大学物理学习课件-2波动光学总复习.ppt

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1、波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习光的波动性光的波动性光是横波光是横波光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振光光 是是 电电 磁磁 波波光光光光 程程程程杨杨氏氏双双缝缝干干涉涉薄薄 膜膜 干干 涉涉迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪劈劈 尖尖牛牛顿顿环环单单 缝缝 衍衍 射射圆圆 孔孔 衍衍 射射衍衍 射射 光光 栅栅X 射射 线线 的的 衍衍 射射光光学学仪仪器器分分辨辨率率3 3种偏振态种偏振态种偏振态种偏振态（起偏与检偏）（起偏与检偏）（起偏与检偏）（起偏与检偏）马马 吕吕 斯斯 定定 律律布布 儒儒 斯斯 特特 定定 律律双双 折折 射射 现现

2、象象 波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习一一一一 光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉 1.掌握掌握光程的概念以及光程差和相位差的关光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变.2.能能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置条纹的位置.3.了解了解迈克耳孙干涉仪的工作原理迈克耳孙干涉仪的工作原理.教学基本要求教学基本要求波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉

3、干涉干涉加强加强加强加强 干涉干涉减弱减弱减弱减弱（：光在真空中的波长）：光在真空中的波长）相位差相位差光程差光程差1.（1）光程）光程L=波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例例1 在相同的时间内，一束波长为在相同的时间内，一束波长为 的单色光在空气中和的单色光在空气中和在玻璃中在玻璃中 A)传播的路程相等，走过的光程相等传播的路程相等，走过的光程相等.B)传播的路程相等，走过的光程不相等传播的路程相等，走过的光程不相等.C)传播的路程不相等，走过的光程相等传播的路程不相等，走过的光程相等.D)传播的路程不相等，走过的光程不相等传播的路程不相等，走过的光程不相

4、等（：光在真空中的波长）：光在真空中的波长）相位差相位差光程差光程差1.（1）光程）光程L=C波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习1.（2）半波损失半波损失光从光疏媒质（光从光疏媒质（n1）进入光密媒质（）进入光密媒质（n2）；）；反射光中产生半波损失。反射光中产生半波损失。折射光无半波损失折射光无半波损失!基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉:p平行，等间距，等亮度的条纹平行，等间距，等亮度的条纹波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基

5、本知识点-光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉:p 减弱减弱加强加强条纹间距条纹间距 平行，等间距，等亮度的条纹平行，等间距，等亮度的条纹例：例：11.1波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（2 2 2 2）：）：）：）：如图所示两缝分别被折射率如图所示两缝分别被折射率n1=1.4n1=1.4，n2=1.7n2=1.7的同样厚度的同样厚度d d的薄玻的薄玻璃片遮盖，用单色光璃片遮盖，用单色光480nm480nm照射时，由于盖上玻璃片使原来的干照射时，由于盖上玻璃片使原来的干涉条纹中第五级亮纹移至中央亮纹所在处，求（涉条纹中第

6、五级亮纹移至中央亮纹所在处，求（1 1）干涉条纹向）干涉条纹向何方向移动；（何方向移动；（2 2）玻璃片的厚度）玻璃片的厚度d d为多少？为多少？pn1n1n2n2波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（2 2 2 2）：）：）：）：如图所示两缝分别被折射率如图所示两缝分别被折射率n1=1.4n1=1.4，n2=1.7n2=1.7的同样厚度的同样厚度d d的薄玻的薄玻璃片遮盖，用单色光璃片遮盖，用单色光480nm480nm照射时，由于盖上玻璃片使原来的干照射时，由于盖上玻璃片使原来的干涉条纹中第五级亮纹移至中央亮纹所在处，求（涉条纹中第五级亮纹移至中

