高二物理竞赛课件：光的干涉.ppt
1,三、光的干涉,2,L,S1,S2,d,X,观察屏上的光强分布,观察屏,S,单缝或孔,Y,图示：Young 干涉,X,屏上总光强:亮纹处：暗纹处：,双缝或双孔,3,杨氏干涉光强的分布,4,图示：光强的分布,或,时,5,干涉条纹的分布,其中,实际情况,6,L,S1,S2,d,X,S,X,7,例10、在图示的费涅尔双棱镜实验中，已知狭缝光源S的波长为l、棱镜折射率为n、棱角a很小，设光源S到棱镜的距离为L1，（1）求距棱镜L2处的屏上条纹的间距。（2）若用折射率为n的肥皂膜遮住棱镜的一半，发现条纹上下移动了距离a，求肥皂膜的厚度。,解：,L1,L2,屏,a,n,X,8,求等效光源S1和S2的间距 d ：,L1,L2,屏,a,n,O,d,q,X,（1）条纹间距 Dx ：,9,例11、图示为一光学陀螺仪，一束单色光自P点进入半径为R的圆环型光纤，此光纤置于一沿顺时针方向做等角速度w 转动的平台上，光束在P点被分成两束在圆环中相互反向行进，一束沿顺时针方向，另一束沿反时针方向，光纤的折射率为n。求解：,（1）两束光绕行一圈（由P点回到P点）的时间差（假定假定环转动的线速度远小于光束）。（2）如两束光仍从P点引出，求两束光之间的光程差（3）如对于半径为R=1.0m的圆环形光纤，n=1.5，求随地球转动（地球自转）的最大光程差。（4）将光纤圈数增加到N匝，求两束光绕行N圈后出来时之间的相位差。,P,R,w,（亚洲奥赛题，2003年）,10,解：,(1),P,R,w,设顺时针光波绕行一周所花的时间 t +,顺时针光波多走的距离 Ds -,光在光纤中的速度,同理，逆时针光波绕行一周的时间,两束光绕行一周的时间差,11,（2）两束光之间的光程差,P,R,w,（光程差光波在真空中行进的等效距离）,12,（4）N匝环路形成的光程差,N匝环路形成的相位差,P,R,w,13,干涉亮条纹：,干涉暗条纹：,q,i,n,n,n,a,t,薄膜干涉,半波损失,P,14,14,例12、在一个光刻过程中，在清洁的硅衬底上覆盖一层平整的光刻胶，光刻胶的折射率n=1.4。为了测量光刻胶层的厚度，用波长l=589nm的平行单色光垂直照射光刻胶，求出反射光为相消干涉时的光刻胶层的最小厚度。(硅的折射率大于1.4，忽略多次反射）（亚洲奥赛题，2002年）。,解：,无半波损失 -,正入射、相消干涉 -,15,例13、一块玻璃平板放置在边长为2cm的玻璃立方体上，两者之间有一层平行的空气隙。波长在0.4mm到0.7um之间的电磁波初值垂直入射到平板上，经空气隙两边表面反射而发生干涉。在此波段只有两种波长获得极大增强，其一是l1=0.4mm。求空气隙的厚度。(第3届国际奥林匹克题）,解：,d,16,例14、沿着肥皂膜法线成45o角的方向观察时，膜显绿色(l1=500nm)。设肥皂膜折射率为1.33，求：(1)肥皂膜的最薄厚度。(2)如改为垂直观察，膜是何种颜色？（第10届国际奥林匹克题）,解：,(1) 干涉极大条件,膜最薄,可见光范围k只能取0,17,休息10分钟！,18,迈克耳孙 干涉仪,构造和光路,图示： 不同方位看到的迈克耳孙 干涉仪装置,19,迈克耳孙干涉条纹,M1,M2,M2,B,C,t,P,同心圆环,20,Michelson 干涉仪的等倾条纹,等倾条纹的分布规律：,M2靠近M1时:,21,M1,M2,B,P,例15、迈克耳孙莫雷实验测量地球相对于以太的运动（1887年）, 地球绕太阳的公转速度为v, B 到 M1和 M2的距离皆为 L，求两束光由于地球相对于以太运动引起的光程差,光束1,光束2,地球相对于以太的速度 v,L,M1,c,v,通过M1反射所走的有效距离：,L,q,解：,22,M1,M2,B,P,光束1,光束2,地球相对于以太的速度 v,光束1回到B的需要的时间为,光束2回到B的需要的时间为,时间差：,干涉仪转动90o后的时间差：,L,23,四、 光的偏振,光的偏振概念,波动是振动的传播；,光的振动特性也会有所表现,干涉和衍射现象是光的波动性的表现之一,24,v,绳波：,弹簧波:,波的振动形式,按振动行为划分有横波和纵波两种方式,25,横波：,纵波：,26,光除了有干涉和衍射现象外还有偏振现象,电磁波的振动方式,Maxwell电磁波理论和实验表明，光波是横波。,27,光的偏振特性,图示：Malus 实验,28,保持光线对反射镜M1和M2的入射角为57o;,1808年，法国科学家Malus在光的反射实验中， 发现反射光线表现出一种空间不对称性：,M2以光线2为轴旋转，即光线2在M2上的入射面 绕光线2旋转；,当M1 和M2 的入射面平行（共面）时，反射光 3 最亮，两入射面垂直时，反射光 3最暗,29,振动的偏向性偏振(Polarization),30,任一光振动可分解成两个垂直分量，,n1,n2,因此入射光、折射光、反射光都可作振动分解。,31,i1 = 0o 时：,i1 = 90o 时：,图示： 时的反射率随入射角变化的曲线,n1=1, n2 =1.5,32,常用函数的幂级数：,取近似的技巧和原理,一级近似：保留到一次项,泰勒级数:,33,谢谢！,
