大学物理光学知识点范例.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学物理光学知,(Zhi),识点汇编,第一页，共四十页。,光的干,(Gan),涉：,5,、普通光获得相干光的,(De),方法：,分波面,分振幅,杨氏双缝实验,等厚干涉,等倾干涉,1,、两束光是相干光的条件：,2,、透镜可以改变光的传播方向，而不会产生附加 光程差。,3,、光程与光传播的几何路程的关系。,4,、半波损失,第二页，共四十页。,杨氏双,(Shuang),缝实验,明,(Ming),纹,暗纹,条纹间距：,x,0,x,I,x,r,1,r,2,x,d,x,D,0,P,当点光源向上或向下运动时，干涉条纹应怎样运动？,条纹光强：,第三页，共四十页。,(1),一系列平行的明,(Ming),暗相间的条纹；,(3),中间级次低，两,(Liang),边级次高；,(4),条纹特点,：,(2),不太大时条纹等间距；,白光入射时，,0,级明纹中心为白色,(6),x,，可见对于复色光，,x,0,时明条纹有,色散,，,(5),当平行光垂直照射双缝时，屏幕中央,(,x,=0),为明条 纹，向两侧分布明暗相间的条纹。,内侧紫，外侧红。,第四页，共四十页。,等倾干,(Gan),涉,产,(Chan),生条件：,等厚的薄膜,不同的入射角,干涉条纹特点：,明纹,暗纹,一系列同心圆环,r,k,环,=,f,tg,i,条纹半径越大，入射角越大。,第五页，共四十页。,条纹间,(Jian),隔分布,:,内,(Nei),疏外密,条纹级次分布,:,e,一定,，,膜厚变化时,条纹的移动：,级次由大到小,中心处级次最大,从中间冒出,向圆心收缩,第六页，共四十页。,等厚,(Hou),干涉,1,、劈,(Pi),尖,反射光,1,单色平行光垂直入射,e,n,1,n,1,n,A,反射光,2,(,设,n,n,1,),同一厚度,e,对应同一级条纹,等厚条纹,第七页，共四十页。,第,k,条暗纹,第,k+1,条暗纹,1,、平行于棱边,(Bian),的明暗相间的直条纹,3,、相邻,(Lin),条纹间距：,相邻明或相邻暗条纹对应的膜厚差均为,2,n,条纹特点,2,、侧棱处是第,0,级,第,1,条暗纹,第八页，共四十页。,思考,(Kao),题,2,等厚条纹,待测工件,平晶,请问：此待,(Dai),测工件表面上，有一条凹纹还是一条凸纹？这条纹方向是怎么样的（平行于或垂直于侧棱）？,答：凸纹，,是垂直于侧棱。,若平行于侧棱，等厚干涉条纹是什么样子的？,第九页，共四十页。,e,r,R,o,内疏,(Shu),外密。,3,、条纹,(Wen),间距：,干涉条纹特点,4,1,、明暗相间,2,、中心是暗斑：,e=0,4,、级次由小变大,2,、牛顿环,第十页，共四十页。,3,、迈,(Mai),克耳逊干涉仪,s,M,1,M,2,M,2,G,2,G,1,L,V,C,d,E,固定,可调,M,2,的虚像,分光板,补偿板,干涉条纹每经过一次十字交丝，薄,(Bao),膜厚度就增大（减少）半个波长。,第十一页，共四十页。,光的,(De),衍射：,光在传播过程中能绕过障碍物的边缘，,而偏离直线传播的现象叫,光的衍,(Yan),射。,惠更斯,-,菲涅耳原理,:,点光源,S,在空间某点,P,所产生的扰动,可以看作是波前上各点发出的次级子波在,P,点相干叠加的结果。,夫琅禾费单缝衍射,S,E,K,第十二页，共四十页。,用,菲涅耳半,(Ban),波带,法进行研究,a,P,P,0,A,B,C,a,sin,零级,(Ji),极大，,中央明条纹,暗,明,第十三页，共四十页。,1.,中央明条纹宽度即为两,(Liang),个第一暗纹间的范围,为,中央明条纹的,(De),半角宽度,衍射条纹特点：,半线宽度,全角宽度,:,全线宽度,:,I,0,x,1,x,2,衍射屏,透镜,观测屏,f,1,第十四页，共四十页。