物理学教程下册六章及试卷精品文稿.ppt

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1、第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）波动光学习题课选讲例题波动光学习题课选讲例题物理学教程下册六章课件及试卷第1页，本讲稿共31页 例例 如图示两个直径有微小差别的彼此平行的滚柱如图示两个直径有微小差别的彼此平行的滚柱之间的距离为之间的距离为 L，夹在两块平晶的中间，形成空气劈尖，夹在两块平晶的中间，形成空气劈尖，当单色光垂直入射时，产生等厚干涉条纹，如果滚柱之当单色光垂直入射时，产生等厚干涉条纹，如果滚柱之间的距离变小，则在间的距离变小，则在 L 范围内干涉条纹的范围内干涉条纹的（1）数目减少，间距变大数目减少，间距变大（2）数目不变，间距变小数目不变，

2、间距变小（3）数目增加，间距变小数目增加，间距变小（4）数目减少，间距不变数目减少，间距不变L滚柱之间的距离变小，劈间角变大；滚柱之间的距离变小，劈间角变大；不变不变.第2页，本讲稿共31页 例例 若在牛顿环装置的透镜和平板玻璃板间充满某种折若在牛顿环装置的透镜和平板玻璃板间充满某种折射率大于透镜折射率而小于平板玻璃的某种液体，则从入射射率大于透镜折射率而小于平板玻璃的某种液体，则从入射光方向所观察到的牛顿环的环心是光方向所观察到的牛顿环的环心是（1 1）暗斑暗斑（2 2）明斑明斑（3 3）半明半暗的斑半明半暗的斑 （4 4）干涉现象消失干涉现象消失第3页，本讲稿共31页 例例 在折射率在折射

3、率 为为 1.5 的玻璃板上表面镀一层折的玻璃板上表面镀一层折射率射率 为为 2.5 的透明介质膜可增强反射的透明介质膜可增强反射.设在镀膜过设在镀膜过程中用一束波长为程中用一束波长为 600nm 的单色光从上方垂直照射的单色光从上方垂直照射到介质膜上到介质膜上,并用照度表测量透射光的强度并用照度表测量透射光的强度.当介质膜当介质膜的厚度逐步增大时，透射光的强度发生时强时弱的变的厚度逐步增大时，透射光的强度发生时强时弱的变化，求当观察到透射光的强度第三次出现最弱时，介化，求当观察到透射光的强度第三次出现最弱时，介质膜镀了多少质膜镀了多少nm厚度的透明介质膜厚度的透明介质膜（1）300 ,（2）

4、600 ,（3）250 ,（4）420第4页，本讲稿共31页 例例 用波长为用波长为 的单色光垂直照射折射率的单色光垂直照射折射率为为 的劈尖薄膜如图的劈尖薄膜如图.图中各部分折射率的关图中各部分折射率的关系是系是 ，观察反射光的干涉条纹，观察反射光的干涉条纹，从劈尖顶开始向右数第从劈尖顶开始向右数第 5 5 条暗条纹中心所对应条暗条纹中心所对应的厚度的厚度 e 为为_ _ 暗条纹暗条纹第第 5 5 条暗条纹条暗条纹 k k=4=4第5页，本讲稿共31页（1）1条条;（2）3条条;（3）4条条;（4）5条条 例例 双缝的缝宽为双缝的缝宽为b b，缝间距为缝间距为2 2b b（缝的中心点的缝的中

5、心点的间隔），则单缝中央衍射包络线内明条纹有间隔），则单缝中央衍射包络线内明条纹有0单缝中央衍单缝中央衍射包络线射包络线k=1第6页，本讲稿共31页 例例 在单缝的夫琅和费衍射实验中，屏上第三级在单缝的夫琅和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应的单缝处波面可划分为暗纹对应的单缝处波面可划分为 个半波带，若将个半波带，若将缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是_6第一级亮纹第一级亮纹例例 用一定波长的光通过光学仪器观察物体用一定波长的光通过光学仪器观察物体（1）物体大时，分辨率大）物体大时，分辨率大 （2）物体离光学仪器远时分辨率大）物体离光学仪器远时分辨率大（3）光学

