第十二章物理

第十二章物理3/23/20241第1頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12章光的干涉自古以來(lái)神奇的光一直吸引著人們：光是什么？是粒子、是波、是能量？光怎樣從物質(zhì)中發(fā)出？又怎樣成為物質(zhì)的一部分？光速為什么是宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的極限？……有些科學(xué)已作了回答，有些還在爭(zhēng)論不休。但畢竟想方設(shè)法去了解光，已帶來(lái)了物理學(xué)一場(chǎng)又一場(chǎng)的革命！3/23/20242第2頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）以牛頓為代表的微粒說(shuō)幾何光學(xué)（2）以惠更斯為代表的波動(dòng)說(shuō)波動(dòng)光學(xué)（3）以愛(ài)因斯坦為代表的量子說(shuō)量子光學(xué)量子光學(xué)物理光學(xué)光學(xué)幾何光學(xué)波動(dòng)光學(xué)光的偏振光的衍射光的干涉兩個(gè)或多個(gè)光波在空間相遇時(shí)，使某些地方光的強(qiáng)度始終加強(qiáng)，而使另一些地方光的強(qiáng)度始終減弱，結(jié)果使光的強(qiáng)度形成穩(wěn)定的分布光的干涉光學(xué)具有代表性的學(xué)說(shuō)3/23/20243第3頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.1楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一、獲得相干光的方法1.光波(1)光波是電磁波(2)光速c=3.0×108m/s(3)光波是橫波(4)只考慮振動(dòng)光矢量光振動(dòng)我開(kāi)了兩盞燈，為什么沒(méi)看見(jiàn)干涉條紋?干涉是有條件的!3/23/20244第4頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.光源發(fā)光的復(fù)雜性光是由光源中原子或分子的能量狀態(tài)發(fā)生躍遷時(shí)輻射出來(lái)的0基態(tài)激發(fā)態(tài)(1)大量原子、分子獨(dú)立發(fā)出的光，頻率不同(2)原子、分子發(fā)光是間歇的兩個(gè)獨(dú)立的光源不能構(gòu)成相干光；即使是同一個(gè)原子發(fā)出的前后兩列波，也很難保證同時(shí)滿足三個(gè)相干條件。要獲得相干光需要采取特殊的方法.3/23/20245第5頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.獲得相干光的方法把同一光源同一點(diǎn)發(fā)出的光設(shè)法分成兩部分,然后再相遇光源P①②一點(diǎn)二、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)3/23/20246第6頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.形成明紋、暗紋的條件dD=明紋暗紋3/23/20247第7頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.明紋、暗紋的位置(中心位置)=明紋暗紋明紋中心位置:暗紋中心位置:3.相鄰明紋(或暗紋)間距離dD3/23/20248第8頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.結(jié)論dD(1)明、暗條紋等間距地分布在中央明紋兩側(cè)(2)由于光波波長(zhǎng)λ很小,要產(chǎn)生清晰可見(jiàn)的干涉條紋,必須要求D>>d(3)若D、d不變,△x正比于波長(zhǎng)λ,

波長(zhǎng)大小紅紫條紋稀條紋密3/23/20249第9頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月o紫紅紫紅k級(jí)△x紫紅k+1級(jí)(2級(jí))白光白色波長(zhǎng)大小紅紫(4)用白光照射①中央明紋是白色②其余各級(jí)條紋是紫到紅的彩色光帶③彩色光帶的寬度④當(dāng)級(jí)數(shù)高到一定程度時(shí),有重迭現(xiàn)象假設(shè)從第K級(jí)開(kāi)始重迭說(shuō)明從第2級(jí)開(kāi)始重迭在重迭區(qū)域波程差相等

