高二物理竞赛：反射光和折射光的偏振课件.ppt

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1、第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六n1玻璃玻璃n2 i入射面入射面 入射线和法线所成的平面入射线和法线所成的平面 . . 反射光反射光 部分部分偏振光偏振光 ，垂直于入，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动射面的振动大于平行于入射面的振动 . . 折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动射面的振动大于垂直于入射面的振动 . .理论和实验证明：理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关反射光的偏振化程度与入射角有关 . .i布儒斯特定律布儒

2、斯特定律（1812年）年）nin201arctan n1玻璃玻璃n20 i0i0起偏振角（布儒斯特角）：起偏振角（布儒斯特角）： 当入射光以当入射光以起偏振角（布儒斯特角）起偏振角（布儒斯特角）入射时，反射光为完全偏振光，且振动面入射时，反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。垂直入射面，折射光为部分偏振光。i0第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）nin201arctan n1玻璃玻璃n20 i0i0起偏振角（布儒斯特角）：起偏振角

3、（布儒斯特角）： 当入射光以当入射光以起偏振角（布儒斯特角）起偏振角（布儒斯特角）入射时，反射光为完全偏振光，且振动面入射时，反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。垂直入射面，折射光为部分偏振光。i01）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直 .折射定律：折射定律：inn0201sinsin 布儒斯特定律：布儒斯特定律：nin201tan ii00sincos i00sincos i002 即：即：第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六1）反射光和折射光互相垂直反射光

4、和折射光互相垂直 .折射定律：折射定律：inn0201sinsin 布儒斯特定律：布儒斯特定律：nin201tan ii00sincos i00sincos i002 即：即： 2）根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介质入射介质入射于界面时，此于界面时，此 角即为角即为布儒斯特角布儒斯特角 .0 n20 n1玻璃玻璃n20 0 i0nn102tan 即：即：证明：证明：i00tantan()2 i0cot i01tan nn211/ nn12 得证得证第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月

5、月8 8日星期六日星期六 2）根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介质入射介质入射于界面时，此于界面时，此 角即为角即为布儒斯特角布儒斯特角 .0 n20 n1玻璃玻璃n20 0 i0nn102tan 即：即：证明：证明：i00tantan()2 i0cot i01tan nn211/ nn12 得证得证 3）应用应用 激光器谐振腔激光器谐振腔布儒斯特窗布儒斯特窗i0i0激光输出激光输出M1M2i0i0第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六 3）应用应用 激光器谐振腔

6、激光器谐振腔布儒斯特窗布儒斯特窗 i0i0激光输出激光输出M1M2i0i0 可测不透明媒质折射率可测不透明媒质折射率n11 nn2 BiBintan 利用偏振片可消去大部分反射光。利用偏振片可消去大部分反射光。 利用玻璃堆获利用玻璃堆获得偏振光得偏振光i0( (接近线偏振光接近线偏振光) ) （如镜头前加偏振片、偏光望远镜等）（如镜头前加偏振片、偏光望远镜等）玻璃片堆玻璃片堆第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六0i0i0iiii讨论下列光线的反射和折射（讨论下列光线的反射和折射（起偏角起偏角

7、）. .i0第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六例例1.1. 自然光从空气射到玻璃的界面上，当入射角为自然光从空气射到玻璃的界面上，当入射角为6060 时，时，反射光是完全偏振光，则玻璃的折射率是：反射光是完全偏振光，则玻璃的折射率是：（A）13（B）23（C）32（D）3解：解：n0i0tanin0tan60n 例例2. 如果从一池静止的水（如果从一池静止的水（n = 1.33 )的表面的表面反射来的太阳光是反射来的太阳光是完全偏振光，那么太阳的完全偏振光，那么太阳的E仰角（如图）大致等于仰

8、角（如图）大致等于 ，在这反射光中，在这反射光中 矢量的矢量的方向应方向应 。解：解： ni00tanin1.33i00= 53i0 = 900 0- -垂直于入射面垂直于入射面0= 3737 第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六例例2. 如果从一池静止的水（如果从一池静止的水（n = 1.33 )的表面的表面反射来的太阳光是反射来的太阳光是完全偏振光，那么太阳的完全偏振光，那么太阳的E仰角（如图）大致等于仰角（如图）大致等于 ，在这反射光中，在这反射光中 矢量的矢量的方向应方向应 。解：解：

