光學(xué)習(xí)題課公開課一等獎(jiǎng)?wù)n件省課獲獎(jiǎng)?wù)n件

光學(xué)習(xí)題課第1頁2023/10/102一、光干涉Ⅰ基本概念光學(xué)小結(jié)

1光相干條件：

振動頻率相同振動方向相同位相相同或位相差恒定2、相干光取得：把由光源上同一點(diǎn)發(fā)出光設(shè)法提成兩部分，再迭加起來。只能利用同一原子同一波列分波陣面法分振幅法第2頁2023/10/1034、半波損失:從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)反射光中存在相位躍變。3、光程與光程差Ⅱ光干涉處理辦法：1、干涉加強(qiáng)與削弱條件：第3頁2023/10/1042、楊氏雙縫干涉基本公式光程差

dsin=dx/D

第4頁2023/10/105若把S向上移，條紋如何變化？S上移時(shí)，干涉條紋整體向下平移，條紋間距不變。

介質(zhì)對干涉條紋影響①在S1后加透明介質(zhì)薄膜，干涉條紋如何變化？零級明紋上移至點(diǎn)P，屏上所有干涉條紋同步向上平移。若S2后加透明介質(zhì)薄膜，干涉條紋下移。r2r1OPxdS2S1條紋寬度(條紋間距)第5頁2023/10/1063、薄膜干涉4、劈尖干涉明紋中心暗紋中心5、牛頓環(huán)明環(huán)中心暗環(huán)中心第6頁2023/10/1071、理解相干光條件，是哪兩束光產(chǎn)生干涉，正確計(jì)算兩條相干光線光程差。2、在包括到反射光線時(shí)，必須考慮有沒有半波損失。3、透鏡不引發(fā)附加光程差。Ⅲ注意問題第7頁2023/10/108二、光衍射1、惠更斯—菲涅耳原理：同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出次波都能夠以為是相干波，它們通過傳輸后在空間各點(diǎn)相遇時(shí)迭加為各子波相干迭加。

光衍射是同一束光中無數(shù)子波在遇到障礙物后迭加而相干成果。菲涅耳衍射夫瑯和費(fèi)衍射2、衍射分類：光源障礙物接收屏第8頁2023/10/109(1)屏幕上明暗條紋位置(2)屏幕上條紋間距中央明紋寬度：任一明紋寬度：∴中央明紋寬度是其他明紋寬度2倍。相鄰明條紋中心間距單縫①②PBA暗紋中心明紋中心中央明紋兩側(cè)第一級暗紋間距相鄰兩暗紋中心間距3、單縫夫瑯和費(fèi)衍射(菲涅耳半波帶處理)：條紋特性：中央明紋較亮，兩側(cè)對稱分布著其他明暗相間條紋。第9頁2023/10/10104、圓孔夫瑯和費(fèi)衍射愛里斑半角寬度5、光柵衍射★(1)光柵衍射是單縫衍射與多縫干涉綜合效應(yīng)，其特點(diǎn)是：(2)屏幕上主極大位置由光柵公式?jīng)Q定(a+b)

sin

=kk=0,±1,±2,±3···平行光垂直入射光柵時(shí)光源障礙物接收屏光柵中狹縫越密集，光柵常數(shù)越小，則明紋間距越大，明紋就越亮。第10頁2023/10/1011(3)缺級現(xiàn)象，當(dāng)同步滿足(a+b)sin

=±k

干涉明紋asin

=±k’

單縫衍射暗紋即k=(a+b)/a·k’

k就是所缺級次（4）能觀測到主極大條紋最大級數(shù)為；6

注意問題⑴、辨別單縫衍射暗紋公式、光柵公式⑵、衍射效應(yīng)顯著條件⑶、處理光柵衍射時(shí)注意有沒有缺級現(xiàn)象；第11頁2023/10/1012三、光偏振1偏振光分類及表達(dá)辦法：2偏振光產(chǎn)生：辦法偏振片→馬呂斯定律折、反射布儒斯特定律晶體雙折射3偏振光檢查：??????oe尋常光（o光）和非常光（e光）第12頁2023/10/1013馬呂斯定律內(nèi)容（Maluslaw1880年）馬呂斯定律：強(qiáng)度為I0偏振光通過檢偏振器后,出射光強(qiáng)度為其中α為檢偏器偏振化方向與起偏器偏振化方向之間夾角。AII0

第13頁2023/10/1014布儒斯特定律（1823年）玻璃空氣當(dāng)入射角等于某一特定值i0時(shí)，反射光是光振動垂直于入射面線偏振光。折射光仍為部分偏振光。式中n2為折射空間媒質(zhì)折射率，n1為入射空間媒質(zhì)折射率，i0稱為起偏振角或布儒斯特角。第14頁2023/10/1015例題1

S沿平行于屏微微上移,干涉紋如何移動?若0級明紋移動k個(gè)紋間距,欲使其回到原o處,應(yīng)在哪一種縫后加薄片(n)?薄片厚度?Xos解:(1)零級明紋滿足零程差要求零級明紋下移,則整個(gè)條紋下移.(2)設(shè)在下縫S2中加薄片未加薄片時(shí)有(明紋)加薄片后有t<0,這說明薄片應(yīng)加在上縫S1中.第15頁2023/10/10162在雙縫干涉試驗(yàn)中,單色光源s到兩縫s1和s2距離分別為l1和l2,并且l1－l2=3

