《物理学18干涉.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理学18干涉.ppt（29页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学物理学18干涉 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学20.1 20.1 光源发光的微观机制光源发光的微观机制原子的能量只能具有一些离散值，称为原子的原子的能量只能具有一些离散值，称为原子的能级能级。最简单的原子最简单的原子-氢原子的能级如图：氢原子的能级如图：E1 基态基态E2、E3、激发态激发态原子吸收外界能量从低能原子吸收外界能量从低能态跃
2、迁到高能态；态跃迁到高能态；处于激发态的原子是不稳处于激发态的原子是不稳定，自发跃迁到较低的能定，自发跃迁到较低的能态；原子从高能态跃迁到态；原子从高能态跃迁到低能态时辐射一列光波。低能态时辐射一列光波。近代物理学认为：近代物理学认为：2第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学第一次发光第一次发光第二次发光第二次发光1、两个独立的光源发出的两列波，不满足相干条件；、两个独立的光源发出的两列波，不满足相干条件；2、同一光源两个原子发出的两列波，不满足相干条件；、同一光源两个原子发出的两列波，不满足相干条件；3、同一原子先后发出的两列波，不满足相干条件。、同一原子先后发出的两列波，
3、不满足相干条件。结结 论：论：同一原子前后两次发出的两列光波同一原子前后两次发出的两列光波-振动方向不同、频率不同、位相不相关。振动方向不同、频率不同、位相不相关。实际光源是多个原子发光，频率和振动方向更不相同。实际光源是多个原子发光，频率和振动方向更不相同。3第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学20.2 20.2 相干光的获得方法相干光的获得方法将一个原子发出的一个波列，设法分成两将一个原子发出的一个波列，设法分成两部分，再将他们叠加起来。部分，再将他们叠加起来。基本原理：基本原理：分波阵面法分波阵面法将同一波列波的将同一波列波的波面波面分分成两部分，成两部分，1、2 两
4、束两束光满足相干条件。光满足相干条件。S12分振幅法分振幅法将同一波列入射在两种将同一波列入射在两种媒质的分界面上形成反媒质的分界面上形成反射和折射两束光射和折射两束光(分分振幅振幅 A)，入射光和反射光满，入射光和反射光满足相干条件。足相干条件。4第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学20.3 20.3 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 双缝干涉是历史上双缝干涉是历史上第一次第一次观察观察到的光的干涉现象的实验。该实到的光的干涉现象的实验。该实验标志着光的波动说的开端。验标志着光的波动说的开端。早期装置早期装置改进装置改进装置托马斯托马斯托马斯托马斯 -杨杨杨杨(英英英英)1773
5、-1829 1773-18295第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学6第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学D20.3.1 杨氏双缝干涉现象杨氏双缝干涉现象条件：条件：S7第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学20.3.2 光强分布光强分布 S1 S2 是同一波面上的两个是同一波面上的两个子波源，满足相干条件。子波源，满足相干条件。两列相干波在两列相干波在 P 点相干叠点相干叠加，加，P 点的光强决定于两点的光强决定于两列波到达列波到达 P 点的位相差。点的位相差。波程差波程差k=0,1,2.明条纹明条纹(加强加强)k=1,2,3.暗条纹
6、暗条纹(减弱减弱)8第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学9第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学10第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学杨氏双缝实验条纹位置杨氏双缝实验条纹位置由图中关系：由图中关系：条纹中心间距条纹中心间距左边相减左边相减右边相减右边相减k=0,1,2.明条纹中心位置明条纹中心位置k=1,2,3.暗条纹中心位置暗条纹中心位置11第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学条纹的级数：条纹的级数：当当 k 取不同的值取不同的值时，对应不同的时，对应不同的条纹条纹0 级明条纹级明条纹2 级明条纹级明条纹1 级明
