在杨氏双缝课件

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1、第四节99第一丝光线照临大地，第一丝光线照临大地，新的一天开始了！新的一天开始了！光：光：light地球的母亲！地球的母亲！万物生长靠太阳万物生长靠太阳太阳的能量就是通过光波送到地球！太阳的能量就是通过光波送到地球！五光十色，缤纷的世界，光是主角！五光十色，缤纷的世界，光是主角！光通信技术！光通信技术！激光的发明，一场新技术革命！激光的发明，一场新技术革命！通过光，人类知道遥远的星空发生的事件！通过光，人类知道遥远的星空发生的事件！通过光，人类知道微观世界发生的事件！通过光，人类知道微观世界发生的事件！.本章主要内容：波动光学本章主要内容：波动光学光的干涉光的干涉(Interference )

2、；光的衍射光的衍射(Diffraction of Light )；光的偏振性（横波光的偏振性（横波 Polarization of Light ）。）。一、光谱一、光谱可见光区红外区紫外区紫光红光 (nm)可见光可见光: 光在人眼视觉范围内的波段为光在人眼视觉范围内的波段为400nm 760nm，光谱光谱光的强度按频率（或波长）的分布光的强度按频率（或波长）的分布可见光光色光色 波长波长(nm) 频率频率(Hz) 中心波长中心波长 (nm) 红红 760622 660 橙橙 622597 610 黄黄 597577 570 绿绿 577492 540 青青 492470 480 兰兰 4704

3、55 460 紫紫 455400 430 可见光七彩颜色的波长和频率范围可见光七彩颜色的波长和频率范围光色光色 波长波长(nm) 频率频率(Hz) 中心波长中心波长 (nm) 红红 760622 660 橙橙 622597 610 黄黄 597577 570 绿绿 577492 540 青青 492470 480 兰兰 470455 460 紫紫 455400 430 二、光的本质二、光的本质光具有光具有波动性波动性和和粒子性粒子性，合称，合称波粒二象性波粒二象性。n 光的波动性光的波动性是指是指光是某一波段的电磁波光是某一波段的电磁波。n光在不同媒质的分界面上会发生光在不同媒质的分界面上会发

4、生反射反射和和折射折射现象；现象；n在传播过程中出现在传播过程中出现干涉干涉、衍射衍射和和偏振偏振等现象。等现象。 光在真空中的传播速度为：光在真空中的传播速度为：n 光的粒子性光的粒子性是指是指光是由单个的光子构成的光是由单个的光子构成的。光电效应。光电效应实验可以证明这一点。实验可以证明这一点。2. 电磁波是电场强度电磁波是电场强度 与磁场强度与磁场强度 的矢量波的矢量波;1. 光是电磁波光是电磁波, 其波动方程是什么其波动方程是什么?3. 光矢量光矢量: 对人眼和感光仪器起作用的主要是电场强对人眼和感光仪器起作用的主要是电场强度度E, 所以人们称所以人们称电场强度电场强度E E为光矢量为

5、光矢量.三、光波的表达三、光波的表达 1. 基本概念：基本概念： 光矢量光矢量E，光振动，振动面，光振动，振动面(振动方向与传播方向构成的平面振动方向与传播方向构成的平面) 光波是横波光波是横波E A1 cos (w w t + j j 1 1) )E A1 cos w w t + ( j j 2 22 r )光波（一）（一）（一）（一）. . . .产生相干光的条件产生相干光的条件产生相干光的条件产生相干光的条件1. . 频率相同；频率相同；2. . 振动方向一致；振动方向一致；3. . 有恒定的相位差；有恒定的相位差；两束光：两束光：E2E1Ey1 A1 cos w w t + ( j j

6、 1 1)y2 A2 cos w w t + ( j j 2 22 r1 2 r2 )光源光源种类：热辐射、电致发光、光致发光、化学发光种类：热辐射、电致发光、光致发光、化学发光线谱光源：线谱光源：如气体放电管、钠光灯、如气体放电管、钠光灯、 水银灯等水银灯等； 连续谱光源：连续谱光源：（或热辐射光源）如（或热辐射光源）如 白炽灯、弧光灯、太阳等；白炽灯、弧光灯、太阳等；(光谱特征光谱特征) ：（二）（二）（二）（二）. . . .光源光源光源光源常用单色光源(一一)、光源的发光机制：、光源的发光机制：普普通通光光源源：自自发发辐辐射射。每每一一个个分分子子和和原原子子都都相相当当于于一一个个