7、央亮纹所在处，求（1 1）干涉条纹向）干涉条纹向何方向移动；（何方向移动；（2 2）玻璃片的厚度）玻璃片的厚度d d为多少？为多少？pn1n1n2n2解：解：（1 1）波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（2 2 2 2）：）：）：）：如图所示两缝分别被折射率如图所示两缝分别被折射率n1=1.4n1=1.4，n2=1.7n2=1.7的同样厚度的同样厚度d d的薄玻的薄玻璃片遮盖，用单色光璃片遮盖，用单色光480nm480nm照射时，由于盖上玻璃片使原来的干照射时，由于盖上玻璃片使原来的干涉条纹中第五级亮纹移至中央亮纹所在处，求（涉条纹中第五级亮纹移

8、至中央亮纹所在处，求（1 1）干涉条纹向）干涉条纹向何方向移动；（何方向移动；（2 2）玻璃片的厚度）玻璃片的厚度d d为多少？为多少？pn1n1n2n2解：解：（1 1）中央明纹下移中央明纹下移=0=0跟踪中跟踪中央明纹央明纹波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（2 2 2 2）：）：）：）：如图所示两缝分别被折射率如图所示两缝分别被折射率n1=1.4n1=1.4，n2=1.7n2=1.7的同样厚度的同样厚度d d的薄玻的薄玻璃片遮盖，用单色光璃片遮盖，用单色光480nm480nm照射时，照射时，由于盖上玻璃片使原来的干由于盖上玻璃片使原来的干涉

9、条纹中第五级亮纹移至中央亮纹所在处，涉条纹中第五级亮纹移至中央亮纹所在处，求（求（1 1）干涉条纹向）干涉条纹向何方向移动；（何方向移动；（2 2）玻璃片的厚度）玻璃片的厚度d d为多少？为多少？pn1n1n2n2解：解：解：解：（1 1 1 1）解：解：（2 2）波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉2.薄膜干涉薄膜干涉PLDC34E5A1B2 反反反反射光的光程差射光的光程差根据具体根据具体情况而定情况而定加加 强强减减 弱弱 应用：增透膜，应用：增透膜，增反膜增反膜例：例：11.2波波

10、波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例例3 一束波长为一束波长为 的单色光由空气垂直入射到折射率为的单色光由空气垂直入射到折射率为n的透明的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为薄膜最小的厚度为?反反反反射光的光程差射光的光程差根据具体根据具体情况而定情况而定加加 强强减减 弱弱 应用：增透膜，应用：增透膜，增反膜增反膜例：例：11.2波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（4 4 4 4）：）：）：）：以白光垂直照射到空气中的厚度为

11、以白光垂直照射到空气中的厚度为380nm380nm的肥皂膜上，肥皂水的的肥皂膜上，肥皂水的折射率为折射率为1.331.33，试分析肥皂水膜的正面和背面呈现什么颜色？，试分析肥皂水膜的正面和背面呈现什么颜色？缺级缺级解：解：（1 1）正面：）正面：PLDC34E5A1B2红色红色紫色紫色波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（4 4 4 4）：）：）：）：以白光垂直照射到空气中的厚度为以白光垂直照射到空气中的厚度为380nm380nm的肥皂膜上，肥皂水的的肥皂膜上，肥皂水的折射率为折射率为1.331.33，试分析肥皂水膜的正面和背面呈现什么颜色？，试分

12、析肥皂水膜的正面和背面呈现什么颜色？缺级缺级解：解：PLDC34E5A1B2红色红色紫色紫色（2 2）反面：）反面：波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（4 4 4 4）：）：）：）：以白光垂直照射到空气中的厚度为以白光垂直照射到空气中的厚度为380nm380nm的肥皂膜上，肥皂水的的肥皂膜上，肥皂水的折射率为折射率为1.331.33，试分析肥皂水膜的正面和背面呈现什么颜色？，试分析肥皂水膜的正面和背面呈现什么颜色？缺级缺级解：解：PLDC34E5A1B2（2 2）反面：）反面：绿色绿色波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习

13、习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉2（1）劈劈 尖尖bLD：平行于底边，等间距的直条纹：平行于底边，等间距的直条纹例：例：11.3波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉2（2）牛顿环牛顿环Rdr明环半径明环半径暗环半径暗环半径同心圆环，愈向外：同心圆环，愈向外：愈密集，级次越高愈密集，级次越高波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例例5 若把平凸透镜和平玻璃（折射率为若把平凸透镜和平玻璃（折射率为1.5）制成的牛顿环