,

為入射光波長,雙縫之間距離為d,雙縫到屏幕距離為D,如圖2,若要零級明紋仍出目前屏幕中央O點(diǎn)，能夠在那條縫后方加云母片來實(shí)現(xiàn)？已知云母片折射率為n,那它厚度應(yīng)是多少？解：零級明紋處兩條光線光程差為零故需S2處加云母片來增加附加光程差:第16頁2023/10/10173.在雙縫干涉試驗(yàn)中，單色光源S0到雙縫S1和S2距離分別為l1和l2，并且l1-l2=3

。

為入射光波長，雙縫之間距離為d，雙縫到屏幕距離為D，如圖。求：（1）零級明條紋到屏幕中央O點(diǎn)距離；（2）相鄰明條紋間距離。Dl2l1S0S1S2O第17頁2023/10/1018解：（1）如圖，設(shè)P0為零極明紋中心，則r2

–r1=dP0O/D（由幾何關(guān)系）因（l2+r2）–（l1+r1）=0因此r2

–r1=l1

–l2=3λ

P0O=D(r2–r1)/d=3Dλ/dDP0r1r2l2l1S0S1S2O第18頁2023/10/1019（2）在屏上距O點(diǎn)為x處光程差可見k=0為（1）成果:明紋條件相鄰明紋間距：第19頁2023/10/1020問：本來零級條紋移至何處？若移至本來第k

級明條紋處，其厚度

h為多少？3.已知：S2

縫上覆蓋介質(zhì)厚度為h

，折射率為

n，設(shè)入射光波長為

.

解：從S1和S2發(fā)出相干光所對應(yīng)光程差當(dāng)光程差為零時(shí)，對應(yīng)零條紋位置應(yīng)滿足：因此零級明條紋下移本來

k

級明條紋位置滿足：設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級明條紋移到本來第

k

級處，它必須同步滿足：第20頁2023/10/1021當(dāng)雙縫干涉裝置一條狹縫背面蓋上折射率為n=1.58云母片時(shí)，觀測到屏幕上干涉條紋移動了9個(gè)條紋間距，已知波長λ=5500A0，求云母片厚度。例、根據(jù)條紋移動求縫后所放介質(zhì)片厚度解：沒有蓋云母片時(shí)，零級明條紋在O點(diǎn)；當(dāng)S1縫后蓋上云母片后，光線1光程增大。由于零級明條紋所對應(yīng)光程差為零，因此這時(shí)零級明條紋只有上移才能使光程差為零。依題意，S1縫蓋上云母片后，零級明條紋由O點(diǎn)移動本來第九級明條紋位置P點(diǎn)，當(dāng)x<<D時(shí)，S1發(fā)出光能夠近似看作垂直通過云母片，光程增加為(r1-h+nh)-r1=(n-1)h，從而在O點(diǎn)有

(n-1)h=kλ,k=9因此

h=kλ/(n-1)=9×5500×10-10/(1.58-1)=8.53×10-6mr2r1OPxdS2S1第21頁2023/10/1022問：若反射光相消干涉條件中取

k=1，膜厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內(nèi)有沒有增反？4.已知：用波長，照相機(jī)鏡頭n3=1.5，其上涂一層n2=1.38氟化鎂增透膜，光線垂直入射。解：由于，因此反射光經(jīng)歷兩次半波損失。反射光相干相消條件是：代入k和n2

求得：第22頁2023/10/1023此膜對反射光相干相長條件：可見光波長范圍400~700nm波長412.5nm可見光有增反。問：若反射光相消干涉條件中取

k=1，膜厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內(nèi)有沒有增反？第23頁2023/10/10245.已知：用紫光照射，借助于低倍測量顯微鏡測得由中心往外數(shù)第k

級明環(huán)半徑,k

級往上數(shù)第16個(gè)明環(huán)半徑，平凸透鏡曲率半徑R=2.50m求：紫光波長？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：第24頁2023/10/1025練習(xí)、一束波長為

=5000?平行光垂直照射在一種單縫上。(1)已知單縫衍射第一暗紋衍射角

1=300，求該單縫寬度a=?(2)假如所用單縫寬度a=0.5mm，縫后緊挨著薄透鏡焦距f=1m，求：(a)中央明條紋角寬度；(b)中央亮紋線寬度；(c)

第一級與第二級暗紋距離；(3)在(2)條件下，假如在屏幕上離中央亮紋中心為x=3.5mm處P點(diǎn)為一亮紋，試求(a)該P(yáng)處亮紋級數(shù)；(b)從P處看，對該光波而言，狹縫處波陣面可分割成幾個(gè)半波帶？第25頁2023/10/1026解：(1)第一級暗紋k=1,

1=300(2)已知a=0.5mmf=1m(a)中央亮紋角寬度(b)中央亮紋線寬度第26頁2023/10/1027(c)第一級暗紋與第二級暗紋之間距離(3)已知x=3.5mm是亮紋(b)當(dāng)k=3時(shí)，光程差狹縫處波陣面可提成7個(gè)半波帶。第27頁2023/10/1028練習(xí)、波長為6000?單色光垂直入射在一光柵上，第二級明紋出目前sin

2=0.2處，第4級為第一種缺級。求(1)光柵上相鄰兩縫距離是多少？(2)狹縫也許最小寬度是多少？(3)按上述選定a、b值，事實(shí)上能觀測到所有明紋數(shù)是多少？解:(1)第28頁2023/10/1029在-900<sin

<900范圍內(nèi)可觀測到明紋級數(shù)為k=0,1,2,3,5,6,7,9,共15條明紋第29頁2023/10/103