高二物理波的干涉优秀课件.ppt
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1、高二物理波的干涉第1页,本讲稿共120页两水波的叠加两水波的叠加SS12第2页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第3页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第4页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第5页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第6页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第7页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加
2、第8页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第9页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第10页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第11页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第12页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第13页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第14页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反
3、方向传播的两个脉冲波的叠加第15页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第16页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第17页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第18页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第19页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第20页,本讲稿共120页沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加沿相反方向传播的两个脉冲波的叠加第21页,本讲稿共120页理论分析
4、理论分析:由于波动的方程式由于波动的方程式 2 y/2 t=u2 2 y/2 x 是线性的。是线性的。可证明:可证明:如果如果 y1(x、t)和和 y2(x、t)分别满足波动分别满足波动方程,则合成波方程,则合成波 y=y1(x、t)+y2(x、t)也满也满足波动方程,这就是波的波加原理的数学表示。足波动方程,这就是波的波加原理的数学表示。第22页,本讲稿共120页二、波的干涉二、波的干涉1、相干源、相干源 两个两个频率相同频率相同,振动方向相同振动方向相同、相位相同、相位相同或或相位差恒定相位差恒定的波源。的波源。干涉现象干涉现象:两个相干源波在空间迭加时,在某些点处两个相干源波在空间迭加时
5、,在某些点处振动始终加强,而在另一些点处,振动始终减振动始终加强,而在另一些点处,振动始终减弱。弱。光既然是电磁波,也能产生干涉现象光既然是电磁波,也能产生干涉现象。第23页,本讲稿共120页光的相干性光的相干性:(1)两独立的光源不可能成为一对相干光源两独立的光源不可能成为一对相干光源原因:原因:原子发光是随机的,间歇性的,两原子发光是随机的,间歇性的,两 列光波的振动方向不可能一致,周列光波的振动方向不可能一致,周 相差不可能恒定。相差不可能恒定。钠钠光光灯灯A钠钠光光灯灯B两束光两束光不相干!不相干!第24页,本讲稿共120页(2)(2)同一光源上两个不同的部分,也不可同一光源上两个不同
6、的部分,也不可 能得到相干光源。能得到相干光源。钠钠光光灯灯A两束光两束光不相干!不相干!第25页,本讲稿共120页相干光实现方法:相干光实现方法:为了利用普通光源为了利用普通光源(除激光外除激光外 )获得相干获得相干光,光,其基本方法是把由同一光源上同一点发出其基本方法是把由同一光源上同一点发出的光,设法分成两部分。的光,设法分成两部分。(1)(1)分波阵面法分波阵面法 从光源发出的同一列波的波面上分割出从光源发出的同一列波的波面上分割出两个微小的部分两个微小的部分(例如例如双孔干涉双孔干涉),这两个微小,这两个微小部分可以看作两个子光源,它们发出的光是相部分可以看作两个子光源,它们发出的光
7、是相干光。干光。第26页,本讲稿共120页(2)(2)分振幅法分振幅法 设法把同一波列设法把同一波列(一个分子或原子在持续一个分子或原子在持续时间内发出的光波时间内发出的光波)的光波通过反射或折射等过的光波通过反射或折射等过程,分成两束光波程,分成两束光波(例如例如薄膜干涉薄膜干涉)。显然,这。显然,这两列光波是相干光波,它们的能量是从同一两列光波是相干光波,它们的能量是从同一波列的光波分出来的。波列的光波分出来的。激光激光是目前最理想的是目前最理想的相干光源相干光源,它不仅,它不仅同一光源上同一点发出的是相干光,而且同一同一光源上同一点发出的是相干光,而且同一光源上两个不同的部分也具有很好的