7、条纹级明条纹1 级明条纹级明条纹2 级明条纹级明条纹1 级暗条纹级暗条纹1 级暗条纹级暗条纹2 级暗条纹级暗条纹2 级暗条纹级暗条纹12第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学双缝干涉条纹特点：双缝干涉条纹特点：1、条纹间距、条纹间距-明条纹间距明条纹间距=暗条纹间距暗条纹间距3、2、条纹分布、条纹分布-明暗条纹交替均匀分布，明暗条纹交替均匀分布，对称分布在中央明条纹对称分布在中央明条纹(0 级明条纹级明条纹)两侧两侧13第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学14第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学15第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四
8、篇第四篇 光学光学20.4 20.4 其他分波阵面的干涉其他分波阵面的干涉杨氏双缝实验的缺点：条纹亮度低、光强弱杨氏双缝实验的缺点：条纹亮度低、光强弱20.4.1、菲涅耳双棱镜实验、菲涅耳双棱镜实验菲涅耳菲涅耳(法法)1788-182716第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学20.4.2、菲涅耳双面镜实验、菲涅耳双面镜实验17第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学实验证明：实验证明：光也具有半波损失！光也具有半波损失！P 点点 ，应该是明纹，应该是明纹，但实际却是暗纹但实际却是暗纹！20.4.3、洛埃镜实验、洛埃镜实验18第二十章第二十章 光的干涉光的干涉
9、第四篇第四篇 光学光学20.5 20.5 光程和光程差光程和光程差当一条光路中有另一种媒质当一条光路中有另一种媒质存在时，两列波的位相差存在时，两列波的位相差=？对一定频率的单色光，在不对一定频率的单色光，在不同的媒质中传播时，频率不同的媒质中传播时，频率不变，但波长会发生改变。变，但波长会发生改变。在真空中在真空中在媒质中在媒质中光波每传播一个波长的距离，位相改变光波每传播一个波长的距离，位相改变19第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学在媒质中传播距离在媒质中传播距离 e 位相的改变位相的改变:光在媒质中传播光在媒质中传播 e 距离的距离的位相变化位相变化，与在真空中传播
10、，与在真空中传播 ne 距离距离位相变化位相变化相同。将相同。将 ne 称为称为光程光程。光在媒质中的传播距离，按位相变化相同，折算为光在媒质中的传播距离，按位相变化相同，折算为光光在真空传播的在真空传播的路程路程。光程光程的物理意义：的物理意义：20第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学光程差光程差两列相干波的光程之差两列相干波的光程之差位相差位相差光程差与条纹移动光程差与条纹移动光路中没有媒质时，两光路中没有媒质时，两波源波源 S1、S2 到达到达M 点点的光程差等于的光程差等于 0，M 点点为为 0 级条纹的位置；级条纹的位置；光路中有媒质时，光路中有媒质时，M 点的光
11、程差不为点的光程差不为 0，M 点不再是点不再是 0 级条纹的级条纹的位置。位置。21第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学P 点的光程差点的光程差当当P 点为新的点为新的 0 级条纹位置，条纹的位置发生移动。级条纹位置，条纹的位置发生移动。(n 1)e 每增加一个波长，每增加一个波长，P 点向上移动一条条纹。点向上移动一条条纹。移动条纹数：移动条纹数：条纹移动的距离：条纹移动的距离：当当 e 增加时，增加时，r2-r1 增加，增加，P 点向上移动；点向上移动；22第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学透镜与光程差：透镜与光程差：平行光经透镜汇聚于焦点平行光
