光的干涉学习.pptx

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1、Plato的观点，正确or错误？第1页/共77页光由光源发出第2页/共77页ParticleOrWave?第3页/共77页Newton的粒子说颜色解释第4页/共77页反射解释折射解释第5页/共77页微粒说的困难微粒在介质中并没有走的更快。颜色的解释没有实验能够证明，第6页/共77页两束光相交第7页/共77页影子边缘模糊第8页/共77页Huygens的wave理论反射的解释折射的解释第9页/共77页波前与子波影子边缘模糊的解释第10页/共77页惠更斯原理能够解释光线传至障碍物背后的物理现象第11页/共77页惠更斯的理论表明：光似乎是波但如何证明光是波呢？波的典型特征是什么？第12页/共77页13

2、一、波的双缝干涉一、波的双缝干涉*机械波知识回顾机械波知识回顾*机械波干涉条件机械波干涉条件：频率频率相同，振动方向相同，位相差恒定相同，振动方向相同，位相差恒定水波的干涉水波的干涉第13页/共77页14观察：r2-r1为定值意味着什么？距离之差为常数？第14页/共77页波的双缝干涉图样波的双缝干涉图样为一族双曲线为一族双曲线干涉图样，即振幅最大值以及振幅最小值出现的位置。第15页/共77页S1S2问题：沿哪个方向能看见振幅的最大值？问题：沿哪个方向能看见振幅的最大值？第16页/共77页第17页/共77页相消干涉相消干涉同理，振幅最小值意味着：沿此方向可以看见振幅最小值。第18页/共77页相长

3、相消以声音为例子，波速为330m/s，频率为500Hz同频率的声源相距d=2m哪些方向的同学能听到加强的声音，哪些方向的同学会完全听不到声音呢？动画第19页/共77页声音最强的方向：完全听不到声音的方向：坐在后排的同学，哪些位置听到的声音加强，哪些位置会减弱呢？第20页/共77页S221S1dx0波波源源远处远处屏幕屏幕L当且仅当当且仅当很小时很小时相长干涉相长干涉第21页/共77页相消干涉相消干涉以声音为例子，波长0.66m,两个声源距离d=2m，后排同学距离声源L=10m。第22页/共77页L=10mSilent与Loud的位置等间距分布。波长0.66m,d=2m第23页/共77页波峰与波

4、峰同时到达，相长干涉波峰与波谷同时到达，相消干涉声音+声音=安静！光+光=黑暗？第24页/共77页托马斯-杨：光的双缝干涉实验第25页/共77页26杨氏双缝实验托马斯托马斯杨杨光加光能够产生黑暗光加光能够产生黑暗第26页/共77页27明纹明纹相长干涉相长干涉暗纹暗纹相消干涉相消干涉条纹间距条纹间距以红光为例以红光为例0th1st1st第27页/共77页28频率相同、振动方向相同、位相差恒定;机械波机械波的干涉过渡到光的干涉的干涉过渡到光的干涉相干波源相干波源 相干光源相干光源 普通光源一般不普通光源一般不能直接产生相干光能直接产生相干光。普通光源普通光源较简单的发光机制是原子跃迁发光：较简单的

5、发光机制是原子跃迁发光：什么是发光？第28页/共77页292 2、如何、如何获取相干光获取相干光获取相干光的方法有：分割波阵面法：分割波阵面法：分割振幅法：分割振幅法：3 3、光程与光程差、相位差、光程与光程差、相位差第29页/共77页波程波程 光程光程折射率折射率n n与与L L的乘积的乘积n L为光程为光程。第30页/共77页31同频率的两个波源同频率的两个波源的的相位差相位差的定义为：的定义为：两个波源的光程两个波源的光程差差的定义为：的定义为：真空波长真空波长例如，=540nm的光在空气中，水中，走1m的距离。其实就是同相的第31页/共77页32相干长度能够产生干涉现象的最大光程差称为

6、相干长度,相干长度等于波列的长度。光程差大于光程差大于相干长度就相干长度就没有干涉现没有干涉现象发生。象发生。第32页/共77页33杨氏双缝干涉的拓展1、若将双缝干涉的实验装置放入水中？！条纹会发生如何变化？利用杨氏双缝干涉实验可以测量介质密度。第33页/共77页杨氏双缝干涉实验的拓展1斜入射的光的双缝干涉会怎样？正入射的零级光斜入射的零级光第34页/共77页35思路1：先求出原来的中心位置是多少级条纹是半波长的多少倍？原中心处是31级暗纹第35页/共77页条纹间距，不会因斜入射而改变！第36页/共77页37思路2：已知正入射和斜入射的零级明纹位置，故正入射的零级光斜入射的零级光S第37页/共

