第15章波动光学PPT讲稿.ppt

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1、第第15章波动光学章波动光学第1页，共78页，编辑于2022年，星期一蝉翅在阳光下蝉翅在阳光下蝉翅在阳光下蝉翅在阳光下蝉翅在阳光下蝉翅在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下白光下的油膜白光下的油膜白光下的油膜白光下的油膜白光下的油膜白光下的油膜肥皂泡玩过吗肥皂泡玩过吗肥皂泡玩过吗肥皂泡玩过吗肥皂泡玩过吗肥皂泡玩过吗?15.115.1 光源光源光源光源 单色光单色光单色光单色光 相干光相干光相干光相干光第2页，共78页，编辑于2022年，星期一一、光源一、光源一、光源一、光源 普通光源的发光是处普通光源的发光是处普通光源的发光是处

2、普通光源的发光是处于激发态的原子（或分子）于激发态的原子（或分子）于激发态的原子（或分子）于激发态的原子（或分子）的自发辐射形成的，发光的自发辐射形成的，发光的自发辐射形成的，发光的自发辐射形成的，发光时间持续很短。时间持续很短。时间持续很短。时间持续很短。光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子可见光是频率介于某一范围内的电磁波可见光是频率介于某一范围内的电磁波可见光是频率介于某一范围内的电磁波可见光是频率介于某一范围内的电磁波第3页，共78页，编辑于2022年，星期一二、单色光二、单色光二、单色光二、单

3、色光 单一频率的光波单一频率的光波单一频率的光波单一频率的光波 通常所说的单色光都是含有一定频率范通常所说的单色光都是含有一定频率范通常所说的单色光都是含有一定频率范通常所说的单色光都是含有一定频率范围的光，称为准单色光。围的光，称为准单色光。围的光，称为准单色光。围的光，称为准单色光。三、相干光三、相干光三、相干光三、相干光设两列频率相同、振动方向相同的光波设两列频率相同、振动方向相同的光波设两列频率相同、振动方向相同的光波设两列频率相同、振动方向相同的光波第4页，共78页，编辑于2022年，星期一 时间内，时间内，时间内，时间内，1 1、讨论、讨论、讨论、讨论1 1）两个独立的普通光源）两

4、个独立的普通光源）两个独立的普通光源）两个独立的普通光源2 2）同一光源，且）同一光源，且）同一光源，且）同一光源，且 2020 1010 恒定恒定恒定恒定第5页，共78页，编辑于2022年，星期一干涉相长干涉相长干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消干涉相消干涉相消2 2、相干光的获得、相干光的获得、相干光的获得、相干光的获得分波阵面法分波阵面法分波阵面法分波阵面法分振幅法分振幅法分振幅法分振幅法P PS S *P P薄膜薄膜薄膜薄膜S S *第6页，共78页，编辑于2022年，星期一一、光程一、光程一、光程一、光程设有一频率为设有一频率为设有一频率为设有一频率为 的单色光，在真空中的光的单色光，

5、在真空中的光的单色光，在真空中的光的单色光，在真空中的光速为速为速为速为c c，波长为，波长为，波长为，波长为 ，在折射率为在折射率为在折射率为在折射率为 n n 的介质中传的介质中传的介质中传的介质中传播速度为播速度为播速度为播速度为V V，波长变为，波长变为，波长变为，波长变为 n n15.215.2 光程和光程差光程和光程差光程和光程差光程和光程差在介质中的几何路径为在介质中的几何路径为在介质中的几何路径为在介质中的几何路径为 r r，在相同时间内，光在真，在相同时间内，光在真，在相同时间内，光在真，在相同时间内，光在真，在相同时间内，光在真，在相同时间内，光在真空中的几何路程为空中的几

6、何路程为空中的几何路程为空中的几何路程为空中的几何路程为空中的几何路程为 nrnrnr，光程光程光程光程：介质折射率：介质折射率：介质折射率：介质折射率 n n 和几何路程和几何路程和几何路程和几何路程 r r 的乘积的乘积的乘积的乘积第7页，共78页，编辑于2022年，星期一光程差光程差光程差光程差 两束光的光程之差两束光的光程之差两束光的光程之差两束光的光程之差光程差与相位差的关系：光程差与相位差的关系：光程差与相位差的关系：光程差与相位差的关系：=干涉相长干涉相长干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消干涉相消干涉相消二、光程差二、光程差二、光程差二、光程差三三三三、透镜不引起附加的光程差、透镜

7、不引起附加的光程差、透镜不引起附加的光程差、透镜不引起附加的光程差不同光线通过透镜要改变传播方向，不同光线通过透镜要改变传播方向，不同光线通过透镜要改变传播方向，不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？会不会引起附加光程差？会不会引起附加光程差？会不会引起附加光程差？第8页，共78页，编辑于2022年，星期一A A、B B、C C 的位相相的位相相的位相相的位相相同，在同，在同，在同，在F F 点会聚，点会聚，点会聚，点会聚，互相加强互相加强互相加强互相加强A A、B B、C C 各点到各点到各点到各点到F F 点的光程都相等点的光程都相等点的光程都相等点的光程都相等A AB B