9、 ni00tanin1.33i00= 53i0 = 900 0- -垂直于入射面垂直于入射面0= 3737 例例3. 当一束自然光在两种介质的分界面处发生反射和折射当一束自然光在两种介质的分界面处发生反射和折射时，若时，若反射光是完全偏振光，则折射光为反射光是完全偏振光，则折射光为_，且反射光线与折射光线之间的夹角为且反射光线与折射光线之间的夹角为 。部分偏振光部分偏振光90 第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六例例3. 当一束自然光在两种介质的分界面处发生反射和折射当一束自然光在两种介质的分

10、界面处发生反射和折射时，若时，若反射光是完全偏振光，则折射光为反射光是完全偏振光，则折射光为_，且反射光线与折射光线之间的夹角为且反射光线与折射光线之间的夹角为 。部分偏振光部分偏振光90 例例4. 某种透明媒质对于空气的临界角（全反射）等于某种透明媒质对于空气的临界角（全反射）等于45 ，光从空气射向此介质时的布儒斯特角是光从空气射向此介质时的布儒斯特角是 .i临临界界n90 解：解：i 当当临临界界角角时时，90 折射定律：折射定律：insin1sin 临临界界nisinsin 临临界界sin90sin45 2 布儒斯特定律：布儒斯特定律：n0iin0tan 2 i054.7 第十四章第十

11、四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六14-27，14-28第十四章第十四章 波动光学波动光学14-10 反射光和反射光和折射光的偏振折射光的偏振20222022年年1 1月月8 8日星期六日星期六15-25，15-26，15-27一一/14 二二/ 14三三/13第十四章第十四章 波动光学波动光学2x760nm红400nm紫fo屏屏O例例1. 用白光照射光栅常数为用白光照射光栅常数为 的光栅，若透镜的光栅，若透镜焦距为焦距为1m，（，（1）第二级光谱对透镜光心所张的角为多）第二级光谱对透镜光心所张的角为多

12、少？少？ （2）第二级光谱的线宽度为多少？（）第二级光谱的线宽度为多少？（3）第）第2和第和第3级光谱有无重叠，若重叠求重叠宽度。级光谱有无重叠，若重叠求重叠宽度。63 10 m解：解：（3）()sinbbk22tanxf紫紫0.28( )m22tanxf红红0.59( )m2=0.31(m)x（2）2k 3k 33arcsinb+b紫紫023.5833tanxf紫紫0.44( )m23xx红紫光谱重叠光谱重叠重叠宽度重叠宽度230.15( )xxxm 红紫第十四章第十四章 波动光学波动光学 例例2 用白光垂直照射在每厘米有用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的条刻痕的平面光栅上，求第三级光

13、谱的张角平面光栅上，求第三级光谱的张角.解解nm760400cm6500/1bb78. 0cm6500cm1043sin1511bbk48. 1cm6500cm106 . 73sin1522bbk紫光紫光红光红光因此因此,没有红光的第三级明纹没有红光的第三级明纹,光谱张角为光谱张角为190.0090.0051.2938.71第三级光谱所能出现的最大波长第三级光谱所能出现的最大波长kbb90sin) (nm5133bb绿光绿光第十四章第十四章 波动光学波动光学0 .20nm680nm430例例3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

14、光谱展开得该光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nm430sin) (11bbnm680)0 .20sin() (21bbnm913) (bb每厘米大约有条刻痕每厘米大约有条刻痕410第十四章第十四章 波动光学波动光学例例4已知一个每已知一个每cm刻有刻有4000条缝的光栅，利用条缝的光栅，利用该光栅可产生多少个完整的可见光谱该光栅可产生多少个完整的可见光谱(可不讲可不讲)解：解：由由()sinbbkk的最大值满足的最大值满足sin13.28mbbk红, =k红紫(k+1)=k1.1 ()sinbbk红()sin(1)bbk紫可产生两条对称的一级完整光谱可产生两条对称的一级完整光谱