大学物理 波动光学习题课.ppt

在B点,两束光的光程差为: 由 1 , 2 两式可得: 由此可得条纹间距为 即 则,在A点,两束光的光程差为: 8*.设计一个平面透射光栅,当用白光照射时,能在30o角衍射方向上观察到600nm波长的第二级主极大,并能在该处分辨?? 0.0005nm的两条光谱线,但在30o方向上却观察不到400nm的第三级主极大.试计算光栅常数 a+b 、总缝数N、光栅的缝宽a、缝距b及光栅总宽度各为多少？ 解: 1 由光栅方程 2 光栅的分辨率为 则光栅的总宽度为 3 在? ?30?的方向上应出现???400 nm的光波的第三级主极大,为使其缺级,此处应为单缝衍射第一级暗纹处,即 则光栅的缝宽为 光栅的缝距为 * 一 教学要求 1 . 理解相干光的条件和获得相干光的基本原理和方法. 习题课 波动光学 2 . 掌握光程和光程差的概念及其计算方法.学会运用光程差的概念来分析干涉、衍射现象的有关问题,并会判断有无半波损失. 3 . 理解增透膜、增反膜的原理,了解1/2、1/4波片的作用. 4 .掌握杨氏双缝干涉、平行平面膜干涉、等厚干涉、多缝干涉的条纹分布与特征,并掌握有关的计算. 6 . 理解自然光、线偏振光的概念及偏振光的获得方法和检验方法;理解布儒斯特定律和马吕斯定律. 5 .掌握单缝、光栅的夫琅禾费衍射条纹分布规律及有关的计算,进一步明确干涉与衍射现象的区别和联系. 二 基本概念和规律 2. 光的相干条件: 相干的光获得: 分振幅法, 分波振面法, 分振动面法. 干涉加强和减弱的条件: 其中:k 0,1,2,3? ? 3. 杨氏双缝干涉 垂直入射双缝 双缝为初位相相同相干波源 ; 同一介质中叠加. 1. 光程和光程差: 4. 薄膜干涉 条纹中心位置: 条纹中心间距: 属于分振幅法产生相干光束. 等倾干涉 面光源照射厚度均匀的平面膜: 其中: k 1,2,3? ? 增反膜 增透膜 等厚干涉 平行光垂直照射厚度不均匀的平面膜: 其中:k 1,2,3? ? a.劈尖干涉 b.牛顿环干涉 条纹间距: 明环半径: 其中:k 1,2,3? ? 暗环半径: 其中:k 0,1,2,3? ? 5. 夫琅禾费单缝衍射 其中:k 1,2,3? ? 中央明纹全角宽度: ??o 2? /a 第k级明纹角宽度: ??k ? /a 半波带法 一束单色平行光垂直单缝入射 线宽度 条纹宽度 6. 光栅衍射 光栅衍射主极大的位置 光栅方程式 : 其中:k 0,1,2,3? ? *缺级条件: k 1,2,3? ? *光栅的分辨本领 *相邻两个主极大之间共有N–1条暗纹， N–2条次级明纹 *单缝中央明纹内多光束干涉主极大的条数 *可观察到的主极大的最高级次: 0 1 2 3 4 5 7. X射线衍射 布喇格公式: 2d sin? k? , k 1,2,3…. 8. 光学仪器的 最小分辨角: 9. 布儒斯特定律 10. 马吕斯定律:入射光是完全偏振光,光强Io: 布儒斯特角:iB 分辨本领: 三 课堂讨论题 1 .在杨氏双缝干涉中,若作如下变化,屏幕上干涉条纹将如何变化 2 将整个装置没入水中; 1 将钠黄光589.3nm换成632.8nm的氦氖激光; 3 将双缝 S1和S2 的间距d 缩小; 4 将屏幕向双缝靠近; 5 若S1和S2两缝的宽度不等; 6 在双缝之一的后面放一折射率为n厚度为t的透明薄膜 ; 变宽 变窄 变宽 变窄 暗纹不黑 平移 7 一双缝干涉光强分布如图, 缝宽a略大于波长?,两缝间距d比a大几十倍,O为屏幕中心,现令两个缝以自己的缝中心为平衡位置,作彼此相互远离与靠近的谐振动,振幅与a同数量级,频率100Hz,试在光强分布图上画出人眼所见的光强分布; 4I0 O 2I0 sin? I 4I0 O 2I0 sin? I 8 在双缝干涉实验中，入射光的波长为 ，用玻璃纸遮住双缝中的一个缝，若玻璃纸中光程比相同厚度的空气的光程大2.5 ，则屏上原来的明纹处 A 仍为明条纹； B 变为暗条纹； C 既非明纹也非暗纹； D 无法确定是明纹，还是暗纹． 答: [ B] 9 在如图的双缝干涉装置中加入偏振片P、P、P1 、P2,其中P1 、P2的偏振化方向互相垂直, P和P的偏振化方向互相平行并且与P1 、P2的偏振化方向成45o角.试问在下列4种情形下,屏幕上有无干涉条纹出现 填有、无 : s2 S1 P 屏 P P2 P1 s ①撤掉P与P?保留P1 、P2 , 条纹: ②撤掉P?保留P、P1、P2 , 条纹: ③撤掉P保留P?、P1、P2, 条纹: ④P?、P、P1、P2同时存在, 条纹: 无 无 无 有 *彩色的霜花 在寒冷的冬天，窗户上常覆盖着薄而透明的霜花。如果这些霜花已开始融化，窗台上又形成