物理公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

作業(yè)(13)答案1、2、綠光3、O

設(shè)云母片厚度為d，兩光抵達(dá)O點(diǎn)光程差為

加上云母片后O點(diǎn)是第七級(jí)明紋，則①②mm第1頁指縫衍射剃須刀片衍射15-4光衍射——單縫衍射1、光衍射現(xiàn)象光在傳播中若碰到尺寸比光波長(zhǎng)大得不多障礙物時(shí)，它就繞過障礙物抵達(dá)偏離直線傳播區(qū)域，并展現(xiàn)明暗相間條紋，這就是光衍射現(xiàn)象。一、惠更斯——菲涅耳原理第2頁單縫衍射*圓孔衍射*第3頁2、惠更斯——菲涅耳原理惠更斯——菲涅耳原理：從同一波面上各點(diǎn)發(fā)出次波（子波）是相干波，下一時(shí)刻空間某點(diǎn)振動(dòng)由各次波在該點(diǎn)引起振動(dòng)相干疊加所決定。介質(zhì)中波動(dòng)傳到各點(diǎn)，都可以看作是發(fā)射子波波源，在其后任一時(shí)刻，這些子波包絡(luò)就是新波前——惠更斯原理。：波陣面上面元

(子波波源)：時(shí)刻波陣面*第4頁3、菲涅爾衍射與夫瑯禾費(fèi)衍射菲涅爾衍射縫

光源、屏與縫相距有限遠(yuǎn)夫瑯禾費(fèi)衍射光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)縫在試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射第5頁二、單縫夫瑯禾費(fèi)衍射衍射角（衍射角：向上為正，向下為負(fù)）縫邊緣A、B兩點(diǎn)發(fā)出抵達(dá)點(diǎn)Q光程差為：怎樣分析Q點(diǎn)明暗呢？第6頁Q1、分析Q點(diǎn)明暗：采用“半波帶法”將波面AB提成許多等寬度縱長(zhǎng)條帶，并使相鄰兩條帶上對(duì)應(yīng)點(diǎn)發(fā)出光光程差為半個(gè)波長(zhǎng)，這樣條帶稱為半波帶。A1

AB分為兩個(gè)半波帶AA1和A1B，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)發(fā)出光光程差都是/2，相位差都為，在Q點(diǎn)處干涉相消，因而在Q處出現(xiàn)暗條紋?？p長(zhǎng)第7頁AB分為三個(gè)半波帶，兩個(gè)相鄰半波帶發(fā)出光干涉相消，剩一種半波帶發(fā)出光未被抵消，因而在Q處出現(xiàn)明條紋。3)當(dāng)=0時(shí)，asin=0即各光光程差為0，通過透鏡后會(huì)聚在焦平面上，形成中央級(jí)明紋中心。第8頁干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）（介于明暗之間）2k個(gè)半波帶2k+1個(gè)半波帶中央明紋中心總結(jié)（個(gè)半波帶）第9頁2、光強(qiáng)分布干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）第10頁

例題在單縫衍射試驗(yàn)中，透鏡焦距f=0.5m，入射光波長(zhǎng)為500nm，縫寬a=0.1mm。求：中央明紋寬度和第一級(jí)明紋寬度。

解：中央明紋寬度l0等于兩個(gè)第一級(jí)暗條紋之間距離，設(shè)x1為第一級(jí)暗紋與中心點(diǎn)之間距離，則

第一級(jí)明紋寬度l1等于第一級(jí)暗條紋與第二級(jí)暗條紋之間距離。fx1a第11頁(1)當(dāng)入射光波長(zhǎng)一定期，縫寬越小，條紋分布越稀，光衍射越明顯。縫寬變大時(shí)，條紋變密，當(dāng)縫寬a>>時(shí)，各級(jí)明條紋向中央靠攏，辨別不清，顯出單一明條紋，這時(shí)光沿著直線傳播。因此幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)極限情形。(2)當(dāng)縫寬度一定期，入射光波長(zhǎng)越大，明紋寬度越大；若用白光照射，中央明紋仍為白色，其他各級(jí)條紋是紫色在內(nèi)，紅色在外彩色條紋。討論：中央明紋寬度相鄰兩暗條紋中心間距3、衍射條紋寬度第12頁單縫寬度變化時(shí)條紋寬度變化第13頁入射波長(zhǎng)變化，衍射效應(yīng)怎樣變化第14頁例題一單色平行光垂直入射一單縫，其衍射第三級(jí)明紋位置恰好與波長(zhǎng)為600nm單色光垂直入射該縫時(shí)衍射第二級(jí)位置重疊，試求該單色光波長(zhǎng)。解：

第15頁許多等寬度、等距離狹縫（或放射面）排列起來形成光學(xué)元件。類型：透射光柵，反射光柵。反射光柵透射光柵透光縫寬度a

遮光部分寬度b光柵常數(shù)大小15-5光柵衍射一、衍射光柵第16頁衍射角光柵衍射試驗(yàn)裝置光柵各縫發(fā)出光是相干光，其衍射圖樣是彼此重疊，這些光疊加就形成了多光束干涉，因此，光柵衍射是衍射與多光束干涉總效果。第17頁

