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1、第十三章第十三章 光的波粒二象性光的波粒二象性第一节第一节 光的干涉和衍射光的干涉和衍射2021/6/712021/6/72一、杨氏双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验1、装置特点、装置特点： （1）双缝很近双缝很近 0.1mm， （2）双缝）双缝S1、S2与单缝与单缝S的距离相等，的距离相等，单缝 双缝红滤色片S1SS2屏幕2、要用单色光要用单色光 单单孔孔的的作作用用：是是获获得点光源得点光源 双双孔孔的的作作用用：相相当当于于两两个个振振动动情情况况完完全全相相同同的的光光源源，双双孔孔的的作用是获得作用是获得相干光源相干光源2021/6/734、干涉图样的特点、干涉图样的特点： （1）形成明
2、暗相间的条纹形成明暗相间的条纹 （2）亮纹间等距、暗纹间等距）亮纹间等距、暗纹间等距 （3）两缝）两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位中垂线与屏幕相交位置是亮条纹置是亮条纹-中央亮纹中央亮纹提出问题提出问题：（：（1）为什么会出现这样的图象？）为什么会出现这样的图象？ （2）怎样用波动理论进行解释？）怎样用波动理论进行解释？3、产生稳定光的干涉现象的条件、产生稳定光的干涉现象的条件相干光源：相干光源：两个振动情况完全相同的光源两个振动情况完全相同的光源2021/6/74复习：（1）机械波中，产生稳定干涉现象的条件是：）机械波中，产生稳定干涉现象的条件是：频率相同相差恒定。频率相同相差恒定。（2）两
3、列波在波峰和波峰相遇或波谷与波谷）两列波在波峰和波峰相遇或波谷与波谷相遇时振幅变大，说明此点为振动加强点相遇时振幅变大，说明此点为振动加强点 。 两列波在波峰和波谷相遇时振幅变小，说明此两列波在波峰和波谷相遇时振幅变小，说明此点为振动减弱点。点为振动减弱点。 二、运用光的波动理论进行分析二、运用光的波动理论进行分析（3）对光发生干涉时）对光发生干涉时 若光互相加强，出现亮条纹若光互相加强，出现亮条纹 若光互相削弱，出现暗条纹若光互相削弱，出现暗条纹 2021/6/75红滤色片单缝 双缝S1SS2屏幕2021/6/76S1S2PP=0中央亮纹 由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又经过相同
4、的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。双缝S1S2屏幕2021/6/77P1 第一亮纹双缝S1S2屏幕S1S2P1 取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差就不同，若这个光程差正好等于波长的整数倍，比如= S1S2=，出现第一条亮纹。 =2021/6/78P2 第二亮纹双缝S1S2屏幕 屏上P1点的上方还可以找到= S1S22的P2点出现第二条亮纹。 22021/6
5、/79双缝S1S2屏幕P1 第一亮纹 =P 中央亮纹 =0P2 第二亮纹 =2P3 / 第三亮纹 =3P3 第三亮纹 =3P3 / 第二亮纹 =2P3 / 第一亮纹 =2021/6/710Q1 第一暗纹双缝S1S2屏幕S1S2P1 取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差= S1S2/2，其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故应出现暗纹。/2/2P 中央亮纹2021/6/711Q2 第二暗纹双缝S1S2屏幕 屏上Q1点的上方还可以找到= S1S23/2的Q2点
6、出现第二条暗纹。同样可以找到第三条暗纹Q3，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/等暗纹。 3/2Q1 第一暗纹P 中央亮纹2021/6/712双缝S1S2屏幕P1 第一亮纹 =P 中央亮纹 =0P2 第二亮纹 =2P3 / 第三亮纹 =3P3 第三亮纹 =3P3 / 第二亮纹 =2P3 / 第一亮纹 =Q2 第二暗纹Q 1 第一暗纹Q3 第三暗纹Q3 / 第三暗纹Q2 / 第二暗纹Q1 / 第一暗纹=5/2=/2=3/2=5/2=3/2=/22021/6/7132021/6/714双缝S1S2屏幕三、干涉条纹的间距与哪些因素有关三、干涉条纹的间距与哪些因素有关?1、什么是干涉条