6、仪器的孔径愈小分辨率愈小）光学仪器的孔径愈小分辨率愈小（4）物体近时分辨率大）物体近时分辨率大第7页，本讲稿共31页解解（1）例：例：双缝干涉实验中，波长双缝干涉实验中，波长 的单色光的单色光垂直入射到缝间距垂直入射到缝间距 的双缝上，屏到双的双缝上，屏到双缝的距离缝的距离 。求求 1）中央明纹两侧的两条第）中央明纹两侧的两条第10 级明纹中心的间距；级明纹中心的间距；2）用一厚度）用一厚度 折射率为折射率为 的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将移到何处？移到何处？第8页，本讲稿共31页p未加玻璃片时未加玻璃片时 加玻璃片后加玻璃片后 原原零零级明纹向下移到约第级明纹向

7、下移到约第七七级明纹处。级明纹处。解（解（2）设设加玻璃片后，加玻璃片后，零零 级明纹下移至级明纹下移至 P 点点.第9页，本讲稿共31页 例：例：双缝装置如图双缝装置如图 （钠黄光）（钠黄光）两相明纹角距离两相明纹角距离 ，问（，问（1）何种波长的光可）何种波长的光可使角距离比黄光增加使角距离比黄光增加 10%？解解：条纹间距：条纹间距第10页，本讲稿共31页（2）将装置浸入水中钠黄光相邻明纹角间距多大？）将装置浸入水中钠黄光相邻明纹角间距多大？水中水中第11页，本讲稿共31页 例例 如图两同相的相干点光源如图两同相的相干点光源 和和 ，发出波，发出波长为长为 的光，的光，A 是连线中垂线上

8、的一点，是连线中垂线上的一点，与与A 间插间插入厚度为入厚度为 的薄片，的薄片，求求 1）两光源发出的光在两光源发出的光在 A 点的点的相位差；相位差；2）已知已知 ,A为第四级为第四级明纹中心明纹中心,求薄片厚度求薄片厚度 的大小的大小.*A第12页，本讲稿共31页取取（增强增强）减弱减弱解解 则则氟化镁为增透膜氟化镁为增透膜23玻璃玻璃 例例 为了增加透射率为了增加透射率,求求 氟化镁膜的最小厚氟化镁膜的最小厚度度.已知空气折射率已知空气折射率 ,氟化镁折射率氟化镁折射率 光波波长光波波长 .第13页，本讲稿共31页解解 (1)例例 一油轮漏出的油一油轮漏出的油(折射率折射率 =1.20)

9、污染了污染了某海域某海域,在海水在海水(=1.30)表面形成一层薄薄的油表面形成一层薄薄的油污污.(1)如果太阳正位于海域上空如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾一直升飞机的驾驶员从机上向下观察驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色则他将观察到油层呈什么颜色?(2)如果一潜水员潜入该区域水下如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到又将看到油层呈什么颜色油层呈什么颜色?绿色绿色第14页，本讲稿共31页(2)透射光的光程差透射光的光程差红光红光紫光紫光紫紫红红色色第15页，本讲稿共31页 例例 如图的劈尖装置已知玻璃折射率如图的劈尖装置已知

10、玻璃折射率 波长波长 的光产生等厚干涉条纹，现将的光产生等厚干涉条纹，现将劈尖内充满折射率劈尖内充满折射率 的液体时，条纹间距的液体时，条纹间距缩小缩小 ，求：劈尖角，求：劈尖角 .解：解：空气和液体尖劈条纹间距分别为空气和液体尖劈条纹间距分别为第16页，本讲稿共31页 例：例：用波长为用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖的单色光垂直照射到空气劈尖上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为 L 处是暗处是暗纹，使劈尖角纹，使劈尖角 连续变大，直到该处再次出现暗连续变大，直到该处再次出现暗条纹为止，条纹为止，求求劈尖角的改变量劈尖角的改变量 。第17页，本讲稿共31

11、页 例例 有一玻璃劈尖有一玻璃劈尖 ,放在空气中放在空气中 ,劈尖夹劈尖夹角角 ,用波长用波长 的单色光的单色光垂直入射时垂直入射时,测得干涉条纹的宽度测得干涉条纹的宽度 ,求求 这玻璃的这玻璃的 折射率折射率.解解第18页，本讲稿共31页SL 问：当油膜中心问：当油膜中心最高点与玻璃片的上表面相距最高点与玻璃片的上表面相距 时，干涉条纹如何分布？可见时，干涉条纹如何分布？可见明纹的条数及各明纹处膜厚明纹的条数及各明纹处膜厚?中心点的明暗程度如中心点的明暗程度如何何?若油膜展开条纹如何变化若油膜展开条纹如何变化?,油膜的折射率油膜的折射率G 例例 如图为测量油膜折射率的实验装置如图为测量油膜折

