大学物理竞赛辅导——光的干涉省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

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,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,干涉条纹可见度,(Visibility of interference fringe),问题提出,:,s,1,s,2,d,D,x,O,为何？,(1),1.,非单色光入射时,只能在中央条纹附近看到有限为数不多几条干涉条纹,(,即级次,k,有限,),。,2.,单缝宽度增大时,干涉条纹变得含糊起来。,第1页,一、干涉条纹可见度,(,或对比度或衬度比,),定义,:,当,I,min,=0,暗条纹全黑时,V,=1,条纹清楚可见,;,当,Imax,=,I,min,时,V,=0,条纹含糊不清,甚至不可识别。,(2),决定可见度原因,:,振幅比,光源非单色性和宽度,可见度差,(,V,1),I,I,max,I,min,o,2,-2,4,-4,I,o,2,-2,4,-4,I,max,=4,I,1,可见度好,(,V,=1),I,min,=0,第2页,二、光源非单色性对干涉条纹可见度影响,当波长为,/2,k,+1,级明纹和波,长为,+,/2,k,级明纹恰好重合时,条纹可见度为零,这时对应光程差为实现干涉最大光程差,称为,相干长度。,x,0,1,2,3,4,5,6,0,1,2,3,4,5,-(,/2),+,(,/2),(3),合成光强,I,扬氏试验中明纹位置,:,第3页,例,(,第,10,届,):,借助于滤光片从白光中取得蓝绿色光作为扬氏干涉光源,其波长范围,=100nm,平均波长为,=490nm,求,:,干涉条纹大约从第几级开始变得含糊不清?,解:,蓝绿波长上,下限分别为,设从第,k,级变得含糊不清,取,k,=5,(,4),第4页,三、光源宽度对干涉条纹可见度影响,非相干叠加,0,s,0,A,(5),I,当线光源,s,扩展成面光源,AB,时,干涉条纹可见度降低,问题：,扩展面光源宽度,b,多大时，条纹可见度,降为零？,l,D,b,d,A,s,B,s,1,s,2,第5页,非相干叠加,0,s,0,A,I,合成光强,可见度为零,P,当点,s,光源在屏上形成干涉条纹与点,A,光源在屏上形成干涉条纹错开半级时,即在屏上它们形成光程差分布相差,/2,时,条纹可见度降为零。,如图所表示。,考查任意点,P,。,点,A,到,s,1,和,s,2,光程差为,(6),l,D,b,d,A,s,B,s,1,s,2,l,1,l,2,将以上三式联立,并略去平方项,d,2,/(2,l,),。,第6页,(7),光源极限宽度,(,又叫,临界宽度,):,当,b,b,临,时,干涉条纹消失,;,当,b,b,临,时,有干涉条纹。,若光源宽度,b,给定时,两缝之间距离,d,存在一个最大值，即,d,max,=,l,/,b,。,当,d,d,max,=,l,/,b,时干涉条纹消失,;,当,d,d,max,=,l,/,b,时,有干涉条纹。,当,/2,时，即,则干涉条纹可见度为零。,第7页,例,(,第,5,届,):,若用太阳光作光源观察双缝干涉花样,为不使条纹含糊不清,两缝间距最大值是多少?(已知太阳光发散角为1,平均波长为500,nm),解:,设,为太阳光发散角,(,8),由,d,max,=,l,/,b,l,第8页,例,(,第,6,届,):,如图,已知,1,n,1,n,3,波长为,单色平行光垂直入射到增透膜上,设三束反,射光(只考虑一次反射),a,、,b,、,c,在空气中振幅相等,欲使这三,束光相干叠加后总强度为零。,求,:,d,1,、,d,2,最小厚度?