《波动光学总结》PPT课件.ppt

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1、第十一章第十一章 波动光学小结波动光学小结1，重点内容总结，重点内容总结2，典型例题详解，典型例题详解3，课堂练习，课堂练习1波动光学波动光学光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振杨氏杨氏双缝干涉双缝干涉薄膜薄膜干涉干涉等倾干涉等倾干涉 等厚干涉等厚干涉增透膜增透膜增反膜增反膜劈尖膜劈尖膜牛顿环牛顿环夫琅夫琅禾费衍射禾费衍射单缝衍射单缝衍射光栅衍射光栅衍射偏振光偏振光的获得的获得偏振片偏振片的起偏的起偏检偏检偏反射起偏反射起偏布儒斯特布儒斯特定律定律马吕斯马吕斯定律定律2一、光的干涉一、光的干涉1.光程差：光程差：相位差和光程差的关系：相位差和光程差的关系：32.2.杨氏双缝干涉杨氏

2、双缝干涉明纹明纹 暗纹暗纹 条纹间距条纹间距3.3.薄膜干涉薄膜干涉考虑半波损失考虑半波损失垂直入射：垂直入射：i044.4.等厚条纹等厚条纹(1)(1)劈尖劈尖(2)(2)牛顿环牛顿环 第第m个个暗环半径暗环半径5.5.迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪第第m个个明环半径明环半径51.1.单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射暗纹暗纹明纹明纹(中心中心)2.2.光学仪器的最小分辨角光学仪器的最小分辨角3.3.光栅方程光栅方程明纹明纹(主明纹主明纹)条件：条件：明纹缺级级次：明纹缺级级次：二、光的衍射二、光的衍射6三、光的偏振三、光的偏振1.1.马吕斯定律马吕斯定律2.2.布儒斯特定律布儒斯特定律自然

3、光获得偏振光：自然光获得偏振光：71杨氏双缝实验杨氏双缝实验2 等倾干涉等倾干涉3 劈尖膜劈尖膜4 牛顿环牛顿环5 单缝衍射单缝衍射6 光栅衍射光栅衍射7 光的偏振光的偏振七个重要知识点七个重要知识点选择，选择，填空，填空，简答题简答题大题大题81 杨氏双缝实验杨氏双缝实验1.1.一个屏上有两条间隔为一个屏上有两条间隔为0.100 mm 0.100 mm 的缝，距观察屏的缝，距观察屏为为1.20 m1.20 m。有一波长为。有一波长为500 nm500 nm的光垂直入射到双缝。的光垂直入射到双缝。屏上相邻两明纹之间的距离为屏上相邻两明纹之间的距离为 6mm 若波长换为若波长换为700 nm70

4、0 nm，则屏上相邻两明纹之间的距离则屏上相邻两明纹之间的距离为为8.4mm92.2.一双缝干涉实验中，两缝间距为一双缝干涉实验中，两缝间距为0.20 mm0.20 mm，在，在1.0 m 1.0 m 远处测得第远处测得第3 3级明纹与中央明纹之间的距离为级明纹与中央明纹之间的距离为7.5 mm7.5 mm，则所用的光的波长为则所用的光的波长为500nm明纹明纹103.3.一双缝装置的一个缝被折射率为一双缝装置的一个缝被折射率为1.601.60的薄塑料片所遮盖，的薄塑料片所遮盖，入射光波长为入射光波长为640 nm640 nm。在塑料片插入后，屏上原来中央明。在塑料片插入后，屏上原来中央明纹极

5、大点，现在变为暗纹。则塑料片的最小厚度纹极大点，现在变为暗纹。则塑料片的最小厚度xxxxxx解：厚度为解：厚度为e，折射率为，折射率为n的薄膜插入前后，引起光程差的改变为的薄膜插入前后，引起光程差的改变为111 杨氏双缝实验：杨氏双缝实验：（1）条纹间距条纹间距（2）屏上明（或暗）纹的位置）屏上明（或暗）纹的位置（3）光程差改变后，屏上条纹的变化）光程差改变后，屏上条纹的变化明纹明纹 暗纹暗纹 光的光的干涉干涉：关键求：关键求光程差光程差122 等倾干涉（薄膜干涉）：增透膜，增反膜厚度的计算等倾干涉（薄膜干涉）：增透膜，增反膜厚度的计算例例.折射率为折射率为 ，厚度为，厚度为e的透明介质薄膜的

6、上方和下的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别方的透明介质的折射率分别 ，且且 ；若用波长为；若用波长为 的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上，下两表面反射的光束的光程差为（从薄膜上，下两表面反射的光束的光程差为（）：）：B13例例.一片平玻璃（一片平玻璃（n=1.51)表面附有一层酒精膜（表面附有一层酒精膜（n1.36）。今用一波长连续可调的单色光，垂直照射酒精膜）。今用一波长连续可调的单色光，垂直照射酒精膜面。当面。当波长为波长为512 nm512 nm时，反射光干涉相消，当波长为时，反射光干涉相消，当波长为640 nm640 nm时，时，