7、小小光光源源，(1)它它们们所所发发出出的的波波的的振振幅幅、相相位位、振振动动方方向向各各不不相相同同；(2)原原子子发发光光是是间间歇歇的的，眼眼睛睛感感觉觉到的光强是平均光强到的光强是平均光强; （3）波列的长度即相干长度）波列的长度即相干长度独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)能级跃迁辐射能级跃迁辐射高能级高能级E2低能级低能级E1光子光子结论：结论：普通光源普通光源不是相干光源。不是相干光源。 普通光源：太阳光、电灯、手电筒、煤油灯等发普通光源：太阳光、电灯、手电筒、煤油灯等发出来的光，没有干涉现象发生，出来的光，没有干涉现象发生，

8、为什么？为什么？ 因为它们不是相干波源，发射的光波不是相干波，因为它们不是相干波源，发射的光波不是相干波，所以普通光相遇，没有干涉现象发生。所以普通光相遇，没有干涉现象发生。相干光问题二 一入射波传播到带有小孔的屏时，不论入射波的波阵面是什么形状，通过小孔时，在小孔的另一侧都产生以小孔作为点波源的前进球面波，可将其抽象为从小孔处发出的一种次波或球面子波，其频率与入射波频率相同。（三）、相干光的获得（三）、相干光的获得1.1.分波阵面法分波阵面法2.2.分振幅法分振幅法 在同一波面上取两个点，使子波在同一波面上取两个点，使子波经过不同的路径经过不同的路径后再相遇后再相遇产生干涉的方法为产生干涉的

9、方法为分波阵面法分波阵面法。如杨氏双缝。如杨氏双缝干涉实验。干涉实验。 一束光线经过介质薄膜界面的反射与折射，形成一束光线经过介质薄膜界面的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法为的两束光线产生干涉的方法为分振幅法分振幅法。如薄膜、劈。如薄膜、劈尖、牛顿环等。尖、牛顿环等。相干光的获得原理：相干光的获得原理：使普通光源的使普通光源的同一个点同一个点发出的光发出的光分成两个或两个以上的相干光束分成两个或两个以上的相干光束, , 使它们各经过不同使它们各经过不同的路径后再相遇产生干涉。的路径后再相遇产生干涉。分波阵面法分波阵面法波源波源相干光的产生方法：相干光的产生方法：分波阵面法分波阵面法*光

10、源光源分振幅法分振幅法第三节托马斯.杨一一. 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验装置：杨氏双缝干涉实验装置：DxOP S 线光源，线光源，G 是一个遮光屏，其上有两条与是一个遮光屏，其上有两条与 S 平行的狭缝平行的狭缝S1、S2，且与，且与S 等距离，因此等距离，因此S1、S2 是是相干光源且相位相同相干光源且相位相同； S1、S2 之间的距离是之间的距离是d ，到屏的距离是，到屏的距离是D。(Dd)干干涉涉条条纹纹I光强分布SdGS1和和S2发出的光到达发出的光到达P点的点的波程差波程差为为:在在P点发生干涉相长的条件为点发生干涉相长的条件为在在P点发生干涉相消的条件为点发生

11、干涉相消的条件为P点处出现明条纹点处出现明条纹P点处出现暗条纹点处出现暗条纹 波程差波程差为其它值的点为其它值的点,光强介于最明与最暗之间。光强介于最明与最暗之间。因此上述两条纹分别是明纹中心和暗纹中心。因此上述两条纹分别是明纹中心和暗纹中心。 30p实实 验验 装装 置置波程差波程差 减弱减弱加强加强暗纹暗纹明纹明纹p相邻两明纹或暗纹间的距离为：相邻两明纹或暗纹间的距离为：暗纹中心的位置：暗纹中心的位置：明纹中心的位置：明纹中心的位置：无零级暗纹！无零级暗纹！k 称为干涉条纹的级次称为干涉条纹的级次PSDxOd干涉条纹干涉条纹k = 0k = 1k = -1k = -2k = 2零级明条纹零