8、C Ca ab bc cF FAaF AaF 比比比比BbF BbF 经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但BbFBbF在在在在透镜中经过的路程比透镜中经过的路程比透镜中经过的路程比透镜中经过的路程比AaF AaF 长，透镜折射率大长，透镜折射率大长，透镜折射率大长，透镜折射率大于于于于1 1，折算成光程，折算成光程，折算成光程，折算成光程，AaF AaF 的光程与的光程与的光程与的光程与BbF BbF 的光的光的光的光程相等。程相等。程相等。程相等。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差使用透镜不会引起各相干

9、光之间的附加光程差使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差第9页，共78页，编辑于2022年，星期一15.315.3 分波阵面干涉分波阵面干涉分波阵面干涉分波阵面干涉一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉1 1、杨氏双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验S1*S*S2*第10页，共78页，编辑于2022年，星期一2 2、干涉明暗条纹的位置、干涉明暗条纹的位置、干涉明暗条纹的位置、干涉明暗条纹的位置由图可知由图可知由图可知由图可知D Dd dP Pr r11r r22 o ox xx x 当当当当即即即即明条纹明条纹明条纹明条纹第11页，共78页，编辑于2022年，星期一当

10、当当当暗条纹暗条纹暗条纹暗条纹即即即即k k=0=0 中央明纹中央明纹中央明纹中央明纹中央明纹中央明纹 k k=1 =1 一级明纹一级明纹一级明纹一级明纹一级明纹一级明纹 x x=0=0 D Dd do ox x相邻两明相邻两明相邻两明相邻两明(暗暗暗暗)条纹间距：条纹间距：条纹间距：条纹间距：第12页，共78页，编辑于2022年，星期一例、例、例、例、用杨氏双缝干涉装置测量物质折射率。用用杨氏双缝干涉装置测量物质折射率。用用杨氏双缝干涉装置测量物质折射率。用用杨氏双缝干涉装置测量物质折射率。用厚度厚度厚度厚度 d d=1=1mm mm 的透明薄膜覆盖在杨氏双缝的透明薄膜覆盖在杨氏双缝的透明薄

11、膜覆盖在杨氏双缝的透明薄膜覆盖在杨氏双缝装置的一条狭缝上，这时接受屏上的中央装置的一条狭缝上，这时接受屏上的中央装置的一条狭缝上，这时接受屏上的中央装置的一条狭缝上，这时接受屏上的中央明纹落到了原第明纹落到了原第明纹落到了原第明纹落到了原第2020级明条纹处。若入射光级明条纹处。若入射光级明条纹处。若入射光级明条纹处。若入射光波长为波长为波长为波长为 600 600nmnm，求：透明薄膜的折射率求：透明薄膜的折射率求：透明薄膜的折射率求：透明薄膜的折射率(设空气折射率为设空气折射率为设空气折射率为设空气折射率为1.0)1.0)解：解：解：解：从双缝到达中央明纹处的光程差为从双缝到达中央明纹处的

12、光程差为从双缝到达中央明纹处的光程差为从双缝到达中央明纹处的光程差为第13页，共78页，编辑于2022年，星期一I I =条纹最亮处条纹最亮处条纹最亮处条纹最亮处条纹最暗处条纹最暗处条纹最暗处条纹最暗处3 3、光强分布、光强分布、光强分布、光强分布第14页，共78页，编辑于2022年，星期一4 4、条纹分布特点、条纹分布特点、条纹分布特点、条纹分布特点1 1）干涉条纹在中央明纹两侧对称分布；）干涉条纹在中央明纹两侧对称分布；）干涉条纹在中央明纹两侧对称分布；）干涉条纹在中央明纹两侧对称分布；2 2）相邻两级明纹（暗纹）中心间距相等；相邻两级明纹（暗纹）中心间距相等；相邻两级明纹（暗纹）中心间距

13、相等；相邻两级明纹（暗纹）中心间距相等；4 4）复色光入射，在白色的中央明条纹两侧）复色光入射，在白色的中央明条纹两侧）复色光入射，在白色的中央明条纹两侧）复色光入射，在白色的中央明条纹两侧出现对称的各级彩色明条纹。出现对称的各级彩色明条纹。出现对称的各级彩色明条纹。出现对称的各级彩色明条纹。3 3）各级明纹亮度相同）各级明纹亮度相同）各级明纹亮度相同）各级明纹亮度相同 ；第15页，共78页，编辑于2022年，星期一二、菲涅耳双镜二、菲涅耳双镜二、菲涅耳双镜二、菲涅耳双镜P PL LS SC Cd dD D第16页，共78页，编辑于2022年，星期一三、劳埃德镜三、劳埃德镜三、劳埃德镜三、劳埃