8、相干性,光源上两个不同的部分也具有很好的相干性,甚至两个独立激光器的光波也能相干。甚至两个独立激光器的光波也能相干。第27页,本讲稿共120页y10=A10 cos(2t+1)y20=A20 cos(2t+2)S1 和和 S2 发出的波到达发出的波到达 P点的振动分别为:点的振动分别为:y1=A1 cos(2t+1-2 r1/)y2=A2 cos(2t+2-2 r2/)两个振动在两个振动在 P点的相位差为点的相位差为:=2-1-2 (r2-r1)/P 点的振动就是这两个振动的合振动。点的振动就是这两个振动的合振动。S1S2r1r2P2、两个相干源的干涉、两个相干源的干涉设波源设波源 S1、S2
9、的振动方程为:的振动方程为:第28页,本讲稿共120页P点合振动点合振动:频率频率 两同频率、同方向振动的合振动仍两同频率、同方向振动的合振动仍 为为同频率同频率的振动;的振动;振幅振幅 由两分振动的相位差来决定。由于由两分振动的相位差来决定。由于 两波源的相位差两波源的相位差2-1是恒定的,是恒定的,因此,空间中任一因此,空间中任一 P点两振动的相点两振动的相 位差也是恒量,所以,位差也是恒量,所以,任一任一P点合点合 振幅也是恒量。振幅也是恒量。第29页,本讲稿共120页干涉加强与减弱条件干涉加强与减弱条件:加强:加强:=2-1-2 (r2-r1)/=2k (k=0,1,2,3)合振幅合振
10、幅 A 最大,最大,A=A1+A2。减弱:减弱:=2-1-2 (r2-r1)/=(2k+1)(k=0,1,2,3)合振幅合振幅A为最小,为最小,A=|A1-A2|。如果如果1=2,上述条件可简化为,上述条件可简化为波程差波程差:加强:加强:=r2-r1=2k(/2)(k=0,1,2)又称为又称为干涉相长干涉相长减弱:减弱:=r2-r1=(2k+1)(/2)(k=0,1,2)又称为又称为干涉相消干涉相消第30页,本讲稿共120页xk=+1k=-2k=+2k=0k=-1S1S2S*I例例10-4 杨氏双孔干涉杨氏双孔干涉实实 验验 现现 象象第31页,本讲稿共120页解:解:S 是单色点光源,在遮
11、光屏是单色点光源,在遮光屏 B 上开两小孔上开两小孔 S1,S2 作为相干光源。作为相干光源。设设 S 到到 S1 和和 S2 的距离相等,则的距离相等,则 S1和和 S2可可看作两个相位相同的相干光源。看作两个相位相同的相干光源。问题的关键是计算从问题的关键是计算从 S1和和 S2到到 P(x,y)点点的的波程差波程差=r2-r1。xDSS12rr12dP(x,y)SOB第32页,本讲稿共120页通常通常 D d,由几何关系可得:,由几何关系可得:r12=D2+(x-d/2)2+y2r22=D2+(x+d/2)2+y2两式相减后,得:两式相减后,得:r22-r12=(r2-r1)(r2+r1
12、)=2dxxDSS12rr12dP(x,y)SOrB第33页,本讲稿共120页r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx因因 D d r2+r1 2r 波程差:波程差:=r2-r1 d x/r当当 x n2 n3 或或 n1 n2 n3 时,时,反射没有附加半波损失;反射没有附加半波损失;2、其它情况下其它情况下,反射要考虑附反射要考虑附 加半波损失。加半波损失。n 2 n 1 n 3 透射光透射光:光程差光程差为:为:=+/2 所以:所以:反射光干涉加强时,透射光干涉减弱;反射光干涉加强时,透射光干涉减弱;反射光干涉减弱时,透射光干涉加强。反射光干涉减弱时,透射光干涉加强。第67页
13、,本讲稿共120页=2n2 e cos r薄膜干涉分类薄膜干涉分类(1)等厚干涉等厚干涉 当光线入射角当光线入射角 i 一定时一定时,相同厚度,相同厚度 e 薄膜处薄膜处有同一光程差,这样干涉现象称为等厚干涉,有同一光程差,这样干涉现象称为等厚干涉,等厚干涉条纹在薄膜表面附近。等厚干涉条纹在薄膜表面附近。(2)等倾干涉等倾干涉 当薄膜厚度均匀一定时当薄膜厚度均匀一定时,相同的入射角,相同的入射角 i 的光线有同一光程差,这样的干涉现象称为的光线有同一光程差,这样的干涉现象称为等倾干涉,等倾干涉条纹在无限远处,等倾干涉,等倾干涉条纹在无限远处,可用可用透镜聚集在焦平面上得到一同心园形干涉条纹。透
14、镜聚集在焦平面上得到一同心园形干涉条纹。第68页,本讲稿共120页 当平行光垂直当平行光垂直(i=0)入射劈面上,由于劈入射劈面上,由于劈尖上下介质相同尖上下介质相同(n1=n3),反射干涉应考虑附,反射干涉应考虑附加半波损失。加半波损失。干涉明纹干涉明纹:=2n2 e+/2=2k(/2)干涉暗纹干涉暗纹:=2n2 e+/2=(2k+1)(/2)3、等厚干涉实例分析、等厚干涉实例分析例例10-8 劈尖干涉劈尖干涉 (n1=n3,劈尖角,劈尖角 很小)很小)干涉暗纹干涉暗纹n2ek+1e k 平行光平行光平行光平行光第69页,本讲稿共120页干涉明纹干涉明纹:=2n2 e+/2=2k(/2)干涉
15、暗纹干涉暗纹:=2n2 e+/2=(2k+1)(/2)上两式表明:每级明或暗条纹都与一定的上两式表明:每级明或暗条纹都与一定的膜厚膜厚 e 相对应。因而在介质膜上表面的同一条等相对应。因而在介质膜上表面的同一条等厚线上,就形成同一级次的一条干涉条纹。这样厚线上,就形成同一级次的一条干涉条纹。这样形成的干涉条纹叫做等厚条纹。形成的干涉条纹叫做等厚条纹。在在棱边棱边处处 e=0,两相干光的光程差,两相干光的光程差=/2,即相位差为,即相位差为,因而形成,因而形成暗条纹暗条纹。干涉暗纹干涉暗纹n2ek+1e k 平行光平行光平行光平行光第70页,本讲稿共120页条纹间距条纹间距 l:e=e k+1-
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- 物理 干涉 优秀 课件
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