大學物理第五版ch133-135

1、本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：13.1 光是電磁波光是電磁波13.2 光源光源 光波的疊加光波的疊加13.3 獲得相干光的方法獲得相干光的方法 楊氏實驗楊氏實驗13.4 光程與光程差光程與光程差13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉13.6 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理13.8 衍射光柵及光柵光譜衍射光柵及光柵光譜13.9 線偏振光線偏振光 自然光自然光13.10 偏振片的起偏和檢偏偏振片的起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律13.11 反射和折射產(chǎn)生的偏振反射和折射產(chǎn)生的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律13.7 單縫的夫瑯禾費衍射單縫的夫瑯禾費衍射13.3 獲得相干光的方法獲得相干光的方法 楊氏實驗楊氏實

2、驗13.3.1 楊氏雙縫實驗楊氏雙縫實驗1s2s明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置獲得相干光的方法獲得相干光的方法1. 分波陣面法分波陣面法(楊氏實驗楊氏實驗) )2. 分振幅法分振幅法( (薄膜干涉薄膜干涉) )Sl實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象暗條紋位置暗條紋位置暗條紋位置暗條紋位置22222)2(dxyDr22221)2(dxyDr22kDxd, 2 , 1 , 02) 12(kkDxd光強極?。p弱）光強極?。p弱） 光強極大光強極大(明紋明紋)位置位置 Dxdrrxdrr12122Dy, x,Dd dDkx22dDkx2) 12 (光強極大（加強）光強極大（加強） 光強極

3、小光強極小(暗紋暗紋)位置位置l理論分析理論分析【明（暗）條紋的位置】【明（暗）條紋的位置】,k210在在z軸附近觀察軸附近觀察,2, 1 ,0k中央明紋中央明紋一級明紋一級明紋一級暗紋一級暗紋二級暗紋二級暗紋xyzD),(zyxP1r2r 2S1Sdo 13.3 獲得相干光的方法獲得相干光的方法 楊氏實驗楊氏實驗r討論討論 屏上相鄰明條紋中心或相鄰暗條紋中心間屏上相鄰明條紋中心或相鄰暗條紋中心間 距為：距為：kkxxx1楊氏雙縫干涉條紋為：楊氏雙縫干涉條紋為：一系列平行、等間距一系列平行、等間距的明暗相間條紋的明暗相間條紋. .(4) 當用白光作為光源時，當用白光作為光源時，(2) 已知已知

4、 d , D 及及x , 可測可測 。(3) x 正比正比 , D ; 反比反比 d。見動畫見動畫應用：應用：1. 求入射光波長；求入射光波長； 2. 求某明紋（暗紋）的位置、相鄰明紋求某明紋（暗紋）的位置、相鄰明紋 （暗紋）間距、某色光的寬度等。（暗紋）間距、某色光的寬度等。dDx/ 13.3 獲得相干光的方法獲得相干光的方法 楊氏實驗楊氏實驗 在零級在零級白色中央條紋白色中央條紋兩邊對稱地排列著幾條兩邊對稱地排列著幾條彩色條紋彩色條紋。 r小結小結二、雙縫干涉結果二、雙縫干涉結果 一系列平行、等間距的明暗相間條紋。一系列平行、等間距的明暗相間條紋。明紋位置：明紋位置： 暗紋位置：暗紋位置：

5、,2, 1 ,0k中央明紋中央明紋一級明紋一級明紋一級暗紋一級暗紋二級暗紋二級暗紋三、雙縫明三、雙縫明(暗暗)紋位置紋位置四、相鄰明四、相鄰明(暗暗)紋距離紋距離dDx一、獲得相干光的方法一、獲得相干光的方法1. 分波陣面法分波陣面法2. 分振幅法分振幅法dDkx2) 12 (白光照射：中央白亮紋，兩側(cè)紫內(nèi)紅外彩條紋白光照射：中央白亮紋，兩側(cè)紫內(nèi)紅外彩條紋.dDkx22(1) 明紋間距分別為明紋間距分別為mm35. 00 . 110893. 5600411dDxmm035. 01010893. 5600422dDx(2) 雙縫間距雙縫間距 d 為為mm4506501089356004.xDd解

6、解 例例 雙縫干涉實驗中，用鈉光燈作單色光源，其波雙縫干涉實驗中，用鈉光燈作單色光源，其波長為長為589.3 nm，屏與雙縫的距離，屏與雙縫的距離 D=600 mm.求求 (1) d1 =1.0 mm 和和 d2 =10 mm，兩種情況相，兩種情況相鄰明條紋間距分別為多大？鄰明條紋間距分別為多大？(2) 若相鄰條紋若相鄰條紋的最小分辨距離為的最小分辨距離為 0.065 mm，能分清干涉，能分清干涉條紋的雙縫間距條紋的雙縫間距 d 最大是多少？最大是多少？x 13.3 獲得相干光的方法獲得相干光的方法 楊氏實驗楊氏實驗13.3.2 洛埃鏡（洛埃鏡（半波損失半波損失）l接觸處接觸處, 屏上屏上O