14、德镜a ab ba ab bP PL LMM 直射光和反射光形成相干光，在屏幕直射光和反射光形成相干光，在屏幕直射光和反射光形成相干光，在屏幕直射光和反射光形成相干光，在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹。上产生明暗相间的干涉条纹。上产生明暗相间的干涉条纹。上产生明暗相间的干涉条纹。第17页，共78页，编辑于2022年，星期一 当光从当光从当光从当光从光疏光疏光疏光疏介质（折射率小）射介质（折射率小）射介质（折射率小）射介质（折射率小）射到到到到光密光密光密光密介质（折射率大）的界面时，介质（折射率大）的界面时，介质（折射率大）的界面时，介质（折射率大）的界面时，反反反反射光射光射光射光的振动要发生

15、的振动要发生的振动要发生的振动要发生 的的的的相位突变，即相位突变，即相位突变，即相位突变，即相当于光多走（或损失）相当于光多走（或损失）相当于光多走（或损失）相当于光多走（或损失）半个波长半个波长半个波长半个波长，这种现象叫做光的这种现象叫做光的这种现象叫做光的这种现象叫做光的“半波损失半波损失半波损失半波损失”现象。现象。现象。现象。第18页，共78页，编辑于2022年，星期一白光下的水膜白光下的水膜白光下的肥皂膜白光下的肥皂膜15.415.4 分振幅干涉分振幅干涉分振幅干涉分振幅干涉第19页，共78页，编辑于2022年，星期一两束反射光的光程差为：两束反射光的光程差为：两束反射光的光程差

16、为：两束反射光的光程差为：一、薄膜干涉一、薄膜干涉一、薄膜干涉一、薄膜干涉（平行平面薄膜）（平行平面薄膜）（平行平面薄膜）（平行平面薄膜）由由由由n n11n n11n n22e eb br rc cd di ia a=明纹明纹明纹明纹暗纹暗纹暗纹暗纹第20页，共78页，编辑于2022年，星期一1 1、等倾干涉、等倾干涉、等倾干涉、等倾干涉2 2、增透膜与高反膜、增透膜与高反膜、增透膜与高反膜、增透膜与高反膜增透膜增透膜增透膜增透膜第21页，共78页，编辑于2022年，星期一镜头为什么为镜头为什么为镜头为什么为镜头为什么为镜头为什么为镜头为什么为紫红色？紫红色？紫红色？紫红色？紫红色？紫红色？

17、3 3、等厚干涉、等厚干涉、等厚干涉、等厚干涉这时光程差仅由薄膜厚度决定。这时光程差仅由薄膜厚度决定。这时光程差仅由薄膜厚度决定。这时光程差仅由薄膜厚度决定。平行单色光垂直照射平行单色光垂直照射平行单色光垂直照射平行单色光垂直照射 i i=0=0，则则则则第22页，共78页，编辑于2022年，星期一二、劈尖二、劈尖二、劈尖二、劈尖1 1、实验装置实验装置实验装置实验装置 两相干光的光程差：两相干光的光程差：两相干光的光程差：两相干光的光程差：2 2、条纹分布规律条纹分布规律条纹分布规律条纹分布规律明纹明纹明纹明纹暗纹暗纹暗纹暗纹平晶间空气隙干涉条纹平晶间空气隙干涉条纹平晶间空气隙干涉条纹平晶间

18、空气隙干涉条纹平晶间空气隙干涉条纹平晶间空气隙干涉条纹第23页，共78页，编辑于2022年，星期一3 3、讨论：、讨论：、讨论：、讨论：k k 级明纹：级明纹：级明纹：级明纹：k k+1+1 级明纹：级明纹：级明纹：级明纹：2 2）相邻明（暗）纹对应的厚度差）相邻明（暗）纹对应的厚度差）相邻明（暗）纹对应的厚度差）相邻明（暗）纹对应的厚度差3 3）相邻明（暗）纹间距，即条纹宽度）相邻明（暗）纹间距，即条纹宽度）相邻明（暗）纹间距，即条纹宽度）相邻明（暗）纹间距，即条纹宽度b b1 1）增大两板的距离（或角度）增大两板的距离（或角度）增大两板的距离（或角度）增大两板的距离（或角度）第24页，共7

19、8页，编辑于2022年，星期一4 4、劈形膜干涉的应用、劈形膜干涉的应用、劈形膜干涉的应用、劈形膜干涉的应用1 1）干涉膨胀仪）干涉膨胀仪）干涉膨胀仪）干涉膨胀仪2 2）薄膜厚度测量）薄膜厚度测量）薄膜厚度测量）薄膜厚度测量样品样品平板平板玻璃玻璃石英石英圆环圆环 h h 标标标标准准准准块块块块规规规规 待待测测块块规规D D第25页，共78页，编辑于2022年，星期一 用一标准光学平面和待验光学元件组用一标准光学平面和待验光学元件组用一标准光学平面和待验光学元件组用一标准光学平面和待验光学元件组成劈形膜，根据条纹的规则度估算凹凸的成劈形膜，根据条纹的规则度估算凹凸的成劈形膜，根据条纹的规则