14、装置）制成的牛顿环装置搬进水中（折射率为搬进水中（折射率为1.33），则干涉条纹），则干涉条纹A 中心暗环变成明环中心暗环变成明环 B 间距变疏间距变疏C 间距变密间距变密 D 间距不变间距不变2（2）牛顿环牛顿环暗环半径暗环半径波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉2（3）迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪例例6 用迈克尔逊干涉仪测光的用迈克尔逊干涉仪测光的波长，当动臂反射镜移动距离为波长，当动臂反射镜移动距离为d=0.612mm时，观察到干涉条纹时，观察到干涉条纹移动过移动过N=2448条，则

15、光波波长为条，则光波波长为？例例7 在迈克耳孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为在迈克耳孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为n的的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长 ，则薄膜的厚度是？，则薄膜的厚度是？波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习 1.理解理解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响分布的影响.2.理解理解光栅衍射公式光栅衍射公式,会确定光栅衍射谱线的会确定

16、光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响的影响.3.了解了解衍射对光学仪器分辨率的影响衍射对光学仪器分辨率的影响.4.了解了解x射线的衍射现象和布拉格公式的物理意射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义义.二二二二 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射教学基本要求教学基本要求波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射1.1.单缝衍射单缝衍射干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）（个半波带）个半波带）

17、个半波带个半波带中央明纹中心中央明纹中心 个半波带个半波带波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射1.1.单缝衍射单缝衍射 个半波带个半波带 个半波带个半波带：中央明纹最亮，最宽，是其他明纹宽度的两倍。：中央明纹最亮，最宽，是其他明纹宽度的两倍。1中央明纹角宽度中央明纹角宽度干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）中央明纹中心中央明纹中心例：例：11.4波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识

18、点-光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射1.1.单缝衍射单缝衍射：中央明纹最亮，最宽，是其他明纹宽度的两倍。：中央明纹最亮，最宽，是其他明纹宽度的两倍。1中央明纹角宽度中央明纹角宽度讨论：讨论：（1）单缝宽度变化，单缝，透镜上下移动对衍射图样的影响。）单缝宽度变化，单缝，透镜上下移动对衍射图样的影响。（2）单色光）单色光斜入射斜入射，白光入射，衍射图样分布。，白光入射，衍射图样分布。波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例例8 一单缝的宽度一单缝的宽度a=0.4mm,以波长以波长589.3nm的单色光垂直的单色光垂直照射，设透镜的焦距为照射，设透镜的焦距为1m，屏在透

19、镜的焦平面上，求，屏在透镜的焦平面上，求（1）中央衍射明条纹的线宽度。（）中央衍射明条纹的线宽度。（2）第二级明条纹和第）第二级明条纹和第二级暗条纹分别距中央明纹中心的距离。二级暗条纹分别距中央明纹中心的距离。干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）个半波带个半波带中央明纹中心中央明纹中心 个半波带个半波带波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射2.2.光栅衍射光栅衍射讨论：讨论：（1）单缝宽度变化，单缝，透镜上下移动对衍射图样的影响。）单缝宽度变化，单缝，

20、透镜上下移动对衍射图样的影响。（2）单色光斜入射，白光入射，衍射图样分布。）单色光斜入射，白光入射，衍射图样分布。光栅常数光栅常数衍射角衍射角d da ab b（1 1）主极大角位置：主极大角位置：（2 2）缺级）缺级波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射2.2.光栅衍射光栅衍射光栅常数光栅常数衍射角衍射角d da ab b（1 1）主极大角位置：主极大角位置：（2 2）缺级）缺级（3 3）中央明带内的条纹数）中央明带内的条纹数（4 4）斜入射时的光栅方程：斜入射时的光栅方程：细窄、明亮的条

