光學(xué)期末復(fù)習(xí).ppt

1、1,光的相干性,相干條件 1 兩光波在相遇點(diǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)在同一方向； 2 兩光波具有相同的頻率； 3 兩光波在相遇點(diǎn)有固定的位相差。,相干光的獲得,楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),或,兩光波在P點(diǎn)加強(qiáng)，形成明條紋。,干涉,2,如果,或,兩光波在P點(diǎn)干涉相互削弱，形成暗條紋。,兩條紋之間的間隔,3,討論 x=D/a,光源S位置改變： S下移時(shí)，零級(jí)明紋上移，干涉條紋整體向上平移； S上移時(shí)，干涉條紋整體向下平移，條紋間距不變。,雙縫間距a 改變： 當(dāng)d 增大時(shí)，x減小，零級(jí)明紋中心位置不變，條紋變密。 當(dāng)d 減小時(shí)，x增大，條紋變稀疏。,雙縫與屏幕間距D 改變： 當(dāng)D 減小時(shí)，x減小，零級(jí)明紋中心位置不變，條

2、紋變密。 當(dāng)D 增大時(shí)，x增大，條紋變稀疏。,入射光波長(zhǎng)改變： 當(dāng)增大時(shí)，x增大，條紋變疏； 當(dāng)減小時(shí)，x減小，條紋變密。,4,干涉條件,或,由此可知，如果兩束相干光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，對(duì)干涉起決定作用的將不是這兩束光的幾何路程之差，而是兩者的光程差。,光程和光程差,5,在S1后加透明介質(zhì)薄膜，干涉條紋如何變化？,零級(jí)明紋上移至點(diǎn)P，屏上所有干涉條紋同時(shí)向上平移。 移過(guò)條紋數(shù)目 k=(n-1)t/ 條紋移動(dòng)距離 OP=kx 若S2后加透明介質(zhì)薄膜，干涉條紋向下平移。,6,薄膜的干涉,7,在平行單色光垂直照射的情況下，i=0，則反射光的干涉條件為,劈尖的干涉,任何兩個(gè)相鄰的明紋或暗紋之間的距離l

3、由下式?jīng)Q定,由此可見(jiàn)，劈尖的夾角越小，干涉條紋越疏；越大，干涉條紋越密。,8,牛頓環(huán),在透鏡與玻璃片的接觸點(diǎn)上，e = 0，兩反射光線的光程差 = /2，所以接觸點(diǎn)即牛頓環(huán)的中心點(diǎn)是一暗點(diǎn)。,9,8 波長(zhǎng)為的平行單色光垂直地照射到劈形膜上，劈形膜的折射率為n，第三條明紋與第六條明紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度之差是_。,兩相鄰明或暗條紋之間的高度差為/2。,10,9 兩塊平玻璃構(gòu)成空氣劈尖，左邊為棱邊，用單色平行光垂直照射。若上面的平玻璃慢慢地向上平移，則干涉條紋間隔_（填“變大”或“變小”或“不變”），條紋將_移動(dòng)（填“近棱邊”或“遠(yuǎn)棱邊”）。,條紋間隔不變，但空氣層厚度增加，故條紋向棱邊方向移動(dòng)。,1

4、1,6 如圖，用單色光垂直照射在觀察牛頓環(huán)的裝置上。當(dāng)平凸透鏡垂直向下緩慢平移而接近平面玻璃時(shí)，可以觀察到這些環(huán)狀干涉條紋 （A）向右平移。 （B）向中心收縮。 （C）向外擴(kuò)張。 （D）靜止不動(dòng)。 （E）向左平移。,等厚干涉，透鏡向上平移，則原條紋（空氣層厚度相同點(diǎn)）向中心收縮。, ,C,12,10 若把牛頓環(huán)裝置（都是用折射率為1.52的玻璃制成的）由空氣搬入折射率為1.33的水中，則干涉條紋將_（填“變密”或“變疏”或“不變”）。,暗紋：,條紋變密。,即無(wú)論是在水中或空氣中都有半波損失，兩種情形中中央都為暗斑。,13,1 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，波長(zhǎng)=600nm的單色平行光垂直入射到縫間距a=3

