0_光学绪论+波动基础.ppt

1、课程名称：,光 学,课程性质：,必 修,主讲教师：,王 锐,联系方式：E-mail ：,wr_tea ,绪 论（Introduction）,光学是一门古老而又年轻、极具生命活力的物理学科，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。,1、光的本性光是什么。 2、光的产生、传播、接收等规律。 3、光与物质的相互作用-吸收、散射、色散和光的机械作用，光的热、电、化学和生理效应等。 4、光在生产和社会生活中的应用。,研究内容,研究内容,光学发展史概述,课程内容,波动光学： 第1章 光的干涉 第2章 光的衍射 第5章 光的偏振,现代光学： 第8章 现代光学基础,几何光学： 第3章

2、几何光学的基本原理 第4章 光学仪器的基本原理,量子光学： 第7章 光的量子性,平时成绩占 20% 课堂笔记和平时作业 随堂测验 考勤记录 期中考试成绩占 20% 期末考试成绩占 60%,成绩评定（百分制）,简谐振动与简谐波,振 动,广义地说，任何一个物理量随时间的周期性 变化都可以叫做振动。,物体在一定位置附近所作的来回往复的运动称为机械振动，它是物体的一种运动形式。,电路中的电流、电压，以及电磁场中的电场强度和磁场强度也都可能随时间作周期性变化。这种变化也可以称为振动电磁振动或电磁振荡。,振动有简单和复杂之别。最简单的是简谐运动，它也是最基本的振动，因为一切复杂的振动都可以认为是由许多简谐

3、运动合成的。,其解为：,物体运动时，如果离开平衡位置的位移（或角位移）按余弦函数（或正弦函数）的规律随时间变化，这种运动就叫简谐振动。,简谐振动的运动表达式：,0-1 简谐振动,一、简谐振动的动力学特征,简谐振动的运动表达式：,简谐振动的动力学方程：,旋转矢量: 一长度等于A 的矢量 在纸平面内绕O点沿逆时针方向旋转，其角速度为 ，这个矢量 称为旋转矢量。,振动位相,逆时针方向,M 点在 x 轴上投影(P点)的运动规律：,的长度,旋转的角速度,旋转的方向,与参考方向x 的夹角,振幅A,振动圆频率,设一质点同时参与沿同一方向（ x 轴 ）的两个独立的同频率的简谐振动，两个振动位移为：,二、两个同

4、方向、同频率简谐振动的合成,合振动的位移为：,0-1 简谐振动,旋转矢量图示法,合振动仍然是简谐振动，其方向和频率与原来相同。,利用几何关系，求得合振动的振幅 A 和初位相 ：,合位移：,结论：两个同方向、同频率的简谐振动的合振动仍然是一个同频率的简谐振动，而合振动的振幅和初位相决定于两个分振动的振幅和初位相。,cos（02 - 01）=1,同相迭加，合振幅最大。,（1）,cos（02 - 01）=1,反相迭加，合振幅最小。,（2）,0-2 平面简谐波,一、波的类型,横波,纵波,平面波,球面波,柱面波,光波,声波,水波等,二、平面简谐波的波动表达式,0-2 平面简谐波,x、t 都变化。,实线：

5、t1 时刻波形；虚线： t1+t 时刻波形,Dx=u Dt,波的传播,在t 时间内,整个波形向波的传播方向移动了x=ut，波速u 是整个波形向前传播的速度。,波动表达式的物理意义,上式代表 x1 处质点在其平衡位置附近以圆频率w 作简谐运动。,即,x 一定。令x=x1，则质点位移y 仅是时间t 的函数。,t 一定。令t= t1，则质点位移y 仅是x 的函数。,即,上式表示 t1时刻波线上各个质点偏离各自平衡位置的位移所构成的波形曲线(波形图)。,三、波的叠加和干涉,0-2 平面简谐波,波动传播的独立性以及在相遇处的振动合成的性质称为波的叠加原理。,几列波相遇之后，仍然保持它们各自原有的特征（频

6、率、波长、振幅、振动方向等）不变,并按照原来的方向继续前进, 好象没有遇到过其他波一样.（独立性）,在相遇区域内任一点的振动，为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和.（叠加性）,波的叠加原理,波的独立传播性,实例：,（3）通常空中同时有许多无线电波在传播， 我们仍能随意接收到某一电台的广播。,（1）几个水波可以互不干扰地相互贯穿，然后 继续按各自原来的方式传播。,（2）管弦乐队合奏或几个人同时讲话时，空气 中同时传播着许多声波 ，但我们仍能够辨别出 各种乐器的音调或各个人的声音。,波的干涉：当两列（或几列）相干波在某一区域同时传播时，叠加区域的某些地方振动始终加强，另一些地方振动始终减弱或完全抵消，因而在叠加区域可以形成稳定的干涉现象。,相干波：,能产生干涉现象的两列（或几列）波。,相干波源：,能发出相干波的波源。,相干条件：,振动方向相同,频率相同,位相差恒定,强弱分布规律,两个相干波波源S1和 S2的振动方程分别为：,S1和 S2单独存在时,在P点引起的振动的方程为:,P 点的合振动方程为:,合振动