7、77页两个双缝初始相位不同，即可等价于斜入射。如：测量相对论效应的迈克尔逊-莫雷干涉仪利用双缝干涉条纹测量未知物体的折射率。SS第38页/共77页39如图,在杨氏双缝实验中,已知双缝间距离为0.60mm，缝和屏幕相距1.50m，若测得相邻明条纹间得距离为1.50mm.(1)求入射光的波长(2)若以折射率n=1.30，厚度L0.01mm的透明薄膜遮住其中的一缝，条纹将上移多少距离？原来的中央明纹处，将变为第几级明条纹？随堂练习1解解:(1)由由x/d，得得xd/1.5010-30.6010-3/1.50 6.0010-7(m)600(nm)S1S2r1r2第39页/共77页40第40页/共77页

8、第41页/共77页杨氏双缝干涉表现了光的最基本的性质若用太阳光做实验，能观察到什么结果？杨氏双缝干涉拓展三：第42页/共77页43白光的双缝干涉白光的双缝干涉白光的波长范围白光的波长范围 400nm-760nm红光红光紫光紫光波长越小，条纹越密集波长越小，条纹越密集760nm400nm当当n级红光明纹位置大于级红光明纹位置大于(n+1)级紫光条纹位置时会发级紫光条纹位置时会发生光谱重叠生光谱重叠第43页/共77页杨氏双缝干涉拓展四：劳埃德镜与半波损失实际实际光源光源虚光源虚光源反射镜反射镜x第44页/共77页45实际实际光源光源虚光源虚光源反射镜反射镜实际光源实际光源半波损失半波损失半波损失：

9、光从空气经镜面反射时，反射光光程要改半波损失：光从空气经镜面反射时，反射光光程要改变变/2明纹明纹结论与杨氏干涉恰好相反。结论与杨氏干涉恰好相反。所以，劳埃德镜的中央暗纹验证了反射点存在半波损失。所以，劳埃德镜的中央暗纹验证了反射点存在半波损失。x另一种干涉装置：劳埃德镜另一种干涉装置：劳埃德镜暗纹暗纹中央为暗纹中央为暗纹第45页/共77页半波损失是所有波的共同特性46第46页/共77页47突然刹车！第47页/共77页48薄膜薄膜前后媒质的折射率不相同前后媒质的折射率不相同时时 n n1 1 n n n n2 2 n n1 1 n n n n2 2 n n n n1 1、n n n n2 2

10、n n n n1 1、n n n n2 2 则光线则光线近似垂直入射时，两条反近似垂直入射时，两条反射光的光程差射光的光程差21 21=？n n1 1n nn n2 21 1 2 2e思考：哪些情况需要考虑半波损失呢？第48页/共77页49单色光的薄膜干涉光照射到透明薄膜上，在膜的前后表面都会反射，反射光线1和2相遇后叠加，产生干涉，这种现象称为薄膜干涉(film interference)。反射光反射光1 1和和2 2干涉加强或干涉加强或减弱的条件减弱的条件?第49页/共77页n n1 1n nn n2 21 1 2 2e假定入射角很小，则近似垂直入射，两反射光光程差为：半波损失反射光是增强

11、还是减弱，与厚度e有关。第50页/共77页n n1 1n nn n2 21 1 2 2e假定左右两边是空气，中间是肥皂泡（n=1.33），厚度e为多少，可以使得反射光增强？厚度e为多少可以使得透射光增强(即反射光消失)？假设光波长为600nm？1反射光增强=透射光消失反射光光程差这个式子告诉我们，不同的厚度都能使反射光增强。第51页/共77页使反射光增强的最小厚度是多少呢？增反膜2反射光消失=透射光增强不同的厚度都能使反射光减弱。增透膜第52页/共77页增透膜的应用增透膜还是增反，取决于半波损失是否存在。第53页/共77页54n n随高度的逐渐增加，干涉条纹将出现明纹与暗纹劈尖干涉，牛顿环尖端

