相干光和双缝干涉ppt课件.ppt

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1、波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、光源、光的叠加、相干光一、光源、光的叠加、相干光利用化学能、电能或光利用化学能、电能或光能激发的称为冷光源，能激发的称为冷光源，例如：例如：磷光、辉光等磷光、辉光等光源光源普通光源普通光源热光源热光源冷光源冷光源利用热能激发的光源称利用热能激发的光源称为热光源。为热光源。例如：例如：火、火、太阳、白炽灯等；太阳、白炽灯等；激光光源激光光源1、光源的光源的发光机理发光机理不同光源的激发方式不同，其发光机理也不相同。不同光源

2、的激发方式不同，其发光机理也不相同。波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激激发发态态跃迁跃迁自发辐射自发辐射热光源热光源，大量的低能级大量的低能级原子、分子（或离子）原子、分子（或离子）在热能的激发下跃迁至在热能的激发下跃迁至高能级激发态。高能级激发态。激发态是不稳定激发态是不稳定的，原子在激发态上的，原子在激发态上的平均寿命只有大约的平均寿命只有大约 10-10 s，因此原子会，因此原子会自发自发地向低能级或者地向

3、低能级或者是基态能级是基态能级跃迁跃迁。在跃迁过程中，每个原子将在跃迁过程中，每个原子将多余的能量以电磁波形多余的能量以电磁波形式向外辐射式向外辐射，如果辐射频率处在可见光波段，就称之为，如果辐射频率处在可见光波段，就称之为“发光发光”。波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2、普通光源发光特

4、点普通光源发光特点 原子原子发光的时间极短发光的时间极短。因此每一束电磁波持续时因此每一束电磁波持续时间很短，在空间上形成间很短，在空间上形成有有限长度的波列限长度的波列。波列波列波列长波列长L=c 光源的最基本发光单元是光源的最基本发光单元是分子、原子或离子分子、原子或离子，彼此独彼此独立的，互不相关。立的，互不相关。各自相互各自相互独立地发出一个个波列，它独立地发出一个个波列，它们的发射是们的发射是偶然偶然的，彼此间的，彼此间没有任何联系没有任何联系。在同一时刻，各原子或在同一时刻，各原子或分子所发出的光，分子所发出的光，即使波即使波长、频率相同，相位和振长、频率相同，相位和振动方向也不一

5、定相同动方向也不一定相同。发光具有随机性发光具有随机性频率不同频率不同波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 发光具有间隙性发光具有间隙性 由于原子或分子的发光是间歇的，当它们发出一由于原子或分子的发光是间歇的，当它们发出一个波列后，要间隔若干时间才能再发出第二个波列。个波列后，要间隔若干时间才能再发出第二个波列。所以，所以，即使是同一个原子即使是同一个原子，它先后所发出的波列，它先后所发出的波列的相位和振动方向也很难相同。的相位和振动方向也很难相同。独立独立(

6、不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)我们通常所见到的光波，就是大量的电磁波列我们通常所见到的光波，就是大量的电磁波列彼此迭加之后的结果。由此可见，普通光源所发出彼此迭加之后的结果。由此可见，普通光源所发出的光一般是复合光，具有不同的频率成份。另外，的光一般是复合光，具有不同的频率成份。另外，光矢量没有确定的振动方向和确定的相位关系。光矢量没有确定的振动方向和确定的相位关系。波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能如如图，有

7、两盏钠光灯，图，有两盏钠光灯，发出波长相同的光，照发出波长相同的光，照射到点射到点P，问能否产生干，问能否产生干涉？为什么？涉？为什么？PPBA思思 考考如果只用一盏钠光灯，并如果只用一盏钠光灯，并用墨纸盖住钠光灯的中部，用墨纸盖住钠光灯的中部，使使A、B两部分的光同时两部分的光同时照射到点照射到点P，问能否产生，问能否产生干涉？为什么？干涉？为什么？【答答】都都不能不能产生干涉。产生干涉。P21波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3、光波的叠加光波的叠加频率

8、相同频率相同光矢量方向相同光矢量方向相同两束光两束光在在 p 点相遇点相遇 对于机械波，两列振动方向相同的同频率的简对于机械波，两列振动方向相同的同频率的简谐波一定相干，但是用两个独立的同频率的单光源谐波一定相干，但是用两个独立的同频率的单光源却不一定能获得光的干涉图样。却不一定能获得光的干涉图样。考虑这两个同频率单色光在空考虑这两个同频率单色光在空间间 p 点的光矢量大小分别为点的光矢量大小分别为 则则合成后合成后 波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能合光强

9、合光强注意：原子发光时间极短，人眼和感光仪器感注意：原子发光时间极短，人眼和感光仪器感受到的光强应该是较长时间内的平均值，即：受到的光强应该是较长时间内的平均值，即：1、相干光相干光：初相差恒定，初相差恒定，该项为恒量该项为恒量2、非相干光非相干光：初相差初相差“瞬息万变瞬息万变”，该项为该项为0波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能相干光相干光1、相干光相干光：该项为恒量：该项为恒量2、非相干光非相干光：该项为：该项为0非相干光非相干光 初相差初相差“瞬息万变

10、瞬息万变”初相差恒定初相差恒定干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消等与等与两光束单独照射时的光强之和两光束单独照射时的光强之和波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能满足相干条件的光称为相干光。满足相干条件的光称为相干光。产生相干光的光源称为相干光源。产生相干光的光源称为相干光源。4、相干光的产生相干光的产生光的相干条件光的相干条件光矢量的振动方向相同，光矢量的振动方向相同，频率相同，初相差恒定。频率相同，初相差恒定。利用普通光源获得相干光的方法的利用普通光源获得相干