20、度估算凹凸的成劈形膜，根据条纹的规则度估算凹凸的不平整度。不平整度。不平整度。不平整度。3 3）检查光学元件表面质量）检查光学元件表面质量）检查光学元件表面质量）检查光学元件表面质量h h第26页，共78页，编辑于2022年，星期一1 1、实验装置、实验装置、实验装置、实验装置 2 2、条纹分布规律、条纹分布规律、条纹分布规律、条纹分布规律明纹明纹明纹明纹暗纹暗纹暗纹暗纹三、牛顿环三、牛顿环三、牛顿环三、牛顿环R R第27页，共78页，编辑于2022年，星期一条纹分布特点：条纹分布特点：条纹分布特点：条纹分布特点：中心为暗点，由内向外，条纹逐渐变密。中心为暗点，由内向外，条纹逐渐变密。中心为暗

21、点，由内向外，条纹逐渐变密。中心为暗点，由内向外，条纹逐渐变密。明环半径明环半径明环半径明环半径暗环半径暗环半径暗环半径暗环半径第28页，共78页，编辑于2022年，星期一例、例、例、例、用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第心往外数第心往外数第心往外数第 k k 级明环的半径级明环的半径级明环的半径级明环的半径 ，k k 级级级级往往往往外外外外数第数第数第数第16 16 个明环半径个明环半径个明环半径个明环半径 ，平凸透镜，平凸透镜，平凸透镜，平凸透镜的曲率半

22、径的曲率半径的曲率半径的曲率半径 R R=2.50=2.50mm。求：紫光的波长？求：紫光的波长？求：紫光的波长？求：紫光的波长？解：解：解：解：根据明环半径公式根据明环半径公式根据明环半径公式根据明环半径公式R R第29页，共78页，编辑于2022年，星期一15.5 15.5 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪第30页，共78页，编辑于2022年，星期一S SSMMM1 11 2 222 22 1 111 11 半透半反膜半透半反膜半透半反膜半透半反膜半透半反膜半透半反膜光束光束光束光束光束光束 2 2 2和和和和和和 1 1 1发生干涉发生干涉发生干涉发生干涉发生干涉

23、发生干涉 若若若若MMM1 11 、MMM2 22平行平行平行平行平行平行 等倾条纹等倾条纹等倾条纹等倾条纹 若若若若MM11 、MM2 22有有有有有有小夹角小夹角小夹角小夹角小夹角小夹角 等厚条纹等厚条纹等厚条纹等厚条纹若若若若若若条条条条条条纹纹纹纹纹纹为为为为为为等等等等等等厚厚厚厚厚厚条条条条条条纹纹纹纹纹纹，MMM2 22平平平平移移移移 d d时时时时时时，干干干干干干涉涉涉涉涉涉条条条条条条移移移移移移过过过过过过N N条，则有：条，则有：条，则有：条，则有：条，则有：条，则有：MMM2 22MMM1 11G GG1 11G GG2 22应用：应用：应用：应用：微小位移测量；测

24、折射率微小位移测量；测折射率微小位移测量；测折射率微小位移测量；测折射率微小位移测量；测折射率微小位移测量；测折射率第31页，共78页，编辑于2022年，星期一 因创造精密光学仪器，用以进行光谱学因创造精密光学仪器，用以进行光谱学因创造精密光学仪器，用以进行光谱学因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，和度量学的研究，并精确测出光速，和度量学的研究，并精确测出光速，和度量学的研究，并精确测出光速，19071907年年年年获诺贝尔物理奖获诺贝尔物理奖获诺贝尔物理奖获诺贝尔物理奖。第32页，共78页，编辑于2022年，星期一一、光的衍射现象一、光的衍射现象一、光的衍射现象

25、一、光的衍射现象15.6 15.6 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射缝较大时，光沿直线传播缝较大时，光沿直线传播缝较大时，光沿直线传播缝较大时，光沿直线传播缝较大时，光沿直线传播缝较大时，光沿直线传播缝很小时，衍射现象明显缝很小时，衍射现象明显缝很小时，衍射现象明显缝很小时，衍射现象明显缝很小时，衍射现象明显缝很小时，衍射现象明显阴阴阴阴影影影影屏幕屏幕屏幕屏幕屏幕屏幕屏幕屏幕第33页，共78页，编辑于2022年，星期一二、惠更斯二、惠更斯二、惠更斯二、惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理1 1、惠更斯原理、惠更斯原理、惠更斯原理、惠更斯原理2 2、惠更斯、惠更斯、惠更斯、惠更斯-

26、菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理从同一波面上各点发出的子波，在传播到从同一波面上各点发出的子波，在传播到从同一波面上各点发出的子波，在传播到从同一波面上各点发出的子波，在传播到空间的某一点时，各个子波也可以互相叠加而产空间的某一点时，各个子波也可以互相叠加而产空间的某一点时，各个子波也可以互相叠加而产空间的某一点时，各个子波也可以互相叠加而产生干涉现象。生干涉现象。生干涉现象。生干涉现象。子子 波波 干干 涉涉子子 波波 干干 涉涉第34页，共78页，编辑于2022年，星期一 r rP PdSdS若取时刻若取时刻若取时刻若取时刻 t t=0=0 波阵面上各点发波阵面上各点发波阵面上各点