12、为尖端为暗纹。暗纹。中心为暗环第54页/共77页什么是颜色？是物体的颜色，还是光的颜色？如何看见光的颜色？没看见的光有颜色吗？你看见的红色与我看见的红色，是同一个红色吗？！第55页/共77页通过干涉使光的颜色可见。颜色排布是否有规律？第56页/共77页n n1 1n nn n2 21 1 2 2e薄膜干涉与颜色反射光消失的条件一个厚度对应抵消一个波长颜色排布顺序如何？第57页/共77页白-绿=红+蓝=？白-蓝=红+绿=？白-红=蓝+绿=？思考如果绿色的光被抵消了，将得到什么颜色？第58页/共77页白光的波长范围白光的波长范围 400nm-760nm假设厚度从上往下逐渐增加厚度为0所有光都消失厚

13、度增加非可见光消失蓝光消失绿光消失红光消失非可见光消失第59页/共77页60紫红色紫红色青色青色黄色黄色中心暗纹中心暗纹一级明纹一级明纹黄色黄色紫红色紫红色青色青色二级明纹二级明纹第60页/共77页61如何分析薄膜干涉：如何分析薄膜干涉：第61页/共77页迈克尔逊干涉仪实验中最重要的干涉装置第62页/共77页移动M2可看见圆环的吞吐迈克尔逊干涉仪第63页/共77页64光的干涉总结从从光程差或者相位差判断明纹暗纹光程差或者相位差判断明纹暗纹光程光程光程差光程差相位差相位差第64页/共77页651、杨氏双缝干涉（分波前干涉）、杨氏双缝干涉（分波前干涉）明纹与暗纹明纹与暗纹的方向的方向明纹明纹相长干

14、涉相长干涉暗纹暗纹相消干涉相消干涉条纹间距条纹间距因为存在半波损失，劳埃德镜中心为暗纹。因为存在半波损失，劳埃德镜中心为暗纹。第65页/共77页2、薄膜干涉、薄膜干涉计算增计算增透膜或者增反膜透膜或者增反膜反射波的增强等效于透射波的减弱；反射波的增强等效于透射波的减弱；反射波的减弱等效于透射波的增强。反射波的减弱等效于透射波的增强。3、了解了解劈尖干涉，牛顿环与迈克尔逊干涉仪劈尖干涉，牛顿环与迈克尔逊干涉仪这三个知识点只需要了解其原理，不需要具体计算第66页/共77页相关习题例12；讨论题：16-15；习题16-13，16-69PPT上所有习题第67页/共77页后记量子光学光真的是波吗？以太学

15、说的否定光电效应光不需要介质就能传输能量不连续康普顿效应光与粒子发生碰撞第68页/共77页不仅仅是光，任何物体都同时具有波与粒子的属性，即波粒二象性。第69页/共77页70光的产生处于激发态原子的电子会处于激发态原子的电子会发生跃迁，把多余的能量发生跃迁，把多余的能量以光的形式辐射，产生以光的形式辐射，产生光光子。子。各种原因能使原子跃迁辐射光子，如：光照、加热、碰撞等。分子也能被各种原因能使原子跃迁辐射光子，如：光照、加热、碰撞等。分子也能被激发产生光子，而且分子振动、转动也能发光。激发产生光子，而且分子振动、转动也能发光。但其频率不同但其频率不同,振动方向、振动方向、振动位相都是随机的，不

16、振动位相都是随机的，不同的光难以满足相干光的同的光难以满足相干光的条件。条件。返回返回第70页/共77页71太阳光太阳光普通光源以自普通光源以自发辐射为主是发辐射为主是一种随机过程，一种随机过程，如太阳，每个如太阳，每个原子或分子先原子或分子先后发射的波列后发射的波列其波长、振动其波长、振动方向、相位各方向、相位各不相同。不相同。返回第71页/共77页72分割波阵面产生干涉从从S S1 1、S S2 2发出同相位光波到达相遇点的相位差发出同相位光波到达相遇点的相位差与什么有关？与什么有关？返回返回第72页/共77页73分振幅产生干涉返回返回第73页/共77页74返回返回第74页/共77页75返回电磁波返回返回第75页/共77页76电磁波的一种产生方法返回电磁波第76页/共77页77感谢您的观看。第77页/共77页