12、经透镜汇聚于焦点 F，形成亮，形成亮点，说明点，说明 5 条光线在条光线在 F 点处干涉加强，点处干涉加强，5 条光线至条光线至 F 点光程相等。点光程相等。光路中的透光路中的透镜只改变波镜只改变波的传播方向的传播方向或波面的形或波面的形状，不产生状，不产生附加的光程附加的光程差。差。计算光计算光程差时可以程差时可以不考虑光路不考虑光路中透镜。中透镜。结结 论：论：23第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学例题例题-1杨氏双缝实验中，杨氏双缝实验中，d=0.2mm D=1.0m 已知已知 2 级明条纹的位置级明条纹的位置 x2=6.0mm(1)、求：波长、条纹间距？、求：波长
13、、条纹间距？得得(2)、若改用、若改用 ，则条纹间距如何？，则条纹间距如何？波长常用单位换算：波长常用单位换算：24第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学已知薄膜的折射率已知薄膜的折射率 n=1.5，使用氦氖激光器作为光源，使用氦氖激光器作为光源，在一光路中插入薄膜后在一光路中插入薄膜后，0 级明条纹中心变为级明条纹中心变为 3 级明纹级明纹中心，即干涉条纹的位置向上移动了中心，即干涉条纹的位置向上移动了 3 条。条。求：薄膜的厚度？求：薄膜的厚度？例题例题-2利用杨氏双缝实验，可以测量超薄薄膜得厚度。利用杨氏双缝实验，可以测量超薄薄膜得厚度。解：由氦氖激光波长解：由氦氖激光
14、波长未加薄膜时未加薄膜时加入薄膜后加入薄膜后25第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学解：插入介质，解：插入介质，O 点的光程差点的光程差 杨氏双缝干涉条纹移动问题之一杨氏双缝干涉条纹移动问题之一当缝当缝 S2 用如图形状透明媒质遮盖，并逐用如图形状透明媒质遮盖，并逐渐向上插入时，试分析干涉条纹的变化渐向上插入时，试分析干涉条纹的变化?例题例题-3中央明纹中央明纹(0 级条纹级条纹)位置位置即：即：当薄膜厚度逐渐增加时，当薄膜厚度逐渐增加时，r1 增加增加 r2 减小，条纹向下移动减小，条纹向下移动条纹间距不变条纹间距不变26第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光
15、学光学小小 结：结：杨氏双缝、菲涅耳双棱镜、菲涅耳双面镜、洛埃镜杨氏双缝、菲涅耳双棱镜、菲涅耳双面镜、洛埃镜 1、原子发光的特点：、原子发光的特点：不同原子发光频率不同、振动方向不同，不满足相干条件；不同原子发光频率不同、振动方向不同，不满足相干条件；同一原子先后两次发光位相差不恒定，不满足相干条件；同一原子先后两次发光位相差不恒定，不满足相干条件；2、获得相干光的方法：、获得相干光的方法：把原子一次发光的波列分为两束把原子一次发光的波列分为两束3、分波阵面法、分波阵面法原子发光是断续的，每次发光波列长度有限，约原子发光是断续的，每次发光波列长度有限，约分波阵面法分波阵面法分振幅法分振幅法27
16、第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光学4、杨氏双缝实验、杨氏双缝实验（1）、干涉图样）、干涉图样-明暗相间等间距的平行条纹明暗相间等间距的平行条纹（2）、明条纹中心的位置）、明条纹中心的位置（3）、暗条纹中心的位置）、暗条纹中心的位置（4）、条纹间距）、条纹间距5、光程、光程（1）ne-光在媒质中传播的距离与媒质折射率的乘积光在媒质中传播的距离与媒质折射率的乘积按位相变化相同，把光在的媒质中的按位相变化相同，把光在的媒质中的传播距离折算到真空中传播的距离传播距离折算到真空中传播的距离（2）光程的物理意义）光程的物理意义28第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 光学光
17、学（5）透镜与光程差）透镜与光程差-光路中的透镜不引起附加的光程差光路中的透镜不引起附加的光程差（3）位相差与光程差）位相差与光程差（4）条纹移动与光程差）条纹移动与光程差条纹移动条数条纹移动条数要要 求：求：1、理解光源发光的特点，理解两个普通光源不相干的道理；、理解光源发光的特点，理解两个普通光源不相干的道理；2、理解获得相干光的方法、理解获得相干光的方法-分波阵面法、分振幅法；分波阵面法、分振幅法；3、掌握杨氏双缝实验的基本装置，及干涉条纹位置的计算；、掌握杨氏双缝实验的基本装置，及干涉条纹位置的计算；4、理解光程的物理意义，掌握其计算方法；、理解光程的物理意义，掌握其计算方法；5、掌握半波损失与光程的关系；、掌握半波损失与光程的关系；6、了解透镜不引起附加光程差的物理意义。、了解透镜不引起附加光程差的物理意义。29