7、點出現(xiàn)點出現(xiàn)暗暗條紋條紋 半波損失半波損失 1sPMPL 13.3 獲得相干光的方法獲得相干光的方法 楊氏實驗楊氏實驗時，反射光時，反射光有有半波損失，半波損失，21nn 21nn 透射光透射光沒有沒有半波損失。半波損失。注：注：時，反射光時，反射光無無半波損失，半波損失，13.4 光程與光程差光程與光程差設設: 光波在真空中光波在真空中c 、x，在介質(zhì)中，在介質(zhì)中u 、 r一、光程一、光程1.為什么要引如光程？為什么要引如光程？k（加強條件）（加強條件）解決辦法：解決辦法：將光在將光在不同不同介質(zhì)中（在介質(zhì)中（在 t 時間）所時間）所走的幾何路程折合到真空中去。走的幾何路程折合到真空中去。在

8、同一時間在同一時間t 內(nèi)：內(nèi)： x = = c tr = u t rx ctxnrurc即即:單色光在折射率為單色光在折射率為 n 的媒介中通過的幾何路的媒介中通過的幾何路程程 r , 相當于在真空中通過了相當于在真空中通過了nr 的幾何路程。的幾何路程。2. 光程定義光程定義: 介質(zhì)折射率與光幾何路程之積介質(zhì)折射率與光幾何路程之積nr因為在相同的時間內(nèi)，光在不同的介質(zhì)中傳因為在相同的時間內(nèi)，光在不同的介質(zhì)中傳播的幾何路程不一樣。播的幾何路程不一樣。nrxn0？ 物理意義物理意義: 光程是一個折合量，在相同時間內(nèi)光程是一個折合量，在相同時間內(nèi)（或在相位改變相同的條件下），把光在介質(zhì)中（或在相位

9、改變相同的條件下），把光在介質(zhì)中傳播的路程折合到光在真空中傳播的相應路程傳播的路程折合到光在真空中傳播的相應路程.光程光程 iiirn l一束光連續(xù)通過幾種介質(zhì)一束光連續(xù)通過幾種介質(zhì) 1n2nin1r2rir結論：結論：光在相同的時間內(nèi)，在光在相同的時間內(nèi)，在不同的介質(zhì)不同的介質(zhì)中中傳播的傳播的幾何距離不同幾何距離不同，光程相同光程相同. 13.4 光程與光程差光程與光程差nrx nxr/0真空真空nnn/0介質(zhì)介質(zhì)Tt 2或或nrxn0真空波長真空波長l光程差光程差1S2Snn1r2rPd12)(rnnddrnl相位差與光程差關系相位差與光程差關系23. 相干加強與減弱條件：相干加強與減弱條

10、件：,2,1 ,0,kk,2,1 ,02,kk干涉干涉加強加強干涉干涉減弱減弱, 2 , 1 , 0,2)12(kk,2, 1 ,0, )12(kk真空中真空中光波長光波長 13.4 光程與光程差光程與光程差二、透鏡不引起附加的光程差二、透鏡不引起附加的光程差FABoFAB焦平面焦平面 13.4 光程與光程差光程與光程差原因：光程相等原因：光程相等（幾何距離不同）。（幾何距離不同）。r小結小結一、光程一、光程:nr三、相位差與光程差關系三、相位差與光程差關系2四、相干加強與減弱條件四、相干加強與減弱條件,2, 1 ,0,kk,2,1 ,02,kk 加強加強 減弱減弱,2, 1 ,0,2)12(

11、kk,2, 1 ,0,)12(kk五、透鏡不引起附加的光程差五、透鏡不引起附加的光程差nnn0二、波長關系二、波長關系P1n1n2n1M2M13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 13.5.1 等厚干涉的加強和減弱條件等厚干涉的加強和減弱條件dL考察厚度為考察厚度為 d 處光的情況處光的情況ADCDADnBCABn1232)(12nn iDC34E5A1B21. 計算光程差計算光程差2、3兩光線的兩光線的光程差為：光程差為：考慮到半波損失考慮到半波損失2ADnBCABn1232)(視具體情況定視具體情況定2cos22sin2222122rdninnd 反反射光的光程差射光的光程差2. 反射光的加強

12、與減弱條件反射光的加強與減弱條件r22k加加 強強),2, 1(k2) 12(k減減 弱弱), 2 , 1 , 0(k可知：厚度相同處光程差相同可知：厚度相同處光程差相同,干涉條紋相同干涉條紋相同. (等厚干涉等厚干涉). 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 P1n1n2n1M2MLiDC34E5A1B2d3. 透射光的加強與減弱條件（略）透射光的加強與減弱條件（略） 注意：注意：透射光和反射光干涉具有互補性透射光和反射光干涉具有互補性 ，符，符合能量守恒定律合能量守恒定律.inndt22122sin2t22k加加 強強),2, 1(k2) 12(k減減 弱弱), 2, 1 , 0(k 13.