,2,.,其它明条纹的宽度为中央,(Yang),明纹宽度的一半，角宽度,3,.,明条纹的,(De),亮度,:,中央明纹最亮,两侧,显著递减,见图。,4,.,条纹的位置与波长,有关,可知复色光明纹会显示色散,形成衍射光谱,亮度,内侧紫,外侧红。,第十五页，共四十页。,爱里斑,集中了约,84%,的衍射光能。,D,爱里斑变小,相对光强曲线,1,.22,(,/D,),sin,1,I/I,0,0,圆孔,衍射,、,光学,(Xue),仪器的分辨本领,圆孔孔径为,D,L,衍射屏,观察屏,中央亮斑,(,爱里斑,),1,f,第十六页，共四十页。,I,D,*,*,S,1,S,2,0,最小分辨角,（,angle of minimum resolution,）：,分辨本领,（,resolving power,）：,瑞利,(Li),判据：,第十七页，共四十页。,衍射,(She),光栅,P,O,(,a,+,b,)sin,a,b,(10,7,m),a,缝宽,;,b,缝间不透明的部分；,d=a+b,缝间距离，称为光栅,(Zha),常数。,光栅衍射图样中明纹和暗纹位置可以通过干涉因子和衍射因子的极大和极小条件调制。,由干涉因子可知，,光栅方程,可能出现主极大,第十八页，共四十页。,光,(Guang),强公式,每个窄缝发的子波在,P,点振幅近似相等,设为,P,处,(Chu),的合振幅,E,P,就是各子波的振幅矢量和的模,P,O,(,a,+,b,)sin,a,b,第十九页，共四十页。,P,处,(Chu),是多个同方向、同频率、同振幅、初,E,P,E,0,相依次差一个恒量,的简谐振动,(Dong),的合成，,合成的结果仍为简谐振动。,第二十页，共四十页。,令,(Ling),有,(You),P,点的光强,R,E,P,E,0,第二十一页，共四十页。,即在两,(Liang),个主极大之间共有,N,1,条暗纹,2.,暗,(An),纹,3.,次级明条纹,(,次极大,),相邻主极大之间共有,N,2,条次级明纹。它们的强度,比主极大要弱的多。,4.,缺级,当,满足,a,sin,=,k,(,单缝衍射暗条件,),同时,(,a,+,b,)sin,=,k,(,光栅主极大,),第二十二页，共四十页。,光的,(De),偏振：,两类偏振现象：,1,）,反射、折射时的,(De),偏振,布儒斯特定律,2,）,双折射（晶体、人为）,o,、,e,光的偏振特点；,传播速度。,五种偏振态：,自然光,部分偏振光,完全偏振光,线偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光,两个定律：布儒斯特定律和马吕斯定律,第二十三页，共四十页。,1.,白色平行光垂直入射到间距为,d=0.25 mm,的双缝上，距缝,50cm,处放置屏幕，分别求第一级和第五级明纹彩色带的宽,(Kuan),度。（设白光波长范围是,4000-7600,）,解,(Jie),：,这里所说“彩色带宽度”是指两个极端波长的同级明纹中心的距离。,由明纹条件得,两边微分,计算题,:,第二十四页，共四十页。,当,(Dang),k=1,时,当,(Dang),k=5,时,第二十五页，共四十页。,2.,在杨氏双缝实验中，设两缝之间的距离为,0.2mm,，在距 双缝,1m,远的屏上观察干涉条纹。若入射光是波长为,400nm,（1nm=10）至,760,nm,的白光，问屏上离零级明纹20mm处，哪些波长的光最大限度地,(Di),加强？,解,(Jie),：,d=0.2mm,D=1m,x=20mm,光程差,明纹 （,k=1,，,2,，,）,第二十六页，共四十页。,K=5,5,=800nm,（近红）,K=6,6,=667nm,（红）,K=7,7,=571nm(黄,),K=8,8,=500nm(,蓝绿,),K=9,9,=444nm(紫),K=10,10,=400nm(紫,),以上五种波长,(Chang),被加强。,K=3,3,=1333nm,K=4,4,=1000nm,K=1,1,=4000nm,K=2,2,=2000nm,第二十七页，共四十页。