=3/23/202410第10頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、其它分波陣面的干涉實(shí)驗(yàn)1.菲涅耳雙棱鏡實(shí)驗(yàn)2.菲涅耳雙面鏡實(shí)驗(yàn)3/23/202411第11頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月D3.洛埃鏡實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是明紋。但實(shí)際卻是暗紋！該實(shí)驗(yàn)證明：光也具有半波損失！P3/23/202412第12頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、光程和光程差1.光程dDn條紋下移明暗明真空媒質(zhì)n光在媒質(zhì)中傳播的幾何路程r與媒質(zhì)折射率n的乘積nrnr3/23/202413第13頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.光程差3.位相差與光程差的關(guān)系4.利用光程差表示干涉加強(qiáng)、減弱條件=明紋暗紋明紋暗紋5.光通過(guò)薄透鏡時(shí)不產(chǎn)生附加的光程差3/23/202414第14頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月dDn例1:討論雙縫干涉裝置的一縫后插入透明媒質(zhì),屏幕上條紋的移動(dòng)問(wèn)題解:真空中:中央明紋插入媒質(zhì):(1)討論S2后面插入折射率為n,厚度為的透明媒質(zhì)3/23/202415第15頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中央明紋在O點(diǎn)下方條紋下移條紋間距不變(2)S1后面插入媒質(zhì)中央明紋在O點(diǎn)上方條紋上移條紋間距不變結(jié)論:干涉條紋向光程增大的一側(cè)移動(dòng),條紋間距不變3/23/202416第16頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏的垂直距離為1m.從第一級(jí)明紋到同側(cè)第四級(jí)明紋間的距離為7.5mm,求單色光波長(zhǎng)?⑴例2:解：(1)d=0.2mm

D=1m（2）若入射光的波長(zhǎng)為6000,求相鄰兩明紋的間距?⑵3/23/202417第17頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：光程差改變條紋移動(dòng)N=4楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，=500nm，在一光路中插入玻璃片（n=1.5）后O點(diǎn)變?yōu)?級(jí)明紋中心。求：玻璃片厚度。例3:3/23/202418第18頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.形成明紋、暗紋的條件明紋暗紋dD2.明紋、暗紋的位置(中心位置)明紋中心位置:暗紋中心位置:3.相鄰明紋(或暗紋)間距離楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)小結(jié)3/23/202419第19頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月o紫紅紫紅k級(jí)△x紫紅k+1級(jí)(2級(jí))白光白色波長(zhǎng)大小紅紫4。用白光照射①中央明紋是白色②其余各級(jí)條紋是紫到紅的彩色光帶③彩色光帶的寬度④當(dāng)級(jí)數(shù)高到一定程度時(shí),有重迭現(xiàn)象假設(shè)從第K級(jí)開(kāi)始重迭說(shuō)明從第2級(jí)開(kāi)始重迭在重迭區(qū)域波程差相等

=3/23/202420第20頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干涉條紋向光程增大的一側(cè)移動(dòng),條紋間距不變5。條紋移動(dòng)問(wèn)題6。光程和光程差（1）光程（2）光程差（3）位相差與光程差的關(guān)系（4）光通過(guò)薄透鏡時(shí)不產(chǎn)生附加的光程差3/23/202421第21頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2劈尖干涉和牛頓環(huán)干涉一、劈尖干涉1.形成明、暗紋的條件明紋暗紋棱邊：劈尖干涉的圖樣是一系列平行于棱邊的明、暗相間的直條紋①②棱邊K的取值：3/23/202422第22頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.相鄰兩明紋(或暗紋)所對(duì)應(yīng)的膜的厚度差3.相鄰兩明紋(或暗紋)間距離(1)條紋是等間距(2)條紋間距與θ有關(guān)3/23/202423第23頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.條紋的移動(dòng)與膜厚改變量之間的關(guān)系K級(jí)明紋MM點(diǎn)的光程差改變M點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)條紋M點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)條紋膜的厚度改變M點(diǎn)移動(dòng)N個(gè)條紋膜的厚度改變介質(zhì)中3/23/202424第24頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相鄰兩條明紋間距5.劈尖干涉的應(yīng)用(1)測(cè)量微小長(zhǎng)度和微小角度干涉膨漲儀(2)測(cè)量長(zhǎng)度的微小變化樣品長(zhǎng)度的改變量樣品原長(zhǎng)溫度改變量3/23/202425第25頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月平面上有凸起平面上有凹坑待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(3)檢查平面質(zhì)量條紋偏向膜(空氣)厚部分條紋偏向膜(空氣)薄部分條紋為平行于棱邊的直條紋平面平整光潔3/23/202426第26頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓環(huán)牛頓環(huán)的特點(diǎn)：級(jí)次—內(nèi)低外高間距—內(nèi)疏外密①②BCAO明環(huán)暗環(huán)K的取值：1.形成明、暗環(huán)的條件接觸點(diǎn)：二、牛頓環(huán)3/23/202427第27頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①②BCAO2.明、暗環(huán)半徑3/23/202428第28頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓環(huán)外擴(kuò)：壓環(huán)內(nèi)縮：(3)檢查透鏡表面曲率