7、反射光干涉相长。此膜的厚度为反射光干涉相长。此膜的厚度为470.58nm分析分析：首先判断有无半波损失：首先判断有无半波损失无半波损失无半波损失142 等倾干涉：等倾干涉：增透膜，增反膜厚度的计算增透膜，增反膜厚度的计算1.首先判断有无半波损失首先判断有无半波损失解题步骤：解题步骤：无半波损失无半波损失有半波损失有半波损失2.透射光减弱，即反射光加强；透射光减弱，即反射光加强；透射光增强，即反射光减弱。透射光增强，即反射光减弱。15例例.波长为波长为670 nm670 nm的光垂直入射到折射率为的光垂直入射到折射率为1.331.33的劈尖膜的劈尖膜上，可以看到上，可以看到2626条明纹和条明纹

8、和2525条暗纹（不包括棱边），条暗纹（不包括棱边），此膜的厚度为此膜的厚度为3 劈尖膜劈尖膜分析分析：25条暗纹，条暗纹，m25暗纹条件暗纹条件26条明纹，条明纹，m26明纹条件明纹条件164 牛顿环牛顿环第第m个个暗环半径暗环半径第第m个个明环半径明环半径（1）牛顿环半径与平凸透镜曲率半径，膜厚度的关系）牛顿环半径与平凸透镜曲率半径，膜厚度的关系（2）光程差）光程差（3）174 牛顿环牛顿环例例.用紫色光观察牛顿环时，测得第用紫色光观察牛顿环时，测得第m m级暗环的半径为级暗环的半径为4 mm4 mm第第m m5 5级暗环的半径为级暗环的半径为6 mm6 mm，所用的平凸透镜的曲率半径，所

9、用的平凸透镜的曲率半径R R为为10 m10 m，紫光的波长和级数分别为，紫光的波长和级数分别为400nm,4400nm,4分析分析：牛顿环暗环半径为：牛顿环暗环半径为：185 单缝衍射单缝衍射暗纹暗纹明纹明纹(中心中心)（2）屏上明暗条纹的位置屏上明暗条纹的位置光的光的衍射衍射：关键求：关键求衍射角衍射角（1）明暗条纹所对应的）明暗条纹所对应的衍射角衍射角满足条件：满足条件：191.1.单缝的宽度为单缝的宽度为0.4mm0.4mm，以波长，以波长589nm589nm的单色光垂直入射的单色光垂直入射设透镜焦距为设透镜焦距为1.0m1.0m，求：，求：（1 1）第一级暗纹距中心的距离；）第一级暗

10、纹距中心的距离；（2 2）第二级明纹距中心的距离。）第二级明纹距中心的距离。解：解：（1）由单缝衍射的暗纹条件：）由单缝衍射的暗纹条件：得：得：则第一级（则第一级（m=1）暗纹距中心的距离为）暗纹距中心的距离为（2）由单缝衍射的明纹条件：）由单缝衍射的明纹条件：得：得：则第二级（则第二级（m=2）明纹距中心的距离为）明纹距中心的距离为202.2.波长为波长为400nm400nm的单色平行光的单色平行光(垂直入射垂直入射)缝宽为缝宽为0.0655mm0.0655mm的单缝。紧靠缝后放置焦距为的单缝。紧靠缝后放置焦距为3.50m3.50m的会聚透镜，的会聚透镜，(观察屏观察屏位于焦平面上位于焦平面

11、上)。试求屏上中央明纹的宽度。试求屏上中央明纹的宽度。解：解：单缝衍射的中央明纹的宽度由两个第一级暗纹中心确定单缝衍射的中央明纹的宽度由两个第一级暗纹中心确定4.28cm4.28cm213.3.波长为波长为689nm689nm的单色光垂直入射到一单缝上。若在中央的单色光垂直入射到一单缝上。若在中央明纹两侧的两条第一条明纹之间的夹角为明纹两侧的两条第一条明纹之间的夹角为38,求单缝的宽度。求单缝的宽度。解：解：由单缝衍射的明纹公式：由单缝衍射的明纹公式：将将 m=1，代入上式，可得代入上式，可得224.4.在单缝夫琅禾费衍射实验装置中，单缝宽度为在单缝夫琅禾费衍射实验装置中，单缝宽度为0.50m

