最新大学物理波的干涉ppt课件.ppt
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1、 1 理解理解波的相干条件及获得相干光的方法及获得相干光的方法,能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件. 2 掌握掌握光程的概念以及光程差和相位差的光程的概念以及光程差和相位差的关系,关系,理解理解在什么情况下的反射光有相位跃变在什么情况下的反射光有相位跃变. 3 能能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置涉条纹的位置. 4 了解了解迈克耳孙干涉仪的工作原理迈克耳孙干涉仪的工作原理.所以所以S S1 1左侧各点的干涉相消,其合振幅恒为左侧各点的干涉相消,其合振幅恒为0,0,所以合成波的强所以合成波的强度也为度也为0 0。 22422
2、21212rr 设设S1左侧任一点左侧任一点Q与与S1的距离的距离为为x,同样的方法可求得这两列,同样的方法可求得这两列波在波在P点引起的振动的相位差为点引起的振动的相位差为(2) S1左侧各点的合成波的强度如何?左侧各点的合成波的强度如何?P79 9 10机械波易做到,光波不易满足。机械波易做到,光波不易满足。原因原因:与光源发光机制有关:与光源发光机制有关原子能级跃迁产生原子能级跃迁产生光波列光波列ll波列长度波列长度;大致;大致 ;偏振。偏振。 光源中许多原子、分子能级跃迁各自独立,产生的光源中许多原子、分子能级跃迁各自独立,产生的光波在频率、振动方向、位相上各不相同,故光波在频率、振动
3、方向、位相上各不相同,故两个独立两个独立光源产生的光不是相干光光源产生的光不是相干光(如两盏灯)。(如两盏灯)。3. 相干波的获得相干波的获得振动方向相同、频率相同、相位差恒定是两列波能够相干的振动方向相同、频率相同、相位差恒定是两列波能够相干的必要条件。必要条件。光是电磁波。可见光波长光是电磁波。可见光波长nm380nm760)A10m10nm1(9 (1) (1) 驻波现象:驻波现象:振幅、频率、传播速度都相同的两列相干振幅、频率、传播速度都相同的两列相干波,在同一直线上沿波,在同一直线上沿相反相反方向传播时叠加而形成的一种特方向传播时叠加而形成的一种特殊的干涉现象殊的干涉现象.10.5
4、驻波驻波1. 驻波的形成及特征驻波的形成及特征:)(2cos1xtAy正向正向)(2cos2xtAy负向负向(2) 驻波方程:驻波方程:设有两列简谐波,分别沿设有两列简谐波,分别沿x轴的正方向和负方轴的正方向和负方向传播,它们的表达式为向传播,它们的表达式为21yyy)(2cos)(2cosxtAxtA其合成波为:其合成波为:驻波的振幅与位置驻波的振幅与位置有关有关txA2cos2cos2各质点都在作同频率的各质点都在作同频率的简谐运动简谐运动txAy2cos2cos2 驻波表达式驻波表达式 讨论讨论这一函数不满足这一函数不满足 ,因此,它不表,因此,它不表示行波,只表示示行波,只表示各点都在
5、做简谐运动各点都在做简谐运动。),(),(xtyxxtty驻驻 波波 的的 形形 成成x2cos,2, 1 ,02kkx, 2 , 1 , 0)21(2kkx102) 波节、波腹位置波节、波腹位置波节波节-振幅始终为振幅始终为0的位置的位置波腹波腹-振幅始终最大的位置振幅始终最大的位置(3) 驻波的特点驻波的特点:1)各点做简谐振动的频率相同;各点做简谐振动的频率相同;x波腹波腹波节波节AAkk2, 1 ,02max0, 1 , 02)21(minAkk相邻波节距离相邻波节距离4)12(41)1(21kkxxkk2相邻波腹距离相邻波腹距离22)1(1kkxxkk23) 相邻两波节间各点相位相同
6、,而一个波节两侧各点相位相反相邻两波节间各点相位相同,而一个波节两侧各点相位相反。4) 每一时刻都有一定的波形,但不沿波线移动而以节点为标志,每一时刻都有一定的波形,但不沿波线移动而以节点为标志,驻定不动。即,在驻波中,没有振动状态或相位的传播,也没驻定不动。即,在驻波中,没有振动状态或相位的传播,也没有能量的传播有能量的传播.(所以称驻波)(所以称驻波)(4) 相位跃变相位跃变:(半波损失)(半波损失)当波从波疏介质(当波从波疏介质(u小)射向波密介质小)射向波密介质(u大)时,反射大)时,反射波形成波节,反射波振动与入射波振动反相,有波形成波节,反射波振动与入射波振动反相,有的相位跃变,的