5、104m的雙縫上，屏到雙縫的距離D=1m。求：（1）中央明紋兩側(cè)的兩條第5級(jí)明紋中心的間距；（2）用一厚度為e=5.5106m、折射率為n=1.33的玻璃片覆蓋一縫后，零級(jí)明紋移到原來(lái)的第幾級(jí)明紋處？（1nm=10-9m）,解：（1）,14,（2）用一厚度為e=5.5106m、折射率為n=1.33的玻璃片覆蓋一縫后，零級(jí)明紋移到原來(lái)的第幾級(jí)明紋處？（1nm=10-9m）,解：,（2）覆蓋玻璃后，零級(jí)明紋應(yīng)滿足,設(shè)不覆蓋玻璃片時(shí)此點(diǎn)為第K級(jí)明紋，則應(yīng)有,所以,零級(jí)明條紋移到原第3級(jí)明紋處。,15,惠更斯原理：媒質(zhì)中的波達(dá)到的各點(diǎn)都是產(chǎn)生子波的波源，子波的包面就決定了另一時(shí)刻的波陣面。,菲涅耳基于

6、光的干涉原理，認(rèn)為不同次級(jí)波之間可以產(chǎn)生干涉，給惠更斯原理作了補(bǔ)充，成為惠更斯菲涅耳原理。菲涅耳假定：從同一波陣面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播而在空間某點(diǎn)相遇時(shí)也可以相互迭加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。,衍射,一 惠更斯菲涅爾原理,16,用菲涅耳波帶法來(lái)說(shuō)明單縫衍射圖樣。,單縫的夫瑯和費(fèi)衍射,兩條邊緣光線之間的光程差為,17,由此可知，對(duì)應(yīng)于某確定角度，如果單縫可以分成偶數(shù)波帶時(shí)，則在P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋；如果單縫可以分成奇數(shù)波帶時(shí)，則出現(xiàn)明條紋。這樣明條紋的亮度只是奇數(shù)波帶中的一個(gè)波帶上所發(fā)出的子波，經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后所產(chǎn)生的結(jié)果，其它都互相抵消?？梢?jiàn)波帶數(shù)越多，或角越大，明條紋的亮度越小。,18,當(dāng),時(shí)，單縫恰好

7、分成二個(gè)波帶，則在屏上出現(xiàn)第一級(jí)暗線的位置?？梢?jiàn)當(dāng)適合于,都在零級(jí)明條紋的范圍內(nèi)；,屏上出現(xiàn)第一級(jí)、第二級(jí)等暗線的位置。當(dāng)適合于,屏上出現(xiàn)第一級(jí)、第二級(jí)等明線的位置。,當(dāng)適合于,19,暗紋中心,明紋中心,明暗條紋條件,條紋在接收屏上的位置,暗紋中心,明紋中心,20,當(dāng)角適合條件,時(shí)，由所有相鄰的狹縫所射出的光線的光程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，因而相互加強(qiáng)形成明條紋。這個(gè)式子就叫做光柵公式。,衍射光柵,21,光柵衍射中的缺級(jí)現(xiàn)象。,按光柵衍射公式,當(dāng)角滿足于上式時(shí)出現(xiàn)明條紋。,但如果此時(shí)若角同時(shí)滿足于夫瑯和費(fèi)單縫衍射暗紋條件,則此時(shí)合成光強(qiáng)為零，即發(fā)生缺級(jí)現(xiàn)象。,將此兩式聯(lián)立消去，則有,22,2 在夫瑯

8、和費(fèi)單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于給定的入射單色光，當(dāng)縫寬度變大時(shí)，除中央亮紋的中心位置不變外，各級(jí)衍射條紋 （A）對(duì)應(yīng)的衍射角變小。（B）對(duì)應(yīng)的衍射角變大。 （C）對(duì)應(yīng)的衍射角也不變。 （D）光強(qiáng)也不變。,例如明紋中心,A變小則變大, ,A,23,3 在夫朗和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，波長(zhǎng)為的單色光垂直入射到單縫上，對(duì)應(yīng)于衍射角=300的方向上，若單縫處波面處可劃分為6個(gè)半波帶則縫寬度b等于 (A) (B) 6 (C) 2 (D) 4, ,B,24,5 波長(zhǎng)為600nm的單色平行光，垂直入射到縫寬為b=0.30mm的單縫上，縫后放置一凸透鏡，在透鏡的焦平面上放置一個(gè)屏幕，用以觀察衍射條紋，今測(cè)得屏幕中央明條紋一側(cè)