27、发波阵面上各点发出的子波初相为零，则面元出的子波初相为零，则面元出的子波初相为零，则面元出的子波初相为零，则面元dS dS dS 在在在在在在 P P P 点引起的光振动为：点引起的光振动为：点引起的光振动为：点引起的光振动为：C C 比例常数，比例常数，比例常数，比例常数，k k()倾斜因子倾斜因子倾斜因子倾斜因子 解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。斯原理所无法解释的。斯原理所无法解释的。斯原理所无法解释的。P P点的光振动：点的光振动：点的光振动：点的光

28、振动：点的光振动：点的光振动：第35页，共78页，编辑于2022年，星期一三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射1 1、菲涅耳衍射（近场衍射、菲涅耳衍射（近场衍射、菲涅耳衍射（近场衍射、菲涅耳衍射（近场衍射)P PS S依光源、障碍物和观察屏三者位置关系依光源、障碍物和观察屏三者位置关系依光源、障碍物和观察屏三者位置关系依光源、障碍物和观察屏三者位置关系第36页，共78页，编辑于2022年，星期一2 2、夫琅禾费衍射（远场衍射）、夫琅禾费衍射（远场衍射）、夫琅禾费衍射（远场衍射）、夫琅禾费衍射（远场衍射）来自无穷远来自无

29、穷远来自无穷远来自无穷远射向无穷远射向无穷远射向无穷远射向无穷远S SP PL L11L L22第37页，共78页，编辑于2022年，星期一一、单缝衍射一、单缝衍射一、单缝衍射一、单缝衍射2 2、衍射条纹特点分析、衍射条纹特点分析、衍射条纹特点分析、衍射条纹特点分析S SL L L LP Pa a15.7 15.7 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射 1 1、实验装置、实验装置、实验装置、实验装置第38页，共78页，编辑于2022年，星期一A AB BC CB BA AP Pa aL Lf fQ QO O1 12 21 1）菲涅耳半波带）菲涅耳半波带）菲涅耳半波带）菲涅耳半波带第

30、39页，共78页，编辑于2022年，星期一uu 暗纹中心（偶数个半波带）暗纹中心（偶数个半波带）暗纹中心（偶数个半波带）暗纹中心（偶数个半波带）uu 明纹中心（奇数个半波带）明纹中心（奇数个半波带）明纹中心（奇数个半波带）明纹中心（奇数个半波带）2 2）衍射明暗纹条件分析）衍射明暗纹条件分析）衍射明暗纹条件分析）衍射明暗纹条件分析uu 中央明区（零级明纹）中央明区（零级明纹）中央明区（零级明纹）中央明区（零级明纹）思考：思考：思考：思考：a a、ACAC不等于半波长的整数倍时？不等于半波长的整数倍时？不等于半波长的整数倍时？不等于半波长的整数倍时？b b、明纹级次越高，光强越弱，怎么解释？、明

31、纹级次越高，光强越弱，怎么解释？、明纹级次越高，光强越弱，怎么解释？、明纹级次越高，光强越弱，怎么解释？第40页，共78页，编辑于2022年，星期一3 3）明纹宽度）明纹宽度）明纹宽度）明纹宽度 中央明纹宽度中央明纹宽度中央明纹宽度中央明纹宽度相邻两暗纹之间的距离相邻两暗纹之间的距离相邻两暗纹之间的距离相邻两暗纹之间的距离B BA AP PO OQ Qa aL Lf fx x第41页，共78页，编辑于2022年，星期一 其它明纹宽度其它明纹宽度其它明纹宽度其它明纹宽度B BA AP PO OQ Qa aL Lf fx x第42页，共78页，编辑于2022年，星期一a.a.缝愈窄、波长愈长，衍射

32、愈显著；当缝愈窄、波长愈长，衍射愈显著；当缝愈窄、波长愈长，衍射愈显著；当缝愈窄、波长愈长，衍射愈显著；当 a a 时，各级条纹都密集于中央明时，各级条纹都密集于中央明时，各级条纹都密集于中央明时，各级条纹都密集于中央明 纹附近，只观察到一条亮纹，即单缝纹附近，只观察到一条亮纹，即单缝纹附近，只观察到一条亮纹，即单缝纹附近，只观察到一条亮纹，即单缝 的象；的象；的象；的象；4 4）影响条纹分布的因素）影响条纹分布的因素）影响条纹分布的因素）影响条纹分布的因素c.c.单缝上下平移，不影响条纹分布。单缝上下平移，不影响条纹分布。单缝上下平移，不影响条纹分布。单缝上下平移，不影响条纹分布。b.b.白