21、纹细窄、明亮的条纹例：例：11.5波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例例9 一束具有两种波长一束具有两种波长 和和 的平行光垂直入射在一光的平行光垂直入射在一光栅上，测得波长栅上，测得波长 的第三极主极大衍射角和的第三极主极大衍射角和 的第四级的第四级主极大衍射角均为主极大衍射角均为 。已知。已知 。试求。试求：（1）光栅常量；光栅常量；（2）波长）波长 。波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（10101010）：）：）：）：一双缝缝距一双缝缝距d=0.40mmd=0.40mm，两缝宽度都是，两缝宽度都是a=0.0

22、8mma=0.08mm，用波长，用波长480nm480nm的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距为的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距为f=2.0mf=2.0m的透镜，的透镜，求（求（1 1）在焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距为多少？）在焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距为多少？（2 2）在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目。）在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目。解：解：（1 1）pf波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（10101010）：）：）：）：一双缝缝距一双缝缝距d=0.40mmd=0.40mm，两缝宽度都是，两缝宽度都

23、是a=0.08mma=0.08mm，用波长，用波长480nm480nm的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距为的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距为f=2.0mf=2.0m的透镜，的透镜，求（求（1 1）在焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距为多少？）在焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距为多少？（2 2）在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目。）在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目。解：解：（1 1）（2 2）中央明带内中央明带内缺级缺级共共9 9条亮纹条亮纹波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的衍射光的衍射

24、光的衍射光的衍射3.3.光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领*光学仪器的通光孔径光学仪器的通光孔径（两光点刚好能分辨）（两光点刚好能分辨）光学仪器分辨率光学仪器分辨率波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例例11 在离地球在离地球 的航天飞船上，航天员用一直径为的航天飞船上，航天员用一直径为D=0.2m的望远镜观察地面，求他所能分辨地球表面上的最、的望远镜观察地面，求他所能分辨地球表面上的最、小距离。（设人眼感光最灵敏的光波长为小距离。（设人眼感光最灵敏的光波长为550nm）光学仪器分辨率光学仪器分辨率波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习

25、习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射4.4.X X射线的衍射射线的衍射-布拉格公式布拉格公式k=0k=0，1 1，22反射光加强条件：反射光加强条件：波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习1.理解理解自然光与偏振光的区别自然光与偏振光的区别;2.理解理解布儒斯特定律和马吕斯定律布儒斯特定律和马吕斯定律;3.了解了解双折射现象双折射现象;4.了解了解线偏振光的获得方法和检验方法线偏振光的获得方法和检验方法.三光的偏振三光的偏振三光的偏振三光的偏振教学基本要求教学基本要求波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复

26、复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振(2)(2)线偏振光的起偏与检偏线偏振光的起偏与检偏1.(1)1.(1)线偏振光线偏振光自然光自然光部分偏振光部分偏振光 起起 偏偏偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振2.2.马吕斯定律马吕斯定律3.3.布儒斯特定律布儒斯特定律玻璃玻璃空气空气反射光为完全偏振光，且振动面垂直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。入射面，折射光为部分偏振光。例例 11

27、.6例例 11.7波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习例（例（例（例（12121212）：）：）：）：若要使线偏振光的光振动方向旋转若要使线偏振光的光振动方向旋转9090度，最少需要几块偏振片度，最少需要几块偏振片？这些偏振片如何放置才能使透射光强最大？这些偏振片如何放置才能使透射光强最大？pn1n1n1n1n2n2n2n2解：解：解：解：（1 1 1 1）解：解：解：解：（2 2 2 2）波波波波 动动动动 光光光光 学学学学 总总总总 复复复复 习习习习基本知识点基本知识点基本知识点基本知识点-光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振4.o4.o、e e光及其特点光及其特点5.5.双折射晶体的光轴、主截面；双折射晶体的光轴、主截面；6.Nicol 6.Nicol 棱镜及其起偏与检偏棱镜及其起偏与检偏 当入射面是主当入射面是主截面时，截面时，o光的振光的振动动垂直垂直主截面；主截面；e 光的振动光的振动平行平行于主于主截面截面.光轴光轴 光光 光光