13、5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 P1n1n2n1M2MLiDC34E5A1B2d討論光線垂直入射討論光線垂直入射 0irr12nn 若若 時時123nnn若若 時時13.5.2 薄膜干涉薄膜干涉厚度相同的薄膜厚度相同的薄膜可知：厚度相同處可知：厚度相同處光程差相同，干涉光程差相同，干涉條紋相同條紋相同等厚干涉等厚干涉222dn22dn 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 1n1n2n213d2131n3n2ndr小結小結 (等厚干涉等厚干涉)r22k加加 強強),2, 1(k2) 12(k減減 弱弱), 2 , 1 , 0(k1. 反射光的加強與減弱條件反射光的加強與減弱條件2sin222122

14、rinnd2. 薄膜干涉薄膜干涉r222dn加強與減弱條件加強與減弱條件（自己總結）（自己總結）1n1n2nP1n1n2n1M2MLiDC34E5A1B2d解解 (1)r, 2 , 1,21kkdnnm11042, 11dnknm552, 21dnknm36832, 31dnk (1) 如果太陽正位于海域上空如果太陽正位于海域上空,一直升飛機的駕駛員一直升飛機的駕駛員從機上向下觀察從機上向下觀察,他所正對的油層厚度為他所正對的油層厚度為460nm,則他則他將觀察到油層呈什么顏色將觀察到油層呈什么顏色? (2) 如果一潛水員潛入該區(qū)域水下如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到油層又將看到油層呈什么

15、顏色呈什么顏色?（略）（略） 例例 一油輪漏出的油一油輪漏出的油(折射率折射率 =1.20)污染了某海域污染了某海域, 在海水在海水( =1.30)表面形成一層薄薄的油污表面形成一層薄薄的油污.1n2n綠色綠色12dnk0n2n1nd210nnn2132/121kdn 透射光的光程差透射光的光程差tnm4 .3152/142,41dnknm7362/122, 21dnk紅光紅光nm6 .4412/132, 31dnk紫光紫光nm22082/112, 11dnkkdn2/21t (2) 如果一潛水員潛入該區(qū)域水下如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到又將看到油層呈什么顏色油層呈什么顏色?12dn2

16、 /0n2n1nd210nnn1nn 13.5.3 劈尖干涉劈尖干涉（厚度均勻變化）（厚度均勻變化）22 nd, 2 , 1,22kk明紋明紋, 1 , 0,2) 12(kk暗紋暗紋等厚干涉等厚干涉 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 1n1nndSMDTL劈尖角劈尖角b213討論光線垂直入射討論光線垂直入射nk2)21(dnk2（明紋）（明紋）（暗紋）（暗紋）討論討論結論：空氣劈尖劈棱處結論：空氣劈尖劈棱處 為暗紋為暗紋2）明）明(暗暗)紋處劈尖的厚度紋處劈尖的厚度2 1）劈尖劈棱處）劈尖劈棱處0d為暗紋為暗紋（空氣劈尖）（空氣劈尖）2/2 nd 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 Ln1n

17、D劈尖干涉劈尖干涉nn 1dd4）明）明(暗暗)條紋間距條紋間距 b nb2221nkkndd3）相鄰明）相鄰明(暗暗)紋間的厚度差紋間的厚度差bnbddtgkk2/sin1 b1 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 劈尖干涉劈尖干涉Lnn 1n1nDbb2n干涉圖樣：平行等間干涉圖樣：平行等間距的明暗相間條紋。距的明暗相間條紋。2nbbLDbn2LnbLbDn225）細絲直徑）細絲直徑 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 劈尖干涉劈尖干涉Lnn 1n1nDbb2n2n 6）干涉條紋的移動）干涉條紋的移動（等厚干涉）（等厚干涉） 每一條紋對每一條紋對應劈尖內(nèi)的應劈尖內(nèi)的一個厚度，一個厚度，當此

18、厚度位當此厚度位置改變時，置改變時，對應的條紋對應的條紋隨之移動隨之移動. 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 r小結小結3. 劈尖干涉劈尖干涉1nn 22 nd1n1nnd（1）空氣劈尖劈棱處為暗紋）空氣劈尖劈棱處為暗紋（3）明（暗）條紋間距明（暗）條紋間距22nnd（2）相鄰明相鄰明(暗暗)紋間的厚度差紋間的厚度差nb2（4）細絲直徑細絲直徑LnbD2nk2)21(dnk2（明紋）（明紋）（暗紋）（暗紋）例例 有一玻璃劈尖有一玻璃劈尖 , 放在空氣中放在空氣中, 劈尖夾角劈尖夾角rad1085 , 用波長用波長 的單色光垂的單色光垂直入射時直入射時 , 測得干涉條紋的寬度測得干涉條紋的寬度 , 求求 這玻璃的這玻璃的 折射率折射率.nm589mm4 . 2b解解nb253. 1m104 . 21082m1089. 5357nbn2 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 Lnb構成：由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成。構成：由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成。22 nd光程差光程差) 1( n 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 d213n（厚度均勻變化）（厚度均勻變化）22222)(ddRd