12、射率的实验装置,在平面玻璃片在平面玻璃片G上上放一油滴，并展开成圆形油膜，在放一油滴，并展开成圆形油膜，在 波长的单色波长的单色光垂直入射下，从反射光中可观察到油膜所形成的干涉条纹光垂直入射下，从反射光中可观察到油膜所形成的干涉条纹 .已知玻璃的折射率，已知玻璃的折射率，第19页，本讲稿共31页解解 1）条纹为同心圆）条纹为同心圆油膜边缘油膜边缘明纹明纹明纹明纹第20页，本讲稿共31页 当油滴展开时，条纹间距当油滴展开时，条纹间距变大，条纹数减少变大，条纹数减少.由于由于 故可观察到四条明纹故可观察到四条明纹.第21页，本讲稿共31页RP135135 例：例：单缝衍射图中，各条入射光线间距相等

13、，那么光单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，那么光线线 1 与与 3 在幕上在幕上 P 点相遇时的位相为点相遇时的位相为 ，P 点应为点应为 点点.暗暗缝长缝长第22页，本讲稿共31页 例：例：一单色光垂直入射在光栅上，衍射光谱中一单色光垂直入射在光栅上，衍射光谱中共出现共出现 5 条明纹，若已知此光栅缝宽度与不透明部条明纹，若已知此光栅缝宽度与不透明部分宽度相等，那么中央明纹一侧的两明纹分别是第分宽度相等，那么中央明纹一侧的两明纹分别是第 级和第级和第 级谱线。级谱线。13第23页，本讲稿共31页 例例 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫

14、米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击.（1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，发射频率为发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；的毫米波，计算其波束的角宽度；（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直圆形天线直径为径为2.33m.解（解（1）（2）第24页，本讲稿共31页例例试设计一个平面透射光栅的光栅常数，使试设计一个平面透射光栅的光栅常数，使得该光栅能将某种光的第一级衍射光谱展开得该光

15、栅能将某种光的第一级衍射光谱展开 角角的范围设该光的波长范围为的范围设该光的波长范围为 解解每厘米大约有条刻痕每厘米大约有条刻痕第25页，本讲稿共31页 例例 波长为波长为 600600nm的单色光垂直入射到一光栅上，侧得的单色光垂直入射到一光栅上，侧得第二级主极大的衍射角为第二级主极大的衍射角为3030o，且第三级是缺级。且第三级是缺级。（1）光光栅常数（栅常数（b+b）等于多少？等于多少？解：解：（2）透光缝可能的最小宽度透光缝可能的最小宽度 b 等于多大？等于多大？当当 时时透光缝可能的最小宽度透光缝可能的最小宽度 b=0.800 um=800 nm第26页，本讲稿共31页（3）求屏幕上

16、可能呈现的全部主级大的级次求屏幕上可能呈现的全部主级大的级次实际可见主级大的级次为实际可见主级大的级次为实际可见亮条纹数共实际可见亮条纹数共 5 条。条。第27页，本讲稿共31页 例例 一衍射光栅一衍射光栅 300 条条/mm，入射光包括红光和入射光包括红光和紫光两种成分，垂直入射到光栅发现与光栅法线紫光两种成分，垂直入射到光栅发现与光栅法线 角的方位上，角的方位上，红红光和光和紫紫光谱线光谱线重合重合。试问试问 1）红光和紫红光和紫光光 的波长的波长 2）在何处还会出现红紫重合谱线？在何处还会出现红紫重合谱线？3）在何处在何处出现单一的红光谱线？出现单一的红光谱线？解：解：1）（明纹）（明纹

17、）第28页，本讲稿共31页2）两光谱重合）两光谱重合（明纹）（明纹）第29页，本讲稿共31页3）为为红红光光独立独立的谱线的谱线第第三三次重合时的次重合时的衍射角衍射角I0k1234360第30页，本讲稿共31页1空气空气 例例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角为布儒斯特角 ，问，问 在界面在界面 2 的反射光是什么光？的反射光是什么光？玻璃玻璃2 注意：注意：一次一次起偏垂直入射面起偏垂直入射面的振动仅很小部的振动仅很小部分被反射（约分被反射（约15%）所以）所以反射反射偏振光很弱偏振光很弱。一一般应用般应用玻璃片堆玻璃片堆产生偏振光产生偏振光第31页，本讲稿共31页