大学物理_光的干涉_PPT.ppt

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1、1.波的干涉、衍射是波动的重要特征，是波在空间波的干涉、衍射是波动的重要特征，是波在空间迭加的结果。迭加的结果。波的迭加波的迭加非相干非相干I=I1+I2相干相干相干条件相干条件必要条件：必要条件：补充条件：补充条件：一、光的干涉一、光的干涉光程差：光程差：n1r1n2 r2 同频同频,同振向同振向,相位差恒定相位差恒定;相位差：相位差：明纹明纹暗纹暗纹 k=0,1,22.干涉加强与减弱的条件干涉加强与减弱的条件透镜不会带来附加的光程差。透镜不会带来附加的光程差。半波损失半波损失当光从光疏介质当光从光疏介质(n小小)射向光密介质射向光密介质(n大大)时，反射光有半波损失。时，反射光有半波损失。

2、即两即两反射光反射光之间有附加相位差之间有附加相位差或光程差或光程差3.获得相干光的方法获得相干光的方法分波前法分波前法扬氏双缝扬氏双缝菲涅尔双镜菲涅尔双镜洛埃镜洛埃镜分阵幅法分阵幅法等倾干涉等倾干涉等厚干涉等厚干涉光栅光栅光程差每改变一个波长，条纹移动一级光程差每改变一个波长，条纹移动一级扬氏扬氏双缝双缝干涉干涉特点特点:等间距等间距4.典型干涉典型干涉明纹明纹暗纹暗纹k=0.1.2*SS2*S1k=+1k=-2k=+2k=0k=-1Ix劈尖劈尖垂直入射时垂直入射时k 明纹明纹暗纹暗纹若为若为斜入射斜入射，或或 e由由求出求出注意求改变量注意求改变量、L等，充介质前后等，充介质前后e、L、变

3、化等变化等薄膜干涉薄膜干涉 e定，定，i变，等倾变，等倾i 定，定，e变，等厚变，等厚ek+1ek l牛顿环牛顿环erR迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪图样特点，图样特点，r、R、e、k各量含义各量含义例例1：单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面反射单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚度为的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚度为e，且且n1n3，1为入射光在为入射光在n1中的波长，则两束反射光的光中的波长，则两束反射光的光程差为程差为A2n2eB2n2e 1/(2n1)C2n2e 1n1/2D2n2e 1n2/2答：答：Cn1n2n3入入射射光光

4、反射光反射光1反射光反射光2e例例2：如图所示，如图所示，S1和和S2为两个同相的相干点光源，从为两个同相的相干点光源，从S1和和S2到观察点到观察点P的距离相等，的距离相等，即即S1PS2P。相干光束相干光束1和和2分别穿过分别穿过折折射率为射率为n1和和n2、厚度皆为厚度皆为t的透明薄片，它们的透明薄片，它们的光程差为的光程差为PS1S2n2n112(n2n1)ten1n2n3例例3：如图：如图n1n2n3,则两束反射光在相遇点的则两束反射光在相遇点的位相差位相差为为A4 n2e/B2 n2e/C4 n2e/+D2 n2e/答：答：A例例4：如图所示，两缝：如图所示，两缝S1和和S2之间的

5、距离为之间的距离为d，媒质的折射媒质的折射率为率为n=1，平行单色光斜入射到双缝上，入射角为平行单色光斜入射到双缝上，入射角为，则，则屏幕上屏幕上P点处，两相干光的光程差为点处，两相干光的光程差为 dPor1r2例例5：如图所示，假设有两个同相的相干点光源如图所示，假设有两个同相的相干点光源S1和和S2，发发出波长为出波长为 的光。的光。A是它们连线的中垂线上的一点。若在是它们连线的中垂线上的一点。若在S1与与A之间插入厚度为之间插入厚度为e、折射率为折射率为n的薄片，则两光源发的薄片，则两光源发出的光在出的光在A点的位相差点的位相差；若已知；若已知 5000，n=1.5，A点恰为第四级明纹中