12、级明条纹+1级明条纹级明条纹-1级明条纹级明条纹-2级明条纹级明条纹+2级明条纹级明条纹杨氏双缝干涉条纹的特点：杨氏双缝干涉条纹的特点：1. 屏幕中心为零级亮条纹，两侧为平行等间距的明暗屏幕中心为零级亮条纹，两侧为平行等间距的明暗相间的直条纹；相间的直条纹；4. 当当D 、 一定时，一定时，x与与d成反比，成反比，d越小，条越小，条纹分辨越清。纹分辨越清。3. 干涉条纹不仅出现在屏上，凡是两光束重叠的区域干涉条纹不仅出现在屏上，凡是两光束重叠的区域都存在干涉，故杨氏双缝干涉属于非定域干涉。都存在干涉，故杨氏双缝干涉属于非定域干涉。2. 条纹间距：条纹间距：应用：应用： 利用干涉条纹间距，测量未

13、知光波的波长利用干涉条纹间距，测量未知光波的波长;k=0 x05. x与与 成正比，用成正比，用白光白光做光源时，除中央明纹是白光外，其它做光源时，除中央明纹是白光外，其它各级条纹是彩色条纹，各级条纹是彩色条纹，紫在内红在外紫在内红在外；6.1与与 2为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。 k11=k22，高级次的条纹发生交叠而模糊不清。高级次的条纹发生交叠而模糊不清。白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片讨论题：讨论题：1. 如果用两个灯泡分别照亮如果用两个灯泡分别照亮S1、S2缝，能否看到干

14、涉条纹？缝，能否看到干涉条纹？2. S1缝后贴一红色玻璃纸，缝后贴一红色玻璃纸，S2缝后贴一绿色玻璃纸，能否看到缝后贴一绿色玻璃纸，能否看到干涉条纹？干涉条纹？例题：例题：在双缝干涉实验中，所用光的波长为在双缝干涉实验中，所用光的波长为587.6nm 双缝与屏的间距双缝与屏的间距D=2.25m，屏幕上产生的条纹间距为，屏幕上产生的条纹间距为0.50mm，求双缝间距，求双缝间距d=多少？多少？解：解：例第第5级暗纹的坐标：级暗纹的坐标：杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉, 要求明确以下问题：要求明确以下问题：1、如何获得的相干光；、如何获得的相干光； 2、明、暗纹条件；、明、暗纹条件； 3、干涉条纹特点：

15、、干涉条纹特点：形状、形状、间距、间距、 级次位置分布级次位置分布； 一定时，若一定时，若 变化，则变化，则 将怎样变化？将怎样变化？1）讨论讨论条纹间距条纹间距: =700nm 550nm 400nm=700nm 550nm 400nm2） 条纹间距条纹间距 与与 的关系如何？的关系如何？ 一定时，一定时，条纹间距条纹间距: P二二. 双双 镜镜三三 . 劳埃镜实验劳埃镜实验PML半波损失半波损失注意注意光在界面反射时相位发生突变的现象光在界面反射时相位发生突变的现象,称为半波损失现象称为半波损失现象;4.4.半波损失半波损失(1 ) 当光从折射率当光从折射率大大的的光密介质光密介质，入射于

16、折射率入射于折射率小小的的光疏介质光疏介质时，反射光没有半波损失。时，反射光没有半波损失。(2) 当光从折射率当光从折射率小小的光疏介质，的光疏介质，正入射或掠入射正入射或掠入射于折射率于折射率大大的光的光密介质时，则反射光有半波损失。密介质时，则反射光有半波损失。有有半波损失半波损失没有没有半波损失半波损失 洛埃镜实验洛埃镜实验当当屏屏幕幕W移移至至B处处，从从S1 和和 S2到到B点点的的光光程程差差为为零零，但但实实验验观观察察到到暗暗条条纹纹，验验证证了了反反射射时时有有半半波波损损失失存存在在，反反射射光光具具有有 的相位突变的相位突变。光栏9.1.3 光程光程 光程差光程差 P368P368 光在真空中的波长光在真空中的波长 ，速度，速度c，在折射率为，在折射率为n1的介质的介质中的波长为中的波长为1，速度为，速度为 1，则：，则：PS1S2r1 n1r2 n2由此可知：相位差不只由几何路程之差由此可知：相位差不只由几何路程之差 (r2r1) 决定，决定，而决定于而决定于 (n2 r2 n1r1) 。一、光程差光程差 叫光程差叫光程差光程光程：光在某一媒质中行进的几何路程：