33、光入射时，除中央明纹为白色外，其白光入射时，除中央明纹为白色外，其白光入射时，除中央明纹为白色外，其白光入射时，除中央明纹为白色外，其它明纹均为彩色条纹；它明纹均为彩色条纹；它明纹均为彩色条纹；它明纹均为彩色条纹；第43页，共78页，编辑于2022年，星期一二、圆孔衍射二、圆孔衍射二、圆孔衍射二、圆孔衍射 当单色平行光垂直照射到小圆孔上，在屏当单色平行光垂直照射到小圆孔上，在屏当单色平行光垂直照射到小圆孔上，在屏当单色平行光垂直照射到小圆孔上，在屏上产生明暗交替的圆环，中央为很亮的圆亮斑，上产生明暗交替的圆环，中央为很亮的圆亮斑，上产生明暗交替的圆环，中央为很亮的圆亮斑，上产生明暗交替的圆环，

34、中央为很亮的圆亮斑，叫做叫做叫做叫做“爱里斑爱里斑爱里斑爱里斑”。d d2 2R R第44页，共78页，编辑于2022年，星期一直径为直径为直径为直径为2 2R R，对透镜光心的张角为，对透镜光心的张角为，对透镜光心的张角为，对透镜光心的张角为三、光学仪器的分辨率三、光学仪器的分辨率三、光学仪器的分辨率三、光学仪器的分辨率S Sd dL Lf f2 2R RP P几何光学考虑几何光学考虑几何光学考虑几何光学考虑波动光学考虑波动光学考虑波动光学考虑波动光学考虑第45页，共78页，编辑于2022年，星期一S S1 1S S2 2S S1 1S S2 2S S1 1S S2 2能分辨能分辨能分辨能分

35、辨恰能分辨恰能分辨恰能分辨恰能分辨不能分辨不能分辨不能分辨不能分辨衍射现象限制了光学仪器的分辨率衍射现象限制了光学仪器的分辨率衍射现象限制了光学仪器的分辨率衍射现象限制了光学仪器的分辨率第46页，共78页，编辑于2022年，星期一 设有两个点光源经透镜后形成了两个重设有两个点光源经透镜后形成了两个重设有两个点光源经透镜后形成了两个重设有两个点光源经透镜后形成了两个重叠的爱里斑，当一象点的第一暗纹恰与另一叠的爱里斑，当一象点的第一暗纹恰与另一叠的爱里斑，当一象点的第一暗纹恰与另一叠的爱里斑，当一象点的第一暗纹恰与另一象点的中央亮纹最亮处重合时，两物点恰能象点的中央亮纹最亮处重合时，两物点恰能象点

36、的中央亮纹最亮处重合时，两物点恰能象点的中央亮纹最亮处重合时，两物点恰能被光学仪器所分辨。被光学仪器所分辨。被光学仪器所分辨。被光学仪器所分辨。1 1、瑞利判据、瑞利判据、瑞利判据、瑞利判据s s1 11s s2 22d d*第47页，共78页，编辑于2022年，星期一4 4、提高光学仪器分辨率的途径、提高光学仪器分辨率的途径、提高光学仪器分辨率的途径、提高光学仪器分辨率的途径3 3、光学仪器分辨率、光学仪器分辨率、光学仪器分辨率、光学仪器分辨率2 2）采用短波长的光入射。采用短波长的光入射。采用短波长的光入射。采用短波长的光入射。角分辨率的倒数（即单位角度内能角分辨率的倒数（即单位角度内能角

37、分辨率的倒数（即单位角度内能角分辨率的倒数（即单位角度内能分辨的点数）分辨的点数）分辨的点数）分辨的点数）1 1 1 1）增大透镜孔径；）增大透镜孔径；）增大透镜孔径；）增大透镜孔径；2 2、角分辨率、角分辨率、角分辨率、角分辨率第48页，共78页，编辑于2022年，星期一例、例、例、例、在正常照度下，人眼瞳孔的直径为在正常照度下，人眼瞳孔的直径为在正常照度下，人眼瞳孔的直径为在正常照度下，人眼瞳孔的直径为3 3mmmm，人眼对绿光最敏感，其波长为人眼对绿光最敏感，其波长为人眼对绿光最敏感，其波长为人眼对绿光最敏感，其波长为550550nmnm，人眼人眼人眼人眼 中玻璃液的折射率为中玻璃液的折

38、射率为中玻璃液的折射率为中玻璃液的折射率为n n=1.336=1.336。求：求：求：求：1 1）人眼的最小分辨角；人眼的最小分辨角；人眼的最小分辨角；人眼的最小分辨角；2 2）在黑板上画两条平行线相距为）在黑板上画两条平行线相距为）在黑板上画两条平行线相距为）在黑板上画两条平行线相距为 2 2mmmm ，坐，坐，坐，坐在教室距黑板多远处的同学能看清它。在教室距黑板多远处的同学能看清它。在教室距黑板多远处的同学能看清它。在教室距黑板多远处的同学能看清它。解：解：解：解：已知已知已知已知设学生距黑板的距离为设学生距黑板的距离为设学生距黑板的距离为设学生距黑板的距离为在玻璃液中在玻璃液中在玻璃液中