7、相位跃变,称半波损失称半波损失 。当波从波密介质射向波疏介质时,反射波形成波腹,反射波当波从波密介质射向波疏介质时,反射波形成波腹,反射波无半波损失无半波损失P80 12用电动音叉在绳上产生驻波用电动音叉在绳上产生驻波 这一驻波是由音叉在绳中引起的向右传播的波和反射这一驻波是由音叉在绳中引起的向右传播的波和反射后向左传播的波合成的结果。改变拉紧绳子的张力,就能后向左传播的波合成的结果。改变拉紧绳子的张力,就能改变波在绳上的传播速度。改变波在绳上的传播速度。2. 弦线上的驻波弦线上的驻波, 2 , 12nlunn以以 表示与某一个表示与某一个n 值对应的波长,则由上式可得容许的波值对应的波长,则
8、由上式可得容许的波长为长为nnln2 式中的式中的u为弦线中的波速。为弦线中的波速。这说明在弦上形成驻波的波长值是不连续的,是量子化的,这说明在弦上形成驻波的波长值是不连续的,是量子化的,相应的频率为:相应的频率为:应满足应满足 由于弦线两端由于弦线两端固定固定, 必定形成必定形成波节波节,所以其波长,所以其波长 和弦线长和弦线长2nnlnl 上式中的频率叫弦振动的上式中的频率叫弦振动的本征频率本征频率。其中最低的频率叫。其中最低的频率叫基基频频,其他较高频率都是基频的整数倍,他们各以其对基频的倍,其他较高频率都是基频的整数倍,他们各以其对基频的倍数而称为二次、三次数而称为二次、三次谐频。谐频
9、。21l222l233l P2692-1 2-2获得相干获得相干光光的方法的方法原则原则:将同一波列的光分成两束,经不同路经后:将同一波列的光分成两束,经不同路经后相遇相遇,产产生干涉。生干涉。(1)分波振面法)分波振面法双缝干涉双缝干涉1s2spS * *(2)分振幅法)分振幅法透明透明薄薄膜膜?丰富多彩的干涉现象:丰富多彩的干涉现象:水水膜膜在在白白光光下下蝉蝉翅翅在在阳阳光光下下蜻蜻蜓蜓翅翅膀膀在在阳阳光光下下白白光光下下的的肥肥皂皂膜膜 r1r2S1S2S纵截面图纵截面图等间距条纹等间距条纹屏上出现与缝平行的明暗相间平行等距的条纹屏上出现与缝平行的明暗相间平行等距的条纹1) 现象:现象
10、:2) 明暗条纹位置分布明暗条纹位置分布dD 12rr sind k2) 12(k加强(明纹、极大)加强(明纹、极大)减弱(暗纹、极小)减弱(暗纹、极小)点波程差:点波程差:p, 2 , 1ko2r1r 1s2sx0k 1k1k 1k1k Ddp, 210kDxtgsin 很小,很小, xdDk dDk2) 12(明纹明纹暗纹暗纹,2 , 1 ,0k xdDo2r1r 1s2sx0k 1k1k 1k1k p sind k2)12(k明纹明纹暗纹暗纹a. .相邻明纹间距:相邻明纹间距:kkxxx1dDkdDkx) 1(dD , 2 , 1kb. .相邻暗纹间距:相邻暗纹间距:kkxxx1dDkd
11、Dkx2) 12(2 1) 1(2可以看出相邻明纹与相邻暗纹的间距都相同,所以条纹可以看出相邻明纹与相邻暗纹的间距都相同,所以条纹明明暗相间平行等距暗相间平行等距。dDdDx 讨论:讨论:d1x xk与与 无关无关 ,平行等间距条纹,平行等间距条纹.A.B.C.Dx xD.A. 条纹间距条纹间距 与与 的关系如何?的关系如何?xd 一定时,一定时,D、DOS1S2PSar1r2xIxD B.dDxo 一定时,若一定时,若 变化,则变化,则 将怎样变化?将怎样变化?Dd、xC.紫光紫光光强分布图光强分布图04II022dd24dd22dd24ddx波长不同条纹间距不同波长不同条纹间距不同04 I
12、I红光红光光强分布图光强分布图012dd14dd12dd14ddx1k2k3k2k3k x白光照出彩条。白光照出彩条。1k1k 例例1 以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上的双缝上,双缝与双缝与屏幕的垂直距离为屏幕的垂直距离为1m. (1) 从第一级明从第一级明 纹纹 到同侧到同侧 的第四级明的第四级明 纹的距离为纹的距离为7.5mm,求单色光的波长求单色光的波长;(2) 若入射光的波长为若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离求相邻两明纹间的距离.解解 (1) , 2, 1,0,kkdDxk141414kkdDxxxnm5001414kkxDd(2)mm0 .