(2)測(cè)凸透鏡的曲率半徑3.牛頓環(huán)的應(yīng)用

(1)測(cè)波長(zhǎng)要打磨中央部分要打磨邊緣部分3/23/202429第29頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、增透膜和增反膜1.增透膜：使反射光干涉減弱、透射光干涉加強(qiáng)的薄膜應(yīng)用在：顯微鏡、照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的透鏡等。2.增反膜：應(yīng)用在：眼鏡、轎車玻璃、激光器諧振腔內(nèi)反射鏡等。直射到膜的表面，欲使反射光中=550nm的成分相消，求：膜的最小厚度。例1：玻璃n3=1.5，鍍MgF2

n2=1.38，放在空氣中，白光垂解：使透射光干涉減弱、反射光干涉加強(qiáng)的薄膜3/23/202430第30頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.3邁克爾遜干涉儀一、儀器結(jié)構(gòu)：(固定)分光板補(bǔ)償板觀察孔二、儀器原理：光干涉原理。(1)當(dāng)時(shí)等厚空氣膜等傾干涉（2）當(dāng)不嚴(yán)格垂直時(shí)形成空氣劈尖等厚干涉(可動(dòng))3/23/202431第31頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、儀器的應(yīng)用：1.測(cè)量微小長(zhǎng)度：（可測(cè)不透明物體）(2)在光路上加透明物體測(cè)厚度（實(shí)際還可測(cè)等）（固定）分光板補(bǔ)償板觀察孔3/23/202432第32頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2:解：兩塊折射率為1.6的標(biāo)準(zhǔn)平面玻璃之間形成一個(gè)空氣劈尖，用λ=600nm的單色光垂直入射，產(chǎn)生等厚干涉條紋。當(dāng)劈尖內(nèi)充入n=1.4的液體時(shí)，條紋間距比空氣時(shí)縮小=0.5mm,那么劈尖角θ=？3/23/202433第33頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例3:牛頓環(huán)干涉實(shí)驗(yàn)，已知凸透鏡的曲率半徑，牛頓環(huán)的最大半徑，若入射光的波長(zhǎng)。求：（1）可產(chǎn)生多少個(gè)環(huán)形干涉條紋。（2）若把該裝置浸沒(méi)在水中（），會(huì)看到多少環(huán)形干涉條紋。解：由明環(huán)半徑：則：（1）真空時(shí)：，則：即：只能看到34條條紋。（2）有介質(zhì)時(shí)：，則：即：能看到45條條紋。3/23/202434第34頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例4：在一平玻璃上放一平凹透鏡，薄膜層為空氣(1)邊緣是明紋還是暗紋？(2)最多能看到幾級(jí)暗紋?解:(1)明紋暗紋邊緣邊緣是0級(jí)暗紋(2)所以最多能看到第3級(jí)暗紋,共4條暗紋3/23/202435第35頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)一、劈尖干涉1.形成明、暗紋的條件明紋暗紋①②2.相鄰兩明紋(或暗紋)所對(duì)應(yīng)的膜的厚度差3.相鄰兩明紋(或暗紋)間距離4.條紋的移動(dòng)與膜厚改變量之間的關(guān)系K級(jí)明紋M介質(zhì)中3/23/202436第36頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月明環(huán)暗環(huán)1.形成明、暗環(huán)的條件二、牛頓環(huán)①②B