第12章 光1 物理教案.pptVIP

* 光学研究光的传播以及它和物质相互作用。 通常分为以下三个部分： 几何光学： 以光的直线传播规律为基础， 波动光学： 研究光的电磁性质和传播规律， 量子光学： 以光的量子理论为基础， 研究各种成象光学仪器的理论。 是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 物质相互作用的规律。 主要 研究光与 特别 波动光学和量子光学，统称为物理光学。 第十二章 光学 §1 光源，光的相干性 §2 双缝干涉 §4 薄膜干涉 §3 光程 光程差 第一节、 光的干涉 12-2 12-3 12-5 12-4 一、光源 光源发光，是大量原子、分子的微观过程 ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长 L = ? c ? ? 持续时间?～10－8s § 1 光源，光的相干性 2、激光光源：受激辐射 ? = (E2-E1) / h E1 ? ? ? 完全一样 ? ? E2 1、普通光源：自发辐射 · · 独立（同一原子先后发的光） 独立（不同原子发的光） （传播方向， 频率， 位相， 振动方向） 光是一种电磁波 平面电磁波方程 真空中的光速 可见光的范围 光矢量 用 矢量表示光矢量, 它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 . 1、两列光波的叠加 · P · · 1 2 r1 r2 ?1 ?2 ? E0 E10 E20 干涉项 （ ，只讨论 ） ：光矢量 光强分布： P 二、光的相干性 非相干光： I =I1+I2 —非相干叠加 完全相干光： 相长干涉（明） （k = 0,1,2…） 相消干涉（暗） (k = 0,1,2…) 2、由普通光源获得相干光的途径 P S * 分振幅法： · P 薄膜 S * 两束相干光在 P 点相干叠加 分波面法： 杨氏双缝实验 托马斯? 杨 § 2 双缝干涉 r1 ? ? r2 ? x d x D 0 单色光入射 d ? ，D d (d? 10 -4m, D?1m) 波程差： 相位差： P · 1，双缝干涉 明纹： x0 x I ? x 暗纹： 条纹间距： （1）一系列平行的明暗相间的条纹； （3）中间级次低，两边级次高 明纹： ?k ，k =0,1,2… （整数级） 暗纹： ?(2k+1)/2 （半整数级） （4） 2、双缝干涉条纹的特点 （2）? 不太大时条纹等间距； 白光入射时，0级明纹中心为白色 （可用来定0级位置）， 其余级明纹构成彩带， 第2级开始出现重叠 级次：k = 3、干涉问题分析的要点 （1）确定发生干涉的光束； （2）计算波程差（光程差）； （3）明确条纹特点： 形状、 位置、 级次分布、 条纹移动等； （1）如何使屏上的干涉条纹间距变宽？ （2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时， 屏上的干涉条纹有何变化？ 思考 讨论影响双缝干涉条纹分布的因素 讨论影响双缝干涉条纹分布的因素 （1） 若D、d 已定，只有??，条纹间距 变宽。 若?已定，只有D↑、d↓（仍然满足d ?)，条纹间距 变宽。 两相邻明纹（或暗纹）间距 n水 n空气 实验装置放入水中后条纹间距变小。 （2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时 例1 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m. (1) 从第一级明 纹 到同侧 的第四级明 纹的距离为7.5mm,求单色光的波长; (2) 若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离. 解 （1） （2） § 3 光程 光程差 1、光程 真空中： ? · · r a b 介质中： · · a b n r ?? 介质 ?? — 介质中波长 ? — 真空中波长 考虑光经过不同介质时引起的相差 即，光在介质中传播路程 r 和在真空中传播路程 nr 引起的相位差相同。 定义： nr为介质中与路程 r 相应的光程。 一般的 ?0 — 真空中波长 2、透镜不产生附加光程差 物点到象点（亮点）各光线之间的光程差为零。 S ? a c b · · S F a c b · A B C F? a c b · A B C F 在干涉和衍射装置中经常要用到透镜， 光线经过透镜后并不附加光程差。 焦点 F、F? 都是亮点， 说明各光线在此同相叠加。 而 A、B、C 或 a、b、c 都在同相面上。 B?F， C?F 说明 A?F， 各光线等光程。 B?F?， C?F? 或 A?F?， 媒质1 光疏媒质 媒质2 光密媒质