 自然光通过自然光通过N1N1后为线偏振光，后为线偏振光，光振幅为光振幅为A A（方向平行于主截面），（方向平行于主截面），垂直入射到晶片后分为两束光垂直入射到晶片后分为两束光（o o, ,e e）振幅分别为）振幅分别为sincos0AAAAe 1N2N1A2AoAeAA0I波动光学习题PPT课件1N2N1A2AoAeAA 这两束光经这两束光经 N2N2后，透出的光后，透