7、纹的间距、什么是干涉条纹的间距?xx条纹间距的含义：条纹间距的含义：亮纹亮纹或暗纹之间的距离总是相或暗纹之间的距离总是相等的，亮纹和亮纹之间的等的，亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离叫做条纹间距。距离叫做条纹间距。 2021/6/715双缝S1S2屏幕Ld 重做干涉实验，并定性寻找规律重做干涉实验，并定性寻找规律dd、不变，只改变屏与缝之不变，只改变屏与缝之间的距离间的距离LLLL越大，条纹间距越大，条纹间距越大越大 L L、不变，只改变双缝距离不变，只改变双缝距离dddd越小，条纹间距越大越小，条纹间距越大2、干涉条纹的间距与、干涉条纹的间距与哪些因素哪些因素有
8、关有关?2021/6/716 L L、d d不变，用不同的单色光进行实验不变，用不同的单色光进行实验 红光的条纹间距最大，紫光的最小。红光的条纹间距最大，紫光的最小。 3 、亮（暗）纹间距的公式、亮（暗）纹间距的公式(x= ）红光的波长最大，紫光的波长最小。红光的波长最大，紫光的波长最小。红光的频率最小，紫光的频率最大。红光的频率最小，紫光的频率最大。2021/6/717下一步4、实验的改进：、实验的改进：指出用狭缝代替小孔，可以得到同样清晰，指出用狭缝代替小孔，可以得到同样清晰， 但明亮得多的干涉条纹。但明亮得多的干涉条纹。 用氦氖激光器发出的激光演示双缝干涉实验。用氦氖激光器发出的激光演示
9、双缝干涉实验。 2021/6/7185、白光的干涉图样是什么样？、白光的干涉图样是什么样？ 明暗相间的彩色条纹；明暗相间的彩色条纹； 中央为白色亮条纹；中央为白色亮条纹； 干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； 在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内线在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内线。 2021/6/719三、光的薄膜干涉三、光的薄膜干涉1 1、实验、实验产生原因：产生原因：膜的前膜的前表面和后表面反表面和后表面反射的两列光波。射的两列光波。实验现象：实验现象：水平的水平的彩色条纹彩色条纹2021/6/720现象：现象：劈尖上厚度相同的地方，出现明
10、或暗条纹。劈尖上厚度相同的地方，出现明或暗条纹。1）检查精密仪器的表面：）检查精密仪器的表面：平行单色光垂直照射平行单色光垂直照射实心劈尖上，实心劈尖上，上面的下表面、下面的上表面上面的下表面、下面的上表面的反的反射光将产生干涉。射光将产生干涉。2、薄膜干涉的应用、薄膜干涉的应用2021/6/7212）增加透射：）增加透射：使某些颜色的单色光在表面使某些颜色的单色光在表面的反射干涉相消。的反射干涉相消。如：照相机镜头有增透膜如：照相机镜头有增透膜d= /4呈现淡紫色呈现淡紫色 消除黄绿色的反射光。消除黄绿色的反射光。2021/6/722如果保持双缝的间距不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间条
11、纹间距_；如果保持光屏到缝的距离双缝的间距不变，双缝的间距越小，屏上明暗相间条纹间距_；如果保持光屏到缝的距离双缝的间距不变，双缝的间距不变，改变光的波长越大，屏上明暗相间条纹间距_；变大变大变大变大变大变大练习：练习：2021/6/723四、光的衍射：四、光的衍射：光离开直线路径绕道障光离开直线路径绕道障碍物阴影里去的现象碍物阴影里去的现象2021/6/7241、产生明显衍射现象的条件：、产生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的障碍物或小孔的尺寸比波长小或差不多尺寸比波长小或差不多2、实验现象：、实验现象：中央一级是又亮又宽的白色条纹，中央一级是又亮又宽的白色条纹，两边是较窄较暗的彩色条纹两边
12、是较窄较暗的彩色条纹2021/6/725光的衍射光的衍射 1、波长一定时，单缝越窄，衍射图样中央条纹越宽，各条纹间距大 2、单缝不变时，光的波长越长（可见光中红光最长），中央亮纹越宽，条纹间隔越大 3、白炽灯（白光）的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色单缝衍射规律2021/6/726418181818年，当法国物理学家年，当法国物理学家菲涅耳提出光的波动菲涅耳提出光的波动理论理论时，时，著名数学家泊松著名数学家泊松根据菲涅耳的理论推根据菲涅耳的理论推算出：把一个不透光的小的圆盘状物放在光束算出：把一个不透光的小的圆盘状物放在光束中，在距这个圆盘一定距离的像
