大学物理--波动光学复习重点ppt课件.ppt

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1、期末复习期末复习第五篇第五篇 波动光学波动光学光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振第第21章光的干涉章光的干涉一、相干光的条件一、相干光的条件:频率相同频率相同 振动方向相同振动方向相同 恒定的相差恒定的相差二、杨氏双缝干涉二、杨氏双缝干涉位相差条件位相差条件 )(21212rrmin ) 12(max 2 kk2, 1, 0 k程差条件程差条件 sin )(12d时时min 2)12(max kk2, 1, 0 k2)12( dDk坐标条件坐标条件 x dDk 2, 10 kminmax1明暗条件明暗条件强度分布强度分布1、明暗条件：、明暗条件：中，影响中，影响“ ”的因素的因素

2、 几何路程几何路程 r1 , r2介质介质 “ n ”S1 , s2 处的位相处的位相 直接由位相反映直接由位相反映由光程反映由光程反映)sin(sinid 半波损失半波损失2 注意注意(1) sind2 (2) 动态反映动态反映（A）装置放入介质中装置放入介质中 sinnd（B）点光源不放中间点光源不放中间:（如右上图）（如右上图）例例1：双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被：双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被第第7级明纹占据。级明纹占据。已知：已知：解：解：58.1n 云云nm550 求：云母片厚度求：云母片厚度?l 插入云母片条纹为何会移动？插入云母片条纹为何会移动？r2r17k

3、1s2s光程差改变了。光程差改变了。0级明纹移到那里去了？级明纹移到那里去了？上面去了。上面去了。条纹级数增高一级则光程差增大几个条纹级数增高一级则光程差增大几个 ？ 一个一个 。 lnl 7m6 . 6m106 . 6158. 11055071n7l69 光程差改变光程差改变0k 3 例例2：中央：中央O 点为点为 k=2 级明纹级明纹求：求： 与与 之差之差 1l2l 212ll屏上条纹的位置屏上条纹的位置 sin12dllmin 2) 12(max kk零级明纹的位置零级明纹的位置0sin20 dkdDx 2dDx 2插入薄片插入薄片 e 条纹如何移动？条纹如何移动？若若O点为点为k=-

4、 3 级明纹级明纹，求求 n155 enene 3)(2ene处处0sin d 2sin)(12dll2 例例 3、将一微波探测器放于湖边，探测器的位置在水面将一微波探测器放于湖边，探测器的位置在水面 上方上方0.5m处处,当一颗辐射当一颗辐射 21cm 波长的射电星从地平线上波长的射电星从地平线上缓慢升起时缓慢升起时,探测器接收到的射电波强度将依次出现极大、探测器接收到的射电波强度将依次出现极大、极小，问当此探测器收到第一个极大时，该射电星处于水极小，问当此探测器收到第一个极大时，该射电星处于水平面上方什么角度平面上方什么角度？ 2oPQh解解QPOP khh22cossinsin 2)2c

5、os1(sinh2sin2sin2 h2sin2 h 2610500sin01 2、求光强的方法、求光强的方法解析法解析法振幅矢量迭加振幅矢量迭加 sin cos420dII2 3三、薄膜干涉三、薄膜干涉21nnninnd2212sin2 2, 1 , 0 2)12(, 2 , 1 kkkk21nnn 1、等倾干涉、等倾干涉2、等厚干涉、等厚干涉 22nd 0,1,2k min 21)(2k1,2,k max k nnl2sin2动态反映动态反映 动态反映：动态反映：d 等倾条纹（同心圆）等倾条纹（同心圆）外冒外冒nd2 3din上板向上平移条纹上板向上平移条纹向棱边向棱边移动移动,条纹变密并

6、条纹变密并向棱边向棱边移动移动光垂直入射时光垂直入射时 ( i = 0 )3、牛顿环、牛顿环:Rrd22 rmin max 2)12( kRRk2 , 1 , 0 k模具模具例例3、（、（1）如何判）如何判 断镜头太平断镜头太平 或太凸？或太凸？ 轻压一下镜头，轻压一下镜头， 条纹会移动条纹会移动变薄，内缩变薄，内缩 镜头太平镜头太平(图图 b)。变薄，外冒变薄，外冒 镜头太凸镜头太凸 (图图 c )。（2）图）图 b、波长、波长 ，求空气隙最大厚度，求空气隙最大厚度数得中心点为：数得中心点为： k=3 级暗纹级暗纹4透镜向透镜向上平移上平移,气气 隙隙变厚变厚条纹条纹内缩内缩. 变薄，条纹外