9、第一個(gè)暗條紋和另一側(cè)第一個(gè)暗條紋之間的距離為x=4mm，則凸透鏡的焦距f為 (A)2m (B)0.1m (C)1m (D)0.5m,因角很小，所以有,k=1，兩第一級(jí)暗紋之間的距離即為中央明條紋寬度，, ,C,25,7 一束白光垂直照射在一光柵上，在形成的同一級(jí)光柵光譜中，偏離中央明紋最近的是 （A）紫光。（B）綠光。（C）黃光。（D）紅光。,波長(zhǎng)越大，級(jí)次k越小。同一級(jí)k，越小越小，而紫光最小，因此偏離中央明條紋最近的是紫光。, ,A,26,1.在單縫夫朗禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，波長(zhǎng)=400nm的平行光垂直入射單縫，所用凸透鏡焦距f=1.5m，第三級(jí)暗紋離中央明紋中心3.010-3m。另一波長(zhǎng)為0的

10、光的第二級(jí)暗紋在屏的同一位置上，則單縫的縫寬b=_。波長(zhǎng)0=_。,27,1.波長(zhǎng)為600nm的單色光垂直入射到寬度為b=0.20mm的單縫上，觀察單縫夫朗禾費(fèi)衍射圖樣。凸透鏡焦距f=1.0m，屏在凸透鏡的焦平面處。求： （1）中央衍射明條紋的寬度x0； （2）第二級(jí)暗紋與凸透鏡焦點(diǎn)的距離x2.,解：(1) 對(duì)于第一級(jí)暗紋，有b sin1,因1很小，故,中央明紋寬度,28,(2) 對(duì)于第二級(jí)暗紋，有,29,由于上述兩種振動(dòng)的振動(dòng)方向相對(duì)于分界面是不同的，所以它們也以不同程度進(jìn)行反射和折射。垂直振動(dòng)即點(diǎn)子反射多而折射少；平行振動(dòng)即短線反射少而折射多。因此反射光和折射光都變成了部分偏振光。在圖中我們

11、用點(diǎn)多線少和點(diǎn)少線多來(lái)標(biāo)志。,反射和折射時(shí)光的偏振,偏振,30,布儒斯特在1911年指出，反射光偏振化的程度決定于入射角i，當(dāng)i等于某一定值i0而滿足,反射光變成完全偏振光，它的振動(dòng)面與入射面垂直，這時(shí)平行振動(dòng)即以入射面為振動(dòng)面的分振動(dòng)已全部不能反射。,式中n21是折射媒質(zhì)對(duì)入射媒質(zhì)的相對(duì)折射率，i0稱為起偏振角或布儒斯特角。,31,起偏和檢偏 馬呂斯定律,如圖所示，由尼科耳棱鏡N透出的偏振光，經(jīng)過(guò)尼科耳棱鏡N射到屏E上。如果兩鏡的主截面共面，即它們的夾角=0，則此時(shí)亮度最大。,32,若以偏振光傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)N，使兩鏡主截面間的夾角增大，則屏上亮點(diǎn)的強(qiáng)度將逐漸削弱；當(dāng)=900時(shí)，兩尼科耳棱鏡

12、正交，屏上亮點(diǎn)完全消失。此即光完全透不過(guò)N。,顯然只有偏振光通過(guò)尼科耳后才具有上述性質(zhì)，因此前一個(gè)棱鏡N 相當(dāng)于起偏器；后一個(gè)棱鏡N 起了檢偏器的作用。,如果我們把尼科耳棱鏡換成二向色性的偏振片也可以看到上述現(xiàn)象。,33,馬呂斯定律,馬呂斯指出，若不考慮吸收，強(qiáng)度為I0的偏振光透過(guò)檢偏器后強(qiáng)度變?yōu)?式中是起偏器與檢偏器的偏振化方向（或主截面）之間的夾角。上式就稱為馬呂斯定律。,34,2 一束光是自然光和線偏振光的混合光，讓它垂直通過(guò)一偏振片。若以此入射光束為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，測(cè)得透射光強(qiáng)度的最大值為最小值的7倍，那么入射光中束中自然光與線偏振光的光強(qiáng)之比為 （A）1/2。 （B）1/3。 （C）1/4。 （D）1/5。, ,B,35,7 自然光以600的入射角照射到不知其折射率的某一透明介質(zhì)表面時(shí)，反射光為線偏振光，則知 （A）折射光為線偏振光，折射角是300 （B）折射光為線偏振光，折射角是600 （C）折射光為部分偏振光，折射角是300 （D）折射光為部分偏振光，折射角不能定。,因反射光是完全偏振光，所以知光是以布儒斯特角入射，反射線與入射線互相垂直，折射光是部分偏振光且折射角是300。, ,C,36,5 一束自然光從空氣投射到玻璃板上（空氣折射率為1），當(dāng)折射角為300時(shí)，反射光是完全偏振光，則此玻璃板的折射率等于_。,37,4 如圖所示，媒質(zhì)為空氣（n1