39、在玻璃液中第49页，共78页，编辑于2022年，星期一一、光栅一、光栅一、光栅一、光栅 一种重要的光学器件。由不同光学性质一种重要的光学器件。由不同光学性质一种重要的光学器件。由不同光学性质一种重要的光学器件。由不同光学性质的各部分在空间周期性排列而组成。的各部分在空间周期性排列而组成。的各部分在空间周期性排列而组成。的各部分在空间周期性排列而组成。二、光栅衍射条纹的形成二、光栅衍射条纹的形成二、光栅衍射条纹的形成二、光栅衍射条纹的形成 透射光栅：大量等间距的平行狭缝透射光栅：大量等间距的平行狭缝透射光栅：大量等间距的平行狭缝透射光栅：大量等间距的平行狭缝组成的光学元件。组成的光学元件。组成的

40、光学元件。组成的光学元件。b ba a15.8 15.8 衍射光栅衍射光栅衍射光栅衍射光栅第50页，共78页，编辑于2022年，星期一S SL L P Pd dL L1 1、实验装置、实验装置、实验装置、实验装置光栅常数：光栅常数：光栅常数：光栅常数：a+b=da+b=d一般在一般在一般在一般在 数量级数量级数量级数量级第51页，共78页，编辑于2022年，星期一I I0 0sinsin 定性分析：定性分析：定性分析：定性分析：2 2、光栅衍射图样分析光栅衍射图样分析光栅衍射图样分析光栅衍射图样分析单缝衍射和多缝干涉的总效果单缝衍射和多缝干涉的总效果单缝衍射和多缝干涉的总效果单缝衍射和多缝干涉

41、的总效果单单缝衍射缝衍射多缝干涉多缝干涉第52页，共78页，编辑于2022年，星期一定量分析：定量分析：定量分析：定量分析：O OQ Q明纹条件：明纹条件：明纹条件：明纹条件：1 1）主极大明纹）主极大明纹）主极大明纹）主极大明纹a+ba+b（从干涉、衍射本质出发）（从干涉、衍射本质出发）（从干涉、衍射本质出发）（从干涉、衍射本质出发）A A）多缝干涉的影响多缝干涉的影响多缝干涉的影响多缝干涉的影响 光栅方程光栅方程光栅方程光栅方程第53页，共78页，编辑于2022年，星期一A A11A A22A A33A A44A AO O2 2）暗纹）暗纹）暗纹）暗纹 在相邻主极大之间在相邻主极大之间在相

42、邻主极大之间在相邻主极大之间 k k 取取取取 N N-1-1 个值，即个值，即个值，即个值，即有有有有 N N-1-1 个暗条纹，还有个暗条纹，还有个暗条纹，还有个暗条纹，还有 N N-2-2 个强度很小的个强度很小的个强度很小的个强度很小的次极大，次极大，次极大，次极大，形成一片暗区形成一片暗区形成一片暗区形成一片暗区。=0=0第54页，共78页，编辑于2022年，星期一 干涉极大、衍射极小的位置干涉极大、衍射极小的位置干涉极大、衍射极小的位置干涉极大、衍射极小的位置2 2）缺级缺级缺级缺级B B）单缝衍射）单缝衍射）单缝衍射）单缝衍射的影响的影响的影响的影响1 1）主极大光强受单缝衍射光

43、强分布的调制）主极大光强受单缝衍射光强分布的调制）主极大光强受单缝衍射光强分布的调制）主极大光强受单缝衍射光强分布的调制明纹不出现，发生缺级。明纹不出现，发生缺级。明纹不出现，发生缺级。明纹不出现，发生缺级。第55页，共78页，编辑于2022年，星期一三、衍射光谱三、衍射光谱三、衍射光谱三、衍射光谱1 1、光谱线、光谱线、光谱线、光谱线：单色波经光栅衍射后产生的单色波经光栅衍射后产生的单色波经光栅衍射后产生的单色波经光栅衍射后产生的 一组细窄明亮的亮条纹。一组细窄明亮的亮条纹。一组细窄明亮的亮条纹。一组细窄明亮的亮条纹。2 2、衍射光谱、衍射光谱、衍射光谱、衍射光谱：波长不同的波长不同的波长不

44、同的波长不同的同级同级同级同级谱线集谱线集谱线集谱线集 合起来构成的一组谱线。合起来构成的一组谱线。合起来构成的一组谱线。合起来构成的一组谱线。白光的衍射光谱白光的衍射光谱白光的衍射光谱白光的衍射光谱k k=2=2k k=3=3k k=-2 =-2 k k=-3=-30 0k k=1=1k k=-1=-1第56页，共78页，编辑于2022年，星期一3 3、光栅的分辨率、光栅的分辨率、光栅的分辨率、光栅的分辨率由瑞利判据有：由瑞利判据有：由瑞利判据有：由瑞利判据有：第57页，共78页，编辑于2022年，星期一一、一、一、一、X X 射线的衍射射线的衍射射线的衍射射线的衍射 1895 1895 年

