第5章光的干涉和绕射(99课纲选修).doc

PAGE  PAGE - 87 - 文華物理 超級講義 第十六章 物理光學 — 光的干涉與繞射 §16-1光的本質 1.幾何光學(又稱為線光學):利用「光在均勻介質中以直線傳播」的觀點來解釋光的現象 ，例如反射、折射……等。物理光學(又稱為波動光學):利用「光是波動」的觀點來解釋光的現象，例如干涉、繞 射….等。 2. 微粒說與波動說： 微粒說－牛頓波動說－海更士主張光是由很輕、運動速度很快的微小粒子組成光線是一種類似繩波的橫波能解釋的現象直線傳播、反射、折射(包含色散)、照度與距離平方成反比、 光電效應、康普吞效應直線傳播、反射、折射(包含色散)、照度與距離平方成反比、干涉、繞射、部份反射部份折射、偏振不能解釋的現象折射光在介質中速度變慢、干涉、繞???、部份反射部份折射、偏振光電效應、康普吞效應 (1).牛頓1672年先提出光微粒說。 (2).後來因無法解釋楊格(young)約1800年做出的干涉、繞射實驗，而被海更士 (Huygens) 1690年提出的波動說推翻。馬克士威爾1864年提出”光是電磁波”理論, 赫茲完成實驗，證明電磁波存在。 (3).到了1900年之後，光電效應和康普吞效應實驗又指出，高能量的光具有粒子的 特性,波動說無法解釋，於是愛因斯坦提出新的”光子說”,認為低能量的無線電 波、紅外線和可見光等具有波動的特性,而高能量的紫外光和X-ray有粒子的特 性，不同能量的光有不同的特性,此稱為『二元論』。 3.光速的測量： (1) 加利略(Galileo Galilei，1564~1642，義大利人)：仿照測聲速的方法，利用兩 座山之間的距離進行測量，結果失敗，以為光速無限大。 (2) 隆美耳(Romer，1644~1710，丹麥人)：利用地球的公轉軌道直徑，測定木星的衛 星成蝕的週期差，測出光速為2.26×108m/s 。 (3) 菲左(H.L. Fizeau，1819~1896，法國人)：利用光線通過快速旋轉的齒輪，產生 週期性的脈波而測出光速為3.1×108m/s 。 (4) 傅科(Leon Foucault，1819~1868，法國人)：以轉動鏡代替菲左實驗中的齒輪， 並使光線在水中往返，測出光在水中的速率為2.23×108m/s，約為空氣中光速的 3/4，與牛頓預測「水中的光速大於空氣中的光速」相反，導致微粒說的失敗。 1. 下面哪個現象，不能用光的微粒說解釋？ (A)光的直進性質 (B)光的反射 (C)光的折射 (D)影子的形成 (E)光的干涉Ans:E 解析：光的干涉不能用光的微粒說解釋。故正確選項為(E)。 2.下列有關「波動」現象的一般特性，何者錯誤？ (A)可傳遞能量和動量 (B)有干涉及繞射的現象 (C)遇不同介質，有反射及折射現象 (D)傳遞波動的介質，會隨波傳播出去。Ans:D 解析：傳遞波動的介質，只在原平衡位置附近作週期性振動，不隨波形移動。 §16-2光的干涉 1.光的相位：兩個頻率相同的光波在空間中出現時 (a)兩光波對應波峰之間的時間差為零，即同相。(相位角差0o) (b)兩光波對應波峰之間的時間差為T/2，即反相。(相位角差180o) 2.水波的干涉: (1)實驗圖形 (2)公式推導: 腹線：= ，n=0、1、2、3…… 節線：=，m=1、2、3 …. 3.光波的干涉: (1)同調光：頻率相同且相位差不隨時間而變的二光波，稱為同調光 (2)楊格雙狹縫干涉實驗：單色光入射在光屏A的單狹縫，透出後再經光屏B上的雙狹 縫S1和S2射出，形成兩同頻率、同相位的光波進行干涉，在屏C上顯示出亮暗相間 的條紋，類似水波干涉圖樣。下右圖是在光屏C上所呈現之亮暗相間的實驗干涉條 紋照片。 (3)亮線及暗線形成的原理: (a) (b) (c) －＝0 －＝ －＝λ交會時同相，形成亮線 交會時反相，形成暗線 交會時同相，形成亮線 亮線：=0、λ、2λ、3λ…= ， n=0、1、2、3…. 暗線：=、、…= ， m=1、2、3、4….. (4)公式推導: 當r ?＞d時,θ就很小? sinθ≒tanθ  ? S1與S2的光程差△x＝=，則② ②， n= 0、1、2、3….. 為螢幕上第n