7、冒变薄，条纹外冒动态反映动态反映23222 RkRRrd51 n51 n751 n621 621 例例4、牛顿环如图示情况、牛顿环如图示情况,明暗条纹如何分布明暗条纹如何分布?4、迈克耳逊干涉仪、迈克耳逊干涉仪M1 与与 M2 严格垂直严格垂直等倾干涉等倾干涉M1 与与 M2 不垂直不垂直等厚干涉等厚干涉条纹移动条纹移动 N 条，光程差改变条，光程差改变 N ，可动镜移动，可动镜移动2 Nd51、单缝衍射、单缝衍射2, 1 k0, 0 k讨论：（讨论：（1）缝上、下移动，中央明纹的位置变否？）缝上、下移动，中央明纹的位置变否？（2）缝宽增加为原来的）缝宽增加为原来的 3 倍，问倍，问 I0 及

8、及 sin 1 如何变化？如何变化？ 3aa 若若不变不变 ,3 00EE 11sin31sin ,9 00II 6一、夫琅和费衍射一、夫琅和费衍射强度强度第第22章光的衍射章光的衍射(无数子波干涉的结果无数子波干涉的结果)max2) 12(sin kaminsin ka中央明纹中央明纹 sin ,sin220aII2、双缝衍射、双缝衍射 sindmin 2) 12(max kk210 k强度强度 受单缝衍射的调制受单缝衍射的调制 22cos)sin(mII缺级缺级 kmda整数比时，整数比时，k 级明纹缺级，不止一条级明纹缺级，不止一条注意注意 d 、 a 、 、 对条纹的影响。对条纹的影响

9、。掌握课堂举例。及掌握课堂举例。及229、10、113、多缝（光栅）衍射、多缝（光栅）衍射7条纹特点条纹特点：主极大明亮、尖细，相邻明纹间有宽广的暗区：主极大明亮、尖细，相邻明纹间有宽广的暗区（N-1个极小，个极小，N-2个次极大）个次极大）主极大（明纹）的位置：主极大（明纹）的位置：210 sin kkdI强度强度2NI 宽度宽度N1 缺级缺级级级缺缺 kkmda 注意注意 （1）深刻领会深刻领会“光栅方程光栅方程”的意义的意义如：平行光斜入射的情况如：平行光斜入射的情况（2）最高级数：由最高级数：由 =900 求得，最后一条看不见求得，最后一条看不见（3）总条纹数（所有可见明纹），若给出缝

10、宽，注意总条纹数（所有可见明纹），若给出缝宽，注意 缺缺级级现象现象掌握课堂举例及作业掌握课堂举例及作业84、圆孔衍射、圆孔衍射1S2SDfR 1S2S最小分辨角最小分辨角DRR 221sin分辨率分辨率（分辨本领）：（分辨本领）：R 1 221D D问：孔径相同的微波望远镜问：孔径相同的微波望远镜与光学望远镜哪种分辨率高？与光学望远镜哪种分辨率高？5、x 射线衍射射线衍射(布喇格衍射布喇格衍射), 2 , 1 sin2 kkd9例例5、光栅衍射强度分布如图、光栅衍射强度分布如图 ， 设设 入入= 600 nm 求：求：d、 a、 N及屏上条纹数目及屏上条纹数目解：解： kdsinnmdk60

11、0010600sin11 masin缺级缺级 9 , 6 , 3 k108754210 knmam200030600sin1 106006000900 dk93623160002000 kmda4 N屏幕上出现的全部明纹为屏幕上出现的全部明纹为共共13 条条10例例6 用每毫米有用每毫米有300条刻痕的衍射光栅来检验仅含有属于红和蓝条刻痕的衍射光栅来检验仅含有属于红和蓝的两种单色成分的光谱。已知的两种单色成分的光谱。已知红红谱线波长谱线波长 在在 范围内，范围内，蓝蓝谱线波长谱线波长 在在 范围内。当光垂直范围内。当光垂直 入射到光栅上时，发现在入射到光栅上时，发现在 角度处，红蓝两谱线同时出

12、现。角度处，红蓝两谱线同时出现。R m760 630 B m 49043004624 (1)在什么角度下红蓝两谱线还会同时出现在什么角度下红蓝两谱线还会同时出现?(2)在什么角度下只有红谱线出现在什么角度下只有红谱线出现?解：解：mmmd 3333001（1）根据根据 kdsin km3814624sin3330对红光对红光,760630mR mkR 690 , 2对蓝光对蓝光,490430mB mkB 460 , 3红光最大级次：令红光最大级次：令090 484maxmax kdkR即：即：红红4 蓝蓝6 还会重合还会重合,角度为角度为0955 ,82804sin dR（2）因红光最多只能看

13、到因红光最多只能看到4 级级 ，且红，且红2，4与蓝重合，故与蓝重合，故 纯红光谱的纯红光谱的1、3级将出现级将出现011911,2070sin dR033438,62103sin dR11第第23章章 光的偏振光的偏振一、马吕斯定律：一、马吕斯定律：20自自II 20cosII二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律0012090 inntgi12三、双折射三、双折射 oe 光轴光轴例例6、用惠更斯原理作出双折射光路图、用惠更斯原理作出双折射光路图)0()(e)()()0()0(0sinsinsinsineeeninnin )()0(0 eenn 13o光，振动方向垂直于主平面光，振动方向垂直于主平