解:,a,与,b,光程差:,b,与,c,光程差:,a,与,b,相位差:,b,与,c,相位差:,用振幅矢量图求极小值,(,9),第9页,例,(,第,6,届,):,以波长,=0.6m,单色平行光束垂直入射到牛顿环装置上,观察到某一暗环,n,半径为1.56,mm,在它外面第五个暗环,m,半径为2.34,mm,。,求,:,在暗环,m,处干涉条纹间距是多少?,解法一:,暗环条件为,(,10),e,第10页,解法二:,两边取微分:,(,11),由前面可知：,第11页,例,(,第,13,届,):,如图,用,=600nm,单色光垂直照射油膜上,看到离油膜中心最近暗环半径为0.3,cm,。,求,:,(1),整个油膜上可看到暗环数目?,(2)油膜上表面球面半径?,R,d,=1.1,m,h,k,r,k,n,1,=1.2,n,2,=1.5,解:,(1)属于薄膜等厚干涉。油膜上下两个表面产生反射光干涉。,其光程差暗环条件:,有完整四个暗环，对应,k,=1,2,3,4,(1,2),k,max,=4.9,取,k,max,=4,第12页,距中心最近暗环半径为,r,4,=0.3cm,对应,k,=4,再由得,(1,3),由,并注意到,2,n,1,d,=4.4,(,2),设暗环半径为,r,k,该处油膜厚度为,d,h,k,R,d,=1.1,m,h,k,r,k,n,1,=1.2,n,2,=1.5,第13页,例,(,第,3届,):,如图光路中,PO,是薄凸透镜主光轴,A,是焦平面上与中心点,O,相隔小距离,x,一点,求,自,P,点发出经透镜折射分别至,A,光线光程与至,O,光线光程之差(用,a,f,x,表示),解:,由点光源到其象点各光线光程都相等,得,(,14),第14页,(,15),第15页,例,(,第,1,届,):,波长为,两个相干单色平行光束1、2,分别以图示入射角,入射在屏幕面,MN,上;,求,:,屏幕上干涉条纹间距?,1,2,解:,设,AB,为相邻两明纹间距,x,则相邻两明纹光程差改变量为,设,A,点两束光光程差为零,则,B,点两束光光程差为,x,(sin,+sin,),得,(,16),第16页,例,(,第,20,届,):,如图所表示,在劳埃镜试验中,平板玻璃,MN,长度,r,5.0cm,与平板玻璃垂直幕到平板,N,端距离,l,=3.0m,。线光源,s,位于,M,端正上方,离平板玻璃高度,h,=0.50mm,光源波长,=500nm,。,求,:,(1),幕上相邻干涉亮条纹间距；,(2),幕上干涉亮条纹最低级数。,M,N,h,幕,s,l,r,解：,劳埃镜干涉相当于图示杨氏双缝干涉。,(1),幕上相邻干涉亮条纹间距为,x,d,=2,h,s,D,=,r+l,l,s,o,P,(17),第17页,x,min,d,=2,h,s,D,=,r+l,l,s,o,x,P,(2),劳埃镜中,s,光线是由平板玻璃反射形成，所以在,计算,s,和,s,光线抵达,P,点光程差时必须考虑半波损失。,所以劳埃镜干涉零级亮纹位置坐标为,幕中相干区域最低点,P,坐标,x,P,由反射光最小出射角,min,确定，即有,所以，,P,为暗纹位置,最低亮纹位于,x,P,上方,x,/2,处，其级数为,20,或,21,。,(18),第18页,S,S,1,S,2,O,1,O,2,例,(,第,22,届,):,将一块凸透镜一分为二,如图放置,主光轴上物点,S,经过它们分别可成两个实像,S,1,、,S,2,实像位置如图。,(1),纸平面上作图画出可产生光相干叠加区域,;(2),纸平面相干区域中相干叠加所成亮线是什么形状,?,解,:,图中,S,1,AS,2,为相干区域。,A,(2)P,点光程差,:,P,C,B,为亮线,P,点组成以,S,1,、,S,2,为焦点部分椭圆曲线。,物点与像点间各光线光程相等,当 时，,(19),第19页,例,(,第,14,届,):,圆柱形均匀透明体底面下平放着一枚小硬币,二者间有微小间隙,且硬币厚度可忽略,设周围都是空气,若经过透明体侧壁看不到硬币,求,:,透明体折射率取值范围是多少?,解:,侧壁上发生全反射条件:,当 光线发生全反射时,全部光线都全反射,(,20),来自硬币光线,第20页,