大学物理第十一章光学第2节 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜.pptVIP

第 十一章 光学 11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜 物理学 第五版 * 1. 实验装置(1801年) 托马斯· 杨 (Thomas Young) 1773-1829,英国物理学家 观察屏E s s2 s1 面光源L 一 杨氏双缝干涉(Young double-slit interference) * I ? 2. 干涉条纹分析 x d’ 0 d P · r1 r2 两光波在P点处的光强: 设?01、?02分别为s1、s2相干光的初相; A1、A2分别为s1、s2 在P点的振幅。假设A0＝A1＝A2, ?01＝?02 图中: 相邻实线与虚线的相位差为? * P点处的相位差: k=0,1,2,... 明纹中心 k=1,2,... 暗纹中心 ?? =±2k? k=0,1,2,... 加强 ?? =±(2k-1)? k=1,2,... 减弱 ?为真空中的波长, k称为级数。 P点处的光程差为 1) 干涉条纹的光程差 x k=1 k=-1 k=-1 k=1 k=0 k=-2 k=2 k=-2 k=2 * p 波程差 2) 干涉条纹的位置 当? 很小时(5o) * 实 验 装 置 p 加强 减弱 * k＝0, 1, 2, ...明纹中心 k＝1, 2, 3, ...暗纹中心 明、暗条纹的位置 * 2)任意二条相邻明(暗)纹之间距离: ?x与k无关,表明条纹是等宽等间距明暗相间平行 条纹, x 越大级数越高。 d不可过大,因为d 过大条纹过密人眼分辫不了就 看不到干涉现象(d 约几mm 到10-1mm) 讨论: 1)重要结论: 光程差相等的点构成同一条干涉条纹; 相邻两条明(或暗)纹之间光程差的变化为? 。 * a) 一定时,条纹间距 与 的关系如何？ * b) 一定时，若 变化, 则 将怎样变化？ * a)各级明纹(不含零级)都是彩色条纹 b)中央零级明纹是白色条纹 c)高级次明纹可出现重合 3)入射光为白色光: 各级明纹不同波长对应的位置: 各级明纹的宽度: 1 k -1 -k 0 -k-1 k+1 * 白光入射的杨氏双缝干涉照片 红光入射的杨氏双缝干涉照片 * 　例1 在杨氏双缝干涉实验中，用波长?=589.3 nm的纳灯作光源，屏幕距双缝的距离d’=800 nm，问： 　(1)当双缝间距１mm时，两相邻明条纹中心间距是多少？ (2)假设双缝间距10 mm，两相邻明条纹中心间距又是多少？ * 解 (1) d=1 mm时 (2) d=10 mm时 已知 ?=589.3 nm d’=800 nm 求 (1) d=1 mm时 (2) d=10 mm时 * 　例2 以单色光照射到相距为0.2 mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1 m. 　(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5 mm，求单色光的波长； (2)若入射光的波长为600 nm,中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？ * 解 (1) (2) 已知 求 (1) (2) 例3:己知d=0.1mm, d’=20cm 入射光波长?=5460? 求 1)第一级喑纹位置 2)如某种光照射此装置,测得第 二级明纹之间距离为5.44mm, 此光波波长? 3)如肉眼仅能分辩两条纹的间距为0.15mm, 现用 肉眼观察干涉条纹, 双缝的最大间距? 21 解: 1) 取k = 1 2) 取k = 2 x o 5.44mm 2 -2 ?=5460? 的光产生的 22 3)如?x=0.15 双缝间距必须小于0.728mm才能看到干涉条纹。 =6800 [?] x o 5.44mm 2 -2 ?=6800? 的光产生的 解:1) 2)设在x处 ?1 的k1级与 ?2 的 k2 级首次重合, 则有 ?2的第二级与 ?1 的第三级重合。 23 取k1=3, 则 k2=2 由条纹的间距公式 例4:杨氏双缝,d=0.5mm,d’=25cm, ?1=4000?, ?2=6000? 1)分别求出二种波相邻明(暗)纹间距?x 2)距中央明纹多远处首次重合? 各为第几级条纹? * 二 缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性 　　实验观察到，随缝宽的增大，干涉条纹变模糊，最后消失． 　　空间相干性 * 三 劳埃德镜 半波损失 ：光由光速较大的介质射向光速较小的介质时，反射光位相突变 . P M L * 例6 如图 离湖面 h=0.5 m处有一电磁波接收器位于 C ，当一射电星从地平面渐渐升起时， 接收器断续地检测到一系列极大值 . 已知射电星所发射的电磁