45、德国物理学家伦琴发现，当高速电子年德国物理学家伦琴发现，当高速电子年德国物理学家伦琴发现，当高速电子年德国物理学家伦琴发现，当高速电子撞击物体时，就产生一种具有很高穿透本领的辐撞击物体时，就产生一种具有很高穿透本领的辐撞击物体时，就产生一种具有很高穿透本领的辐撞击物体时，就产生一种具有很高穿透本领的辐射，叫做射，叫做射，叫做射，叫做 X X 射线。射线。射线。射线。10104 4 10 105 5 V V+阴极阴极阴极阴极 阳极阳极阳极阳极（对阴极）（对阴极）（对阴极）（对阴极）15.9 X 15.9 X 射线的衍射射线的衍射射线的衍射射线的衍射第58页，共78页，编辑于2022年，星期一1

46、1、性质、性质、性质、性质1 1）不带电，）不带电，）不带电，）不带电，X X 射线在磁场或电场中仍射线在磁场或电场中仍射线在磁场或电场中仍射线在磁场或电场中仍 沿直线前进；沿直线前进；沿直线前进；沿直线前进；2 2）波长极短的电磁波，）波长极短的电磁波，）波长极短的电磁波，）波长极短的电磁波，左右；左右；左右；左右；3 3）穿透本领强；）穿透本领强；）穿透本领强；）穿透本领强；4 4）能使某些物质发出荧光，使气体电）能使某些物质发出荧光，使气体电）能使某些物质发出荧光，使气体电）能使某些物质发出荧光，使气体电 离，底片感光。离，底片感光。离，底片感光。离，底片感光。第59页，共78页，编辑于

47、2022年，星期一劳劳劳劳厄厄厄厄斑斑斑斑点点点点 根据劳厄斑点的根据劳厄斑点的根据劳厄斑点的根据劳厄斑点的分布可算出晶面间距，分布可算出晶面间距，分布可算出晶面间距，分布可算出晶面间距，掌握晶体点阵结构。掌握晶体点阵结构。掌握晶体点阵结构。掌握晶体点阵结构。晶体可看作三维晶体可看作三维晶体可看作三维晶体可看作三维立体光栅。立体光栅。立体光栅。立体光栅。单晶片单晶片单晶片单晶片照照照照相相相相底底底底片片片片铅铅铅铅板板板板X X射射射射线线线线管管管管2 2、劳厄实验、劳厄实验、劳厄实验、劳厄实验第60页，共78页，编辑于2022年，星期一d d晶格常数晶格常数晶格常数晶格常数(晶面间距晶面

48、间距晶面间距晶面间距)掠射角掠射角掠射角掠射角光程差：光程差：光程差：光程差：干涉加强条件（布拉格公式）：干涉加强条件（布拉格公式）：干涉加强条件（布拉格公式）：干涉加强条件（布拉格公式）：二、二、二、二、布拉格公式布拉格公式布拉格公式布拉格公式 O OC Cd d A AB B第61页，共78页，编辑于2022年，星期一X X 射线衍射的应用：射线衍射的应用：射线衍射的应用：射线衍射的应用：1 1、已知、已知、已知、已知 X X 射线的波长射线的波长射线的波长射线的波长 ，可求晶体的晶，可求晶体的晶，可求晶体的晶，可求晶体的晶格常数，研究晶体结构；格常数，研究晶体结构；格常数，研究晶体结构；

49、格常数，研究晶体结构；2 2、已知晶体结构，可测、已知晶体结构，可测、已知晶体结构，可测、已知晶体结构，可测 X X 射线的波长，这射线的波长，这射线的波长，这射线的波长，这也发展为也发展为也发展为也发展为 X X 射线的光谱分析，对原子结射线的光谱分析，对原子结射线的光谱分析，对原子结射线的光谱分析，对原子结构的研究极为重要。构的研究极为重要。构的研究极为重要。构的研究极为重要。第62页，共78页，编辑于2022年，星期一15.10 15.10 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振一、自然光和偏振光一、自然光和偏振光一、自然光和偏振光一、自然光和偏振光偏振：波振动方向对于传播方向的不对称性偏振：

50、波振动方向对于传播方向的不对称性偏振：波振动方向对于传播方向的不对称性偏振：波振动方向对于传播方向的不对称性第63页，共78页，编辑于2022年，星期一1 1、自然光、自然光、自然光、自然光 光矢量在垂直于光传播方向的平面内的光矢量在垂直于光传播方向的平面内的光矢量在垂直于光传播方向的平面内的光矢量在垂直于光传播方向的平面内的一切方向上的时间平均值都相等。一切方向上的时间平均值都相等。一切方向上的时间平均值都相等。一切方向上的时间平均值都相等。表示：表示：表示：表示：没有优势方向没有优势方向没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解自然光的分解自然光的分解第64页，共78页，编辑于202