13、屏上，圆盘的中，在距这个圆盘一定距离的像屏上，圆盘的阴影中心应当出现一个亮斑人们从未看过和阴影中心应当出现一个亮斑人们从未看过和听说过这种现象，因而认为这是荒谬的，所以听说过这种现象，因而认为这是荒谬的，所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理论，菲涅耳接受了这一挑战，精心研究，论，菲涅耳接受了这一挑战，精心研究，“奇奇迹迹”终于出现了，实验证明圆盘阴影中心确实终于出现了，实验证明圆盘阴影中心确实有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑2021/6/727当缝很大时当缝很大时直线传播（得到影）直线传播（得到影）当缝减小时当缝减
14、小时逐渐会出现小孔成像的现象逐渐会出现小孔成像的现象继续减小缝的大小继续减小缝的大小会出现光的衍射现象会出现光的衍射现象光沿直线传播只是一个近似的规律：当光的波长比障碍光沿直线传播只是一个近似的规律：当光的波长比障碍物或孔的尺寸小得多时，可认为光是沿直线传播的，物或孔的尺寸小得多时，可认为光是沿直线传播的，当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时将产生当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时将产生明显的衍射现象明显的衍射现象 提问：当光通过小孔或者狭缝时，在后面提问：当光通过小孔或者狭缝时，在后面的光屏上会得到什么样的图案？的光屏上会得到什么样的图案？ 2021/6/728自然现象中的衍射自然
15、现象中的衍射4抬头透过树叶抬头透过树叶缝隙看到的阳缝隙看到的阳光带有彩色光光带有彩色光晕。就是光的晕。就是光的衍射现象。衍射现象。2021/6/729自然现象中的衍射自然现象中的衍射神神秘秘的的佛佛光光 是在光的是在光的“衍射反射衍射反射”成像原理下形成的一种特殊光象，成像原理下形成的一种特殊光象，学术界称为学术界称为“宝光宝光”。这是一种在云雾山地的地方常见的一。这是一种在云雾山地的地方常见的一种大气光象，以往在峨眉山多见，故有种大气光象，以往在峨眉山多见，故有“峨眉宝光峨眉宝光”之说。之说。实际上，实际上，“宝光宝光”在黄山、庐山、五台山等地山区，甚至一在黄山、庐山、五台山等地山区，甚至一
16、些稍有起伏的平原地带也可以看到些稍有起伏的平原地带也可以看到 。2021/6/7304利用光的衍射现象制作出来的全息衍射防伪标记。利用光的衍射现象制作出来的全息衍射防伪标记。由于防伪标记利用了全息摄像技术，所以制作成由于防伪标记利用了全息摄像技术，所以制作成本和难度都较高，能有力的保护消费者不买到假本和难度都较高，能有力的保护消费者不买到假冒伪劣商品。冒伪劣商品。 防伪防伪2021/6/731珍宝鉴定1985年，加拿大文物保护协会（年，加拿大文物保护协会（CCT）的科学家们就利）的科学家们就利用用X光射线衍射分析方法对一件被作为凡高作品出售光射线衍射分析方法对一件被作为凡高作品出售的油画颜料进
17、行了分析鉴定。科学家从这幅油画的颜的油画颜料进行了分析鉴定。科学家从这幅油画的颜料中发现了大量的金红石的存在。作为白色颜料的使料中发现了大量的金红石的存在。作为白色颜料的使用，二氧化钛一般以两种状态存在：金红石和锐钛矿。用，二氧化钛一般以两种状态存在：金红石和锐钛矿。锐钛矿作为白色颜料使用是从锐钛矿作为白色颜料使用是从1925年开始的，而金红年开始的，而金红石作为白色颜料直到石作为白色颜料直到1938年才开始生产。因为金红石年才开始生产。因为金红石的存在，使得这幅油画的创作时间不可能早于的存在，使得这幅油画的创作时间不可能早于1938年，年，这与凡高的生活时期（这与凡高的生活时期（1853年年
18、-1890年）是不相符的，年）是不相符的，因而可以断定这幅被鉴定的油画是一幅赝品。因而可以断定这幅被鉴定的油画是一幅赝品。 2021/6/732光存储光存储4在在 CD、VCD、DVD 光学读写光学读写系统中一束激光经光栅被衍射系统中一束激光经光栅被衍射成几束光束成几束光束 , 其中间的一束按其中间的一束按原光轴方向前进的光强度最大原光轴方向前进的光强度最大（最亮），称为主光束（或零（最亮），称为主光束（或零级光）；紧邻的是较弱光束称级光）；紧邻的是较弱光束称为副光束（或为副光束（或 1 级光）。主级光）。主光束被用于读写碟片上的图像光束被用于读写碟片上的图像和伴音信号，同时获得聚焦伺和伴音信号，同时获得聚焦伺服的信号，副光束则被用于获服的信号，副光束则被用于获得轨迹伺服的信号。得轨迹伺服的信号。 2021/6/733干涉图样和衍射图样的区别4干涉图样：条纹等宽等亮干涉图样：条纹等宽等亮4衍射图样：中间条纹最宽最衍射图样：中间条纹最宽最亮，两边迅速变窄变暗。亮，两边迅速变窄变暗。2021/6/734部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