11、光的方法的基本原理基本原理是是把把由光源上同一点发出的光设法分成两部分由光源上同一点发出的光设法分成两部分，然后，然后再使再使这两部分叠加起来这两部分叠加起来。由于这两部分光实际上来自同一。由于这两部分光实际上来自同一点光源，所以它们满足相干条件，因而是相干光。点光源，所以它们满足相干条件，因而是相干光。从普通光源的发光机制可知，来自两个独立光源从普通光源的发光机制可知，来自两个独立光源的光是非相干光，而来自同一光源的两个不同部分的的光是非相干光，而来自同一光源的两个不同部分的光也光也不是相干光不是相干光。波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国

12、特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能制造相干光：制造相干光：波阵面分割法波阵面分割法*光源光源振幅分割法振幅分割法波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能p实实 验验 装装 置置二、杨氏双缝干涉实验二、杨氏双缝干涉实验例：例：d 大约大约0.2（mm），），D 约为约为1m以上。以上。由由S1和和S2构成一对相干光源。构成一对相干光源。（分割波阵面法）（分割波阵面法）波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干

13、光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能杨氏干涉杨氏干涉试验介绍试验介绍杨氏（杨氏（Thomas Young）(1773-1829)所作的演示光的干涉效应的实验，所作的演示光的干涉效应的实验，第一次把光的波动学说建立在坚实第一次把光的波动学说建立在坚实的实验基础上，杨氏根据他的实验的实验基础上，杨氏根据他的实验推算出光的波长，第一次测定了这推算出光的波长，第一次测定了这个重要的物理量。个重要的物理量。波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九

14、大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能p实实 验验 装装 置置双双缝缝干干涉涉加强加强减弱减弱已已知知目目标标？相位差相位差波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能p实实 验验 装装 置置杨氏双缝干涉条纹公式杨氏双缝干涉条纹公式波程差波程差波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 减弱减弱加强加强暗纹暗纹明纹明纹p

15、波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能条纹分布：对称、等间隔条纹分布：对称、等间隔条纹间距：条纹间距：讨论讨论双峰干涉条纹的特征双峰干涉条纹的特征暗纹暗纹明纹明纹波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 例、例、在双缝干涉实验中两缝间距为在双缝干涉实验中两缝间距为0.30mm,用单色光垂用单色光垂直照射双缝直照射双缝,在离缝在离缝1

16、.20m的屏上测得中央明纹一侧第的屏上测得中央明纹一侧第5条条暗纹与另一侧第暗纹与另一侧第5条暗纹间的距离为条暗纹间的距离为22.78mm,问所用光的问所用光的波长为多少波长为多少?是什么颜色的光是什么颜色的光?为红光为红光解：解：波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例、例、在杨氏双缝干涉中，若作如下变动，屏幕上干涉在杨氏双缝干涉中，若作如下变动，屏幕上干涉条纹将如何变化？条纹将如何变化？1 1）将双缝（将双缝（S1S1和和S2S2）的间距）的间距 d d 增

17、大；增大；2 2）将钠光换成波长为将钠光换成波长为632.8nm632.8nm的氦氖激光（相当于的氦氖激光（相当于将波长变长了）将波长变长了）3 3）若用若用白光白光照射时，出现什么情况？照射时，出现什么情况？4 4）将屏幕向双缝屏靠近；将屏幕向双缝屏靠近；5 5）将整个装置浸入水中；将整个装置浸入水中；6 6）在双缝之一的后面放一折射率为在双缝之一的后面放一折射率为n n的透明薄膜时，的透明薄膜时，条纹如何变化？条纹如何变化？波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人

18、功能1）条纹间距条纹间距 与与 的关系如何？的关系如何？一定时，一定时，d 越大，条纹间距越小，条纹越密集，条纹越窄越大，条纹间距越小，条纹越密集，条纹越窄波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 一定时，若一定时，若 变化，则变化，则 将怎样变化？将怎样变化？2）波长越大，条纹间距越大，条纹越稀疏，条纹越宽波长越大，条纹间距越大，条纹越稀疏，条纹越宽波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九

19、大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 答：答：若用复色光源，则高级的干涉条纹是彩色若用复色光源，则高级的干涉条纹是彩色的。的。在中心白色明纹的两侧附近可看到依稀的彩在中心白色明纹的两侧附近可看到依稀的彩色干涉条纹。色干涉条纹。色散色散叠级叠级3）若用若用白光白光照射时，出现什么情况照射时，出现什么情况？波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4）将屏幕向双缝屏靠近；将屏幕向双缝屏靠近；即缩小即缩小D，条纹间距变小，条纹间距变小相当于波长变短相

20、当于波长变短故条纹间距变小故条纹间距变小介质中的波长介质中的波长5）将整个装置浸入水中；将整个装置浸入水中；以上以上4种情况，条纹级次不变，中央条纹位置不变种情况，条纹级次不变，中央条纹位置不变波动光学波动光学（3535）相干光和双缝干涉）相干光和双缝干涉为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能条纹宽度不变，但条条纹宽度不变，但条纹整体向放置透明薄纹整体向放置透明薄膜的方向移动膜的方向移动【详解详解】必须要引入必须要引入“光程光程”、“光程差光程差”概念概念6）在双缝之一的后面放一折射率为在双缝之一的后面放一折射率为n n的透明薄膜时，的透明薄膜时，条纹如何变化？条纹如何变化？