6、心，则点恰为第四级明纹中心，则e=ns1s2Ae解：解：例例6：用波长为用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖上，从反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，距顶点为射光中观察干涉条纹，距顶点为L处是暗条纹，使劈尖角处是暗条纹，使劈尖角 连续变大，直到该点处再次出现暗条纹为止。劈尖角的连续变大，直到该点处再次出现暗条纹为止。劈尖角的改变量改变量是是。L 解：解：例例7：在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，插入一块折射：在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，插入一块折射率为率为n，厚度为厚度为d的透明薄片。插入这块薄片使这条光路的的透明薄片。插入这块薄片使这条光路的光程改变了光程改变了2(n1)d

7、例例8：若在迈克尔逊干涉仪的可动反射镜：若在迈克尔逊干涉仪的可动反射镜M移动移动0.620mm的过程中，观察到干涉条纹移动了的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用光波的条，则所用光波的波长为波长为例例9.如如图图，S1、S2是是两两个个相相干干光光源源，它它们们到到P点点的的距距离离分分别别为为r1和和r2路路径径S1P垂垂直直穿穿过过一一块块厚厚度度为为t1，折折射射率率为为n1的的介介质质板板，路路径径S2P垂垂直直穿穿过过厚厚度度为为t2，折折射射率率为为n2的的另另一一介介质质板板，其其余余部部分分可可看看作作真真空空，这这两两条路径的光程差等于条路径的光程差等于A.B.C.

8、D.答：答：B例例10.如如图图所所示示，两两个个直直径径有有微微小小差差别别的的彼彼此此平平行行的的滚滚柱柱之之间间的的距距离离为为L，夹夹在在两两块块平平晶晶的的中中间间，形形成成空空气气劈劈形形膜膜，当当单单色色光光垂垂直直入入射射时时，产产生生等等厚厚干干涉涉条条纹纹如如果果滚滚柱柱之之间间的的距距离离L变变小小，则则在在L范范围围内内干干涉条纹的涉条纹的(A)数目减少，间距变大数目减少，间距变大(B)数目不变，间距变小数目不变，间距变小(C)数目增加，间距变小数目增加，间距变小(D)数目减少，间距不变数目减少，间距不变答：答：BLL dbd不变不变当当L减小时，减小时，增大增大L、b

9、均减小均减小解：解：例例11双双缝缝干干涉涉实实验验装装置置如如图图所所示示，双双缝缝与与屏屏之之间间的的距距离离D120cm，两两缝缝之之间间的的距距离离d0.50mm，用用波波长长l l500nm(1nm=109m)的的单单色色光光垂垂直直照照射射双双缝缝(1)求求原原点点O(零零级级明明条条纹纹所所在在处处)上上方方的的第第五五级级明条纹的坐标明条纹的坐标x(2)如如果果用用厚厚度度l1.0102mm，折折射射率率n1.58的的透透明明薄薄膜膜覆覆盖盖在在图图中中的的S1缝缝后后面面，求求上上述述第第五级明条纹的坐标五级明条纹的坐标x=19.9mm解：解：(1)dx/D kl lxDkl

10、 l/d=(12005500106/0.50)mm=6.0mm(2)从几何关系，近似有从几何关系，近似有 r2r1有透明薄膜时，两相干光线的光程差有透明薄膜时，两相干光线的光程差d d=r2(r1l+nl)=r2r1(n1)l 对零级明条纹上方的第对零级明条纹上方的第k级明纹有级明纹有零级上方的第五级明条纹坐标零级上方的第五级明条纹坐标如图半导体测硅片表面氧化膜，腐蚀成劈尖形，用如图半导体测硅片表面氧化膜，腐蚀成劈尖形，用钠光钠光 5893照射，在氧化膜表面恰好看到五个明照射，在氧化膜表面恰好看到五个明纹。求（纹。求（1）最大膜厚）最大膜厚emax；（；（2）若若e=0.6 m用绿用绿光光 5