,3.,两块折射率为,1.60,的,(De),标准平板玻璃之间形成一个劈尖,用波长,=600nm,的单色光垂直入射，假如我们要劈尖充满,n=1.40,的液体时的相邻明纹间距比劈尖内是空气时的间距缩小,l=0.5mm,那么,=?,解,(Jie),：,第二十八页，共四十页。,空气时,n,2,=1,介质时,n,2,=1.4,第二十九页，共四十页。,解,：由光栅方,(Fang),程：,4.(1),光栅衍射中,垂直入射的光中有两种波长,=5000,=6000,已知光栅常数,d=1.010,3,cm,透镜焦距,f=50cm,求两种光中第一级主极大之间的距离。,若以单缝,a=1.010,2,cm,代替光栅，该距离又为多大？,第三十页，共四十页。,单,(Dan),缝：,第三十一页，共四十页。,5,、波长范围在,450,650nm,之间的复色平行,(Xing),光垂直照射在,5000,条,/cm,刻线的光栅上。屏上第二级光谱宽度（各色光在屏上所占范围）为,35.1cm,，求透镜焦距。,解,：,d=1/5000=210,4,cm (注意：,d,比上题小了一个数量级，故 角较大，,),由,第三十二页，共四十页。,解,：,由,(You),题意知：光栅必满足,取,k,1,=2,，可得,光栅常数最小,(Xiao),值,即,6.,以氦放电管发出的光垂直照射在某光栅上，测得波长,0.668,m,的谱线的衍射角为,=20,，如果同样 角处出现,=0.447,m,的更高级次的谱线，那么该光栅常数最小是多少？,第三十三页，共四十页。,7.,已知方解石晶体的,o,光和,e,光的折射率分别为,n,0,=1.658,，,n,e,=1.486.,今将该晶体做成波晶片，插在两个,(Ge),平行的偏振片之间，晶片的厚度为,0.01mm,当以可见光,照射时，哪种波长的光不能通过第二块偏振片？（设晶片光轴方向与偏振化方向成,45,角，）,解,(Jie),：经分析，晶片应为半波片。,第三十四页，共四十页。,第三十五页，共四十页。,8.,用每毫米有,300,条刻痕的衍射光栅来检验仅含有属于红和蓝的两种单色成分的光谱。已知红谱线波长,R,在,0.630.76m,范围内,(Nei),，,蓝谱线波长,B,在,0.430.49 m,范围内。当光垂直入射到光栅时，发现在,24.46,角度处，红蓝两谱线同时出现。,(1),在什么角度下红蓝两谱线再次同时出,(Chu),现,？,(2),在什么角度下只有红谱线出现？,第三十六页，共四十页。,解,(Jie),：,对于,(Yu),红光，,对于蓝光，,同时出现的条件满足：,第三十七页，共四十页。,红光的第,4,级与蓝光的第,6,级还会,(Hui),重合，重合处的衍射角为,红,(Hong),光最大级次,取,第三十八页，共四十页。,(2),红光的第二、四级与蓝光重合，且最,多只能看到四级，所以纯红光谱的第一,(Yi),、,三级将出现,.,第三十九页，共四十页。,内容总,(Zong),结,大学物理光学知识点汇编。3、光程与光传播的几何路程的关系。(1)一系列平行的明暗相间的条纹。同一厚度e对应同一级条纹等厚条纹。1、平行于棱边的明暗相间的直条纹。相邻明或相邻暗条纹对应的膜厚差均为2n。2、侧棱处是第0级,第1条暗纹。光在传播过程中能绕过障碍物的边缘，而偏离直线传播的现象叫光的衍射。1.中央明条纹宽度即为两个第一暗纹间的范围,为。2.其它明条纹的宽度为中央明纹宽度的一半，角宽度。3.明条纹的亮度:中央明纹最亮,两侧显著递减,见图。4.条纹的位置与波长 有关,可知复色光明纹会显示色散,形成衍射光谱,。光栅衍射图样中明纹和暗纹位置可以通过干涉因子和衍射因子的极大和极小条件调制。P处的合振幅EP 就是各子波的振幅矢量和的模。P 处是多个同方向,(Xiang),、同频率、同振幅、初。1）反射、折射时的偏振布儒斯特定律,第四十页，共四十页。,