12、m,0.50mm,透镜焦距为透镜焦距为50cm50cm。若用平行白光垂直照射单缝，在观察。若用平行白光垂直照射单缝，在观察屏上离中心屏上离中心1.5mm1.5mm处出现明条纹，试问此明纹呈现什么处出现明条纹，试问此明纹呈现什么颜色？颜色？解：解：单缝衍射的明纹公式：单缝衍射的明纹公式：又因为又因为故有故有取取红外看不见红外看不见黄色黄色紫色紫色紫外看不见紫外看不见故此明纹呈紫黄色故此明纹呈紫黄色练习：练习：236 光栅衍射光栅衍射明纹明纹(主明纹主明纹)条件：条件：（2 2）明纹缺级级次：）明纹缺级级次：（1）光栅方程光栅方程245.一一平平面面衍衍射射光光栅栅宽宽2cm,共共有有8000条条

13、缝缝，用用钠钠黄黄光光（589.3 nmnm）垂垂直直入入射射，试试求求出出可可能能出出现现的的各各个个主主极极大对应的衍射角。大对应的衍射角。解：解：由光栅方程由光栅方程 256.一双缝，缝距一双缝，缝距d=0.40mm,两缝宽度都是两缝宽度都是a=0.080 mm,用波长为用波长为=480nm的平行光垂直照射双缝，在双逢后放的平行光垂直照射双缝，在双逢后放一焦距一焦距f=2.0m的透镜。求：（的透镜。求：（1 1）在透镜焦平面处的屏）在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距。（上，双缝干涉条纹的间距。（2 2）在单缝衍射中央亮纹）在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目范围内的双缝干涉亮

14、纹数目N N和相应的级数。和相应的级数。解：解：双缝干涉条纹：双缝干涉条纹：（1）第）第 m 级亮纹条件：级亮纹条件：第第 m 级亮纹位置：级亮纹位置：相邻两亮纹的间距：相邻两亮纹的间距：266.一一双双缝缝，缝缝距距d=0.40mm,两两缝缝宽宽度度都都是是b=0.080 mm,用用波波长长为为=4800 的的平平行行光光垂垂直直照照射射双双缝缝，在在双双逢逢后后放放一一焦焦距距f=2.0m的的透透镜镜。求求：（1 1）在在透透镜镜焦焦平平面面处处的的屏屏上上，双双缝缝干干涉涉条条纹纹的的间间距距。（2 2）在在单单缝缝衍衍射射中中央央亮亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目纹范围内的双缝干涉亮纹数目

15、N N和相应的级数。和相应的级数。（2 2）第第1级衍射暗纹：级衍射暗纹：第第 m 级干涉明纹：级干涉明纹：亮纹数目亮纹数目9：277.一一衍衍射射光光栅栅，每每厘厘米米有有200条条透透光光缝缝，每每条条透透光光缝缝宽宽为为 ，在在光光栅栅后后放放一一焦焦距距f=1m的的凸凸透透镜镜，现现以以=600nm 的的单单色色平平行行光光垂垂直直照照射射光光栅栅，求求：（1 1）透射缝）透射缝b的单缝衍射中央明纹宽度为多少？的单缝衍射中央明纹宽度为多少？（2 2）在该宽度内，有几个光栅衍射主极大？）在该宽度内，有几个光栅衍射主极大？解（1）当当x f 时，时，取取m=1 中央明纹宽度为中央明纹宽度为

16、 取取 共有共有 等等5个主极大个主极大。（2）单缝衍射极小：单缝衍射极小：练习：练习：281级级1级级白光白光2级级2级级 d、m 确定，波长不同，衍射角不同确定，波长不同，衍射角不同光栅光谱光栅光谱29入射光为入射光为白光白光时，形成时，形成彩色光谱彩色光谱.衍射光谱衍射光谱一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱308.8.用含波长从用含波长从400nm400nm至至750nm750nm的白光垂直入射一块每厘米刻有的白光垂直入射一块每厘米刻有78007800条条刻线的光栅，屏距透镜刻线的光栅，屏距透镜2.80m2.80m。求屏上第一级衍射光谱的宽度。求屏上第一级衍射光谱的宽度。解

17、：解：光栅常数：光栅常数：由光栅方程：由光栅方程：在在 的第一级明纹处衍射角为：的第一级明纹处衍射角为：在在 的第一级明纹处衍射角为：的第一级明纹处衍射角为：在屏上的位置：在屏上的位置：在屏上的位置：在屏上的位置：所以屏上第一级衍射光谱的宽度：所以屏上第一级衍射光谱的宽度：1.1m317 光的偏振光的偏振9.使自然光通过两个偏振化方向相交使自然光通过两个偏振化方向相交60的偏振片，透射的偏振片，透射光强为光强为 ，今在这两个偏振片之间插入另一偏振片，它，今在这两个偏振片之间插入另一偏振片，它的方向与前两个偏振片均为的方向与前两个偏振片均为30角，则透射光强为多少？角，则透射光强为多少？解：解：入射光通过偏振片入射光通过偏振片I和和II后，透射光强为：后，透射光强为：插入偏振片插入偏振片III后，其透射光强为后，其透射光强为两式相比可得两式相比可得32