13、3dDx 洛埃镜实验洛埃镜实验 由狭缝光源由狭缝光源S S1 1发出的光,一部分直接射到屏幕上,另一发出的光,一部分直接射到屏幕上,另一部分以接近部分以接近9090 的入射角射向平面镜,再反射到屏上,这两束的入射角射向平面镜,再反射到屏上,这两束光构成相干光。因两束光是由同一波阵面上分出的,所以是光构成相干光。因两束光是由同一波阵面上分出的,所以是分波阵面干涉。分波阵面干涉。 也可以这样理解,从镜面反射的光线好像是从虚光源也可以这样理解,从镜面反射的光线好像是从虚光源S S2 2发出的,发出的,S S1 1 和和S S2 2就构成一对相干光源,恰如杨氏双缝干涉实就构成一对相干光源,恰如杨氏双缝
14、干涉实验中的双缝。当两光相遇时,在相遇区(图中阴影部分)放验中的双缝。当两光相遇时,在相遇区(图中阴影部分)放一屏幕一屏幕E E,就能观察到干涉条纹。,就能观察到干涉条纹。 如将屏幕移到与镜端如将屏幕移到与镜端N相接触的位置相接触的位置E 时,因时,因S1L=S2L,则则 =0,似乎在接触处应出现明条纹。然而似乎在接触处应出现明条纹。然而实验表明,实验表明,N处为处为暗纹暗纹!这说明,直接射向屏幕的光与反射光在!这说明,直接射向屏幕的光与反射光在N处的相位差发处的相位差发生了数值为生了数值为 的突变的突变。由于入射光不可能有相位变化,所以只。由于入射光不可能有相位变化,所以只能认为反射光在能认
15、为反射光在N处反射时发生了相位突变。实验和理论研究处反射时发生了相位突变。实验和理论研究都表明,在都表明,在正入射和掠入射情况下,当光从光疏媒质入射光正入射和掠入射情况下,当光从光疏媒质入射光密媒质时,反射光会发生相位密媒质时,反射光会发生相位 的突变。的突变。这相当于反射光多走这相当于反射光多走或少走了半个波长,因此也称这种现象为或少走了半个波长,因此也称这种现象为半波损失半波损失。计算时。计算时必须必须考虑。考虑。 半波损失半波损失 krr221210202010当当时,波程差为时,波程差为 krrr12)2 , 1 ,0(k21AAA)2 ,1 ,0(k|21AAA)(12 k212)(
16、k半波损失半波损失 正入射和掠入射情况下,当光从光疏媒质入射光正入射和掠入射情况下,当光从光疏媒质入射光密媒质时,反射光会发生相位密媒质时,反射光会发生相位 的突变。的突变。复习复习 o2r1r 1s2sx0k 1k1k 1k1k Ddp 屏上出现与缝平行的明暗相间平行等屏上出现与缝平行的明暗相间平行等距的条纹距的条纹Dxtgsinsind k2)12(k明纹明纹暗纹暗纹 xdDk dDk2) 12(明纹明纹暗纹暗纹,2 , 1 ,0k , 2 , 1kdDx 真真空空1.1.光程、光程差光程、光程差r r1 1r r2 2P PS S1 1S S2 210.3 光程与光程差光程与光程差nd折
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