大学物理下册干涉习题.pptx

1.相干光相干光2.获得相干光的方法：获得相干光的方法：一、相干光一、相干光明纹明纹暗纹暗纹 k=0,1,23.明暗纹条件明暗纹条件 同频、同振向、相位差恒定同频、同振向、相位差恒定;分波面法和分振幅法分波面法和分振幅法明纹明纹暗纹暗纹杨氏杨氏双缝双缝干涉干涉特点特点:等间距等间距二、典型干涉二、典型干涉 明纹明纹暗纹暗纹k=0.1.2*SS2*S1k=+1k=-2k=+2k=0k=-1Ix三、薄膜干涉三、薄膜干涉（1）薄膜干涉的光程差与明暗纹条件）薄膜干涉的光程差与明暗纹条件（2）等倾干涉条纹）等倾干涉条纹 d 定，定，i变，等倾变，等倾i 定，定，d变，等厚变，等厚同心圆环，同一条纹来自同一倾角的入射光形成。同心圆环，同一条纹来自同一倾角的入射光形成。半径小的圆环级次高。反射光的干涉图样与透射光半径小的圆环级次高。反射光的干涉图样与透射光的干涉图样互补。的干涉图样互补。（3）等厚干涉条纹（光线垂直入射）等厚干涉条纹（光线垂直入射）动镜移动距离与条纹移动数的关系：动镜移动距离与条纹移动数的关系：劈尖：明暗相间的与棱边平行的等间距的直条纹。劈尖：明暗相间的与棱边平行的等间距的直条纹。条纹间距：条纹间距：相邻明（暗）纹间劈尖的厚度差：相邻明（暗）纹间劈尖的厚度差：牛顿环：内疏外密的同心圆环，半径大的圆环级次高。牛顿环：内疏外密的同心圆环，半径大的圆环级次高。（4）迈克尔干涉仪）迈克尔干涉仪例例1：单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面反射单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚度为的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚度为d，且且n1n3，1为入射光在为入射光在n1中的波长，则两束反射光的光中的波长，则两束反射光的光程差为程差为A 2n2dB 2n2d 1/(2n1)C 2n2d 1n1/2D 2n2d 1n2/2答：答：Cn1n2n3入入射射光光反射光反射光1反射光反射光2d例例2：如图所示，如图所示，S1和和S2为两个同相的相干点光源，从为两个同相的相干点光源，从S1 和和S2到观察点到观察点P的距离相等，的距离相等，即即S1PS2P。相干光束相干光束1和和2 分别穿过分别穿过折折射率为射率为n1和和n2、厚度皆为厚度皆为t的透明薄片，它们的透明薄片，它们 的光程差为的光程差为 (n2n1)tPS1S2n2n112dn1n2n3例例4：如图：如图 n1n2n3,则两束反射光在相遇点的则两束反射光在相遇点的相位差相位差为为A 4 n2d/B 2 n2d/C 4 n2d/+D 2 n2d/答：答：A例例3：如图所示，两缝：如图所示，两缝S1和和S2之间的距离为之间的距离为d，媒质的折射媒质的折射率为率为n=1，平行单色光斜入射到双缝上，入射角为平行单色光斜入射到双缝上，入射角为，则，则屏幕上屏幕上P点处，两相干光的光程差为点处，两相干光的光程差为 dPor1r2例例5：如图所示，假设有两个同相的相干点光源如图所示，假设有两个同相的相干点光源S1和和S2，发发出波长为出波长为 的光。的光。A是它们连线的中垂线上的一点。若在是它们连线的中垂线上的一点。若在S1与与A之间插入厚度为之间插入厚度为d、折射率为折射率为n的薄片，则两光源发的薄片，则两光源发出的光在出的光在A点的位相差点的位相差 ；若已知；若已知 5000，n=1.5，A点恰为第四级明纹中心，则点恰为第四级明纹中心，则d=ns1s2Ae解：解：例例6：用波长为用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖上，从反的单色光垂直照射到空气劈尖上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为射光中观察干涉条纹，距顶点为L处是暗条纹，使劈尖角处是暗条纹，使劈尖角 连续变大，直到该点处再次出现暗条纹为止。劈尖角的连续变大，直到该点处再次出现暗条纹为止。劈尖角的改变量改变量是是 。L 解：解：例例7：在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，插入一块折射：在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，插入一块折射率为率为n，厚度为厚度为d的透明薄片。插入这块薄片使这条光路的的透明薄片。插入这块薄片使这条光路的光程改变了光程改变了 2(n1)d例例8：若在迈克尔逊干涉仪的可动反射镜：若在迈克尔逊干涉仪的可动反射镜M移动移动0.620mm的过程中，观察到干涉条纹移动了的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用光波的条，则所用光波的波长为波长为 例例9.