11、50nm，可见几条亮纹？可见几条亮纹？解（解（1）无半波损失无半波损失氧化膜氧化膜硅硅k=0,1,2,.因为可见因为可见5条明纹，所以条明纹，所以k4例例12：（2）所以所以k=3可见四条亮条纹可见四条亮条纹例例13:已知已知erR解：如图解：如图又又求反射光形成的各暗环半径求反射光形成的各暗环半径例例14:在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，屏屏幕幕E上上的的P点点处处是是明明条条纹纹若若将将缝缝S2盖盖住住，并并在在S1 S2连连线线的的垂垂直直平平分分面面处放一高折射率介质反射面处放一高折射率介质反射面M，如图所示，则此时如图所示，则此时(A)P点处仍为明条纹点处仍为明条纹(B)P点处为暗

12、条纹点处为暗条纹(C)不能确定不能确定P点处是明条纹还是暗条纹点处是明条纹还是暗条纹(D)无干涉条纹无干涉条纹答：答：B例例15:在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若单单色色光光源源S到到两两缝缝S1、S2距距离离相相等等，则则观观察察屏屏上上中中央央明明条条纹纹位位于于图图中中O处处现将光源现将光源S向下移动到示意图中的向下移动到示意图中的S 位置，则位置，则 (A)中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变(B)中央明条纹向上移动，且条纹间距不变中央明条纹向上移动，且条纹间距不变(C)中央明条纹向下移动，且条纹间距增大中央明条纹向下移动，且条纹间距增大(D)

13、中央明条纹向上移动，且条纹间距增大中央明条纹向上移动，且条纹间距增大 答答:B例例16:在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，波波长长l l550nm的的单单色色平平行行光光垂垂直直入入射射到到缝缝间间距距a2104m的的双双缝缝上上，屏屏到到双缝的距离双缝的距离D2m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)用用一一厚厚度度为为e6.6105m、折折射射率率为为n1.58的的玻玻璃璃片片覆覆盖盖一一缝缝后后，零零级级明明纹纹将将移移到到原原来来的的第第几几级明纹处？级明纹处？(1nm=109m)解：解：(1)x20Dl l/a0.11m(

14、2)覆盖云玻璃后，零级明纹应满足覆盖云玻璃后，零级明纹应满足(n1)er1r2设不盖玻璃片时，此点为第设不盖玻璃片时，此点为第k级明纹，则应有级明纹，则应有r2r1kl l 所以所以(n1)e=kl l k(n1)e/l l6.967零级明纹移到原第零级明纹移到原第7级明纹处级明纹处例例17:在在图图示示的的双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若用用薄薄玻玻璃璃片片(折折射射率率n11.4)覆覆盖盖缝缝S1，用用同同样样厚厚度度的的玻玻璃璃片片(但但折折射射率率n21.7)覆覆盖盖缝缝S2，将将使使原原来来未未放放玻玻璃璃时时屏屏上上的的中中央央明明条条纹纹处处O变变为为第第五五级级明明纹纹设设单

15、单色色光光波波长长l l480nm(1nm=109m)，求求玻玻璃璃片片的的厚厚度度d(可可认认为为光光线线垂垂直直穿过玻璃片穿过玻璃片)解：解：原来，原来，d d=r2r1=0覆盖玻璃后，覆盖玻璃后，d d(r2+n2dd)(r1+n1dd)5l l(n2n1)d5l l=8.0106m例例18:在双缝干涉实验中，单色光源在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝到两缝S1和和S2的距离分别为的距离分别为l1和和l2，并且并且l1l23l l，l l为入射为入射光的波长，双缝之间的距离为光的波长，双缝之间的距离为d，双缝到屏幕的距双缝到屏幕的距离为离为D(Dd)，如图求：如图求：(1)零级明纹到屏幕中央零级明纹到屏幕中央O点的距离点的距离(2)相邻明条纹间的距离相邻明条纹间的距离解：解：(1)如图，设如图，设P0为零级明纹中心为零级明纹中心则则(l2+r2)-(l1+r1)=0r2r1=l1l2=3l l(2)在屏上距在屏上距O点为点为x处处,光程差光程差明纹条件明纹条件在此处令在此处令k0，即为即为(1)的结果相邻明条纹间距的结果相邻明条纹间距