14、面e光，振动方向平行于主平面光，振动方向平行于主平面四、椭圆偏振光、圆偏振光四、椭圆偏振光、圆偏振光 kdnne)(20线偏振光线偏振光k奇数奇数k偶数偶数 正椭圆正椭圆 圆圆其它，其它，斜椭圆斜椭圆 /4 波片波片, , /2波片：波片：自然光、线偏振光通过它后是什么光？自然光、线偏振光通过它后是什么光？( (加一偏振片后可产生干涉加一偏振片后可产生干涉) )线偏线偏振光振光经经 /2 波片：造成波片：造成 位相差，仍是线偏振光位相差，仍是线偏振光经经 /4 波片：造成波片：造成 /2/2 位相差，是椭圆偏振光位相差，是椭圆偏振光自然光自然光经经 /2 波片：还是自然光波片：还是自然光经经

15、/4 波片：还是自然光波片：还是自然光14045 2)12( k kdnne)(20例例7、用一块偏振片和一块、用一块偏振片和一块 /4 波片去鉴别：自然光、波片去鉴别：自然光、 部分偏振光、线偏振光、圆偏振光与椭圆偏振光部分偏振光、线偏振光、圆偏振光与椭圆偏振光（1）先用一偏振片，光通过转动的偏振片后）先用一偏振片，光通过转动的偏振片后为为部分偏振光部分偏振光或或椭圆偏振光椭圆偏振光（无消光）（无消光）（2）再用）再用 /4 波片及偏振片，进一步波片及偏振片，进一步鉴别鉴别：自然光自然光圆偏振光圆偏振光2)12( k22)12( k k光强不变光强不变22)12( k k光强变，无消光光强变

16、，无消光部分偏振光部分偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光光强变，有消光光强变，有消光光强变，有消光光强变，有消光2)12( k为为自然光自然光或或圆偏振光圆偏振光光强不变光强不变光强改变光强改变15注意：（注意：（1）自然光与部分偏振光中两垂直成分无恒定相自然光与部分偏振光中两垂直成分无恒定相位差、而圆和椭圆偏振光中两垂直成分有恒定相位差。位差、而圆和椭圆偏振光中两垂直成分有恒定相位差。（2）圆与椭圆偏振光（长轴或短轴平行于四分之一波片圆与椭圆偏振光（长轴或短轴平行于四分之一波片的光轴时）经四分之一波片后，的光轴时）经四分之一波片后， 两垂直成分位相差改变两垂直成分位相差改变 2)12(kk例例8、杨

17、氏双缝干涉实验中，加三个偏振片，偏振化方向、杨氏双缝干涉实验中，加三个偏振片，偏振化方向为为P2 P1， P0 与与 P2 、 P1 成成 450讨论讨论（1）屏上有无干涉条纹？屏上有无干涉条纹？0P1P2P0E1E2E045屏上无干涉条纹屏上无干涉条纹（2）屏上各处偏振态如何？屏上各处偏振态如何？ sin2dk 时，原明、暗纹处为时，原明、暗纹处为线偏振光线偏振光(2k+1) /2时，为时，为圆偏振光圆偏振光其他值时，为其他值时，为椭圆偏振光椭圆偏振光160P1P2Ps无条纹无条纹(5)若去掉所有的偏振片若去掉所有的偏振片,屏上有无条纹屏上有无条纹?有条纹有条纹（3）屏前加偏振片屏前加偏振片

18、 P3 ，且偏振化方向，且偏振化方向 P3 / P0 屏上有屏上有无条纹？无条纹？有条纹，条纹位置与原来同。有条纹，条纹位置与原来同。161P1E3P0P2P2E0P1P2P3P(4)若去掉若去掉 P0 , 屏上有无条纹屏上有无条纹?例例9、让入射的平面偏振光依次通过偏振片、让入射的平面偏振光依次通过偏振片 P1 和和 P2 ， P1 和和 P2 的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹 角分角分别是别是 和和 ,欲使最后透射光振动方向与原入射光欲使最后透射光振动方向与原入射光 振动振动方向垂直方向垂直,并且透射光有最大光强并且透射光有最大光强,问问 , 各应满足各应满足 什么什么条件条件? 解：解：要使透射光与入射光垂直要使透射光与入射光垂直,须须2 A 1P2P P1 、 P2 间夹角间夹角 设入射光强为设入射光强为I0 ，则透射光强为，则透射光强为 220cos)cos(II)2(coscos220 I 220sincosI 2sin420I要使要使 ， 须须maxI12sin 22 4 17 2END16