如如图图，S1、S2是是两两个个相相干干光光源源，它它们们到到P点点的的距距离离分分别别为为r1和和r2路路径径S1P垂垂直直穿穿过过一一块块厚厚度度为为t1，折折射射率率为为n1的的介介质质板板，路路径径S2P垂垂直直穿穿过过厚厚度度为为t2，折折射射率率为为n2的的另另一一介介质质板板，其其余余部部分分可可看看作作真真空空，这这两两条条路路径的光程差等于径的光程差等于A.B.C.D.答：答：B 例例10双双缝缝干干涉涉实实验验装装置置如如图图所所示示，双双缝缝与与屏屏之之间间的的距距离离D120cm，两两缝缝之之间间的的距距离离d0.50mm，用用波波长长 500nm(1 nm=109m)的单色光垂直照射双缝的单色光垂直照射双缝(1)求求原原点点O(零零级级明明条条纹纹所所在在处处)上上方方的的第第五五级级明明条纹的坐标条纹的坐标x (2)如如果果用用厚厚度度l1.0102mm，折折射射率率n1.58的的透透明明薄薄膜膜复复盖盖在在图图中中的的S1缝缝后后面面，求求上上述述第第五五级级明条纹的坐标明条纹的坐标x=19.9 mm解：解：(1)(1)dx/D kxDk /d=(12005500106/0.50)mm=6.0 mm (2)(2)考虑零级明条纹，考虑零级明条纹，零级明纹上移零级明纹上移零级上方的第五级明条纹坐标零级上方的第五级明条纹坐标如图半导体测硅片表面氧化膜，腐蚀成劈尖形，用如图半导体测硅片表面氧化膜，腐蚀成劈尖形，用钠光钠光 5893 照射，在氧化膜表面恰好看到五个明照射，在氧化膜表面恰好看到五个明纹。求（纹。求（1）最大膜厚）最大膜厚dmax；（；（2）若若d=0.6 m，用绿用绿光光 550nm，可见几条亮纹？可见几条亮纹？解（解（1）无半波损失无半波损失氧化膜氧化膜硅硅k=0,1,2,.因为可见因为可见5条明纹，所以条明纹，所以 k4（2）所以所以k=3，可见四条亮条纹可见四条亮条纹在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，屏屏幕幕E上上的的P点点处处是是明明条条纹纹若若将将缝缝S2盖盖住住，并并在在S1 S2连连线线的的垂垂直直平平分分面面处处放放一高折射率介质反射面一高折射率介质反射面M，如图所示，则此时，如图所示，则此时 (A)P点处仍为明条纹点处仍为明条纹 (B)P点处为暗条纹点处为暗条纹 (C)不能确定不能确定P点处是明条纹还是暗条纹点处是明条纹还是暗条纹 (D)无干涉条纹无干涉条纹 答：答：B 例例:在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若单单色色光光源源S到到两两缝缝S1、S2距距离离相相等等，则则观观察察屏屏上上中中央央明明条条纹纹位位于于图图中中O处处现现将光源将光源S向下移动到示意图中的向下移动到示意图中的S 位置，则位置，则 (A)中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变 (B)中央明条纹向上移动，且条纹间距不变中央明条纹向上移动，且条纹间距不变 (C)中央明条纹向下移动，且条纹间距增大中央明条纹向下移动，且条纹间距增大 (D)中央明条纹向上移动，且条纹间距增大中央明条纹向上移动，且条纹间距增大 答答:B 例例:在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，波波长长 550 nm的的单单色色平平行行光光垂垂直直入入射射到到缝间距缝间距a2104 m的双缝上，屏到双缝的距离的双缝上，屏到双缝的距离D2 m求：求：(1)中央明纹两侧的两条第中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距；级明纹中心的间距；(2)用用一一厚厚度度为为d6.6105 m、折折射射率率为为n1.58的的玻玻璃璃片片覆覆盖盖一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？(1 nm=109 m)解：解：(1)x20 D /a 0.11 m(2)覆盖云玻璃后，零级明纹应满足覆盖云玻璃后，零级明纹应满足(n1)dr1r2设不盖玻璃片时，此点为第设不盖玻璃片时，此点为第k级明纹，则应有级明纹，则应有 r2r1k 所以所以 (n1)d=k k(n1)d/6.967零级明纹移到原第零级明纹移到原第7级明纹处级明纹处 例例:在在图图示示的的双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若用用薄薄玻玻璃璃片片(折折射射率率n11.4)覆覆盖盖缝缝S1，用用同同样样厚厚度度的的玻玻璃璃片片(但但折折射射率率n21.7)覆覆盖盖缝缝S2，将将使使原原来来未未放放玻玻璃璃时时屏屏上上的的中中央央明明条条纹纹处处O变变为为第第五五级级明明纹纹设设单单色色光光波波长长 480 nm(1nm=109m)，求求玻玻璃璃片片的的厚厚度度d(可可认认为为光光线垂直穿过玻璃片线垂直穿过玻璃片)解：解：原来，原来，覆盖玻璃后覆盖玻璃后 (n2n1)d5 =8.0106 m