光学期末复习.ppt

1、1,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,2,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,3,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

2、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。,4,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,5,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=kx 若S2后加透明介质薄膜，干涉条纹向下平移。,6,薄膜的干涉,7,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

3、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。,8,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。,9,8 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。,10,9 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。,1

4、1,6 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,12,10 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。,13,1 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

5、104m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=5.5106m、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）,14,（2）用一厚度为e=5.5106m、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。,15,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

6、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,16,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,17,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。,18,当,时，单缝恰好

7、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,19,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,20,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,21,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,22,2 在夫琅

8、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,23,3 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,24,5 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

9、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,25,7 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,26,1.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3.010-3m。另一波长为0的

10、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=_。,27,1.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b sin1,因1很小，故,中央明纹宽度,28,(2) 对于第二级暗纹，有,29,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

11、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,30,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。,31,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。,32,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

12、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。,33,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。,34,2 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,35,7 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,36,5 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_。,37,4 如图所示，媒质为空气（n1