若光垂直入射，相鄰兩縫對(duì)應(yīng)光線光程差：二、光柵方程光柵常數(shù)：衍射角1、主極大

光柵方程由各縫發(fā)出光在P點(diǎn)加強(qiáng)，P點(diǎn)處形成明條紋，且光強(qiáng)是本來N2倍，稱為光柵衍射主極大。第18頁2、暗紋條件N越大，即光柵中狹縫條數(shù)越多，屏幕上明條紋變得越亮和越細(xì)窄。闡明在兩個(gè)主極大之間有N-1個(gè)最小和N-2個(gè)次極大，但次極大靠得很近，且光強(qiáng)很弱，實(shí)際觀測(cè)不到。相對(duì)光強(qiáng)在幾乎黑暗背景上出現(xiàn)了幾條又細(xì)又亮條紋。第19頁第20頁3、缺級(jí)現(xiàn)象：

即

角方向既是光柵衍射某一級(jí)主極大，又是單縫衍射光強(qiáng)為零方向，則光柵衍射光譜中缺乏這一級(jí)明條紋，稱為缺級(jí)現(xiàn)象。例：a=b

時(shí)，2，4，6，缺級(jí)a+b=3a

時(shí)，k=3kk=2k3，6，9，缺級(jí)第21頁缺缺缺缺7654321012345670第22頁三、光柵光譜對(duì)同一級(jí)次，越大，越大，入射光為白光時(shí)，光柵把不一樣樣波長(zhǎng)光分開來，形成光譜。一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜第23頁例題1波長(zhǎng)為500nm單色平行光垂直地照射在一衍射光柵上，光柵常數(shù)為2.0×10-3cm，光柵背面放一焦距為2.0m透鏡把衍射光會(huì)聚在接受屏上。求第一譜線與第三譜線間距離。

設(shè)第一、第三級(jí)譜線衍射角分別為1

和3

；第一、第三級(jí)譜線到中央亮條紋中心距離分別為x1和x3

則由于1和3都很小，因此解：第24頁例題2用波長(zhǎng)為589.3nm平行鈉光垂直照射光柵，已知光柵上每毫米有500條刻痕，且透明和不透明寬度相等，問最多能觀測(cè)到幾條亮條紋？解：由已知由于屏是無限大，最大衍射角應(yīng)是±/2可以接受到7條譜線，k=±2譜線消失因此屏上可接受到5條譜線，其值分別為0、±1、±3但有缺級(jí)，其k值為第25頁作業(yè)(14)答案2、1、3、（明）(1)n=1,(2)n=1.33,第26頁機(jī)械波穿過狹縫15-7光偏振性馬呂斯定律光是電磁波，是變化電場(chǎng)和變化磁場(chǎng)傳播過程。其中E矢量稱為光矢量。光矢量振動(dòng)方向總是和光傳播方向垂直。EH傳輸方向光波是橫波第27頁通光方向一、光偏振態(tài)1、線偏振光光矢量只沿某一固定方向振動(dòng)光。符號(hào)表示振動(dòng)面第28頁2、圓偏振光和橢圓偏振光橢圓偏振光光矢量端點(diǎn)在垂直于光傳播方向截面內(nèi)描繪出橢圓軌跡。檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強(qiáng)兩強(qiáng)兩弱。圓偏振光光矢量端點(diǎn)在垂直于光傳播方向截面內(nèi)描繪出圓形軌跡。檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強(qiáng)無變化。第29頁自然光可當(dāng)作是兩個(gè)振動(dòng)方向正交，沒有恒定相位關(guān)系，等振幅線偏振光混合。一般光源發(fā)出光中，包括著各個(gè)方向光矢量在所有也許方向上振幅都相等（軸對(duì)稱）這樣光叫自然光。符號(hào)表示3、自然光

某一方向光振動(dòng)比與之垂直方向上光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)光為部分偏振光。符號(hào)表示4、部分偏振光

——線偏振光與自然光混合第30頁二、偏振片馬呂斯定律二向色性：某些物質(zhì)能吸取某一方向光振動(dòng)，而只讓與這個(gè)方向垂直光振動(dòng)通過，這種性質(zhì)稱二向色性。

偏振片：涂有二向色性材料透明薄片。偏振化方向：當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向光通過，這個(gè)方向叫此偏振片偏振化方向。偏振化方向自然光線偏振光1、偏振片第31頁最亮最暗自然光偏振光檢偏器起偏器第32頁偏振光通過旋轉(zhuǎn)檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化；自然光通過旋轉(zhuǎn)檢偏器，光強(qiáng)不變。注意第33頁2、馬呂斯定律設(shè)P1、P2分別表達(dá)起偏器和檢偏器偏振化方向，為它們之間夾角P1P2

設(shè)投到檢偏器和透過檢偏器光強(qiáng)分別為I1和I2，則——馬呂斯定律一束自然光通過一塊偏振片時(shí)，其光強(qiáng)變?yōu)楸緛矶种?。注意?4頁例題一束光是線偏振光與自然光混合，合光強(qiáng)為I0，當(dāng)它通過一塊偏振片時(shí)，發(fā)現(xiàn)透射光強(qiáng)隨偏振片取向可變化5倍，不計(jì)吸取，求入射光束中這兩個(gè)成分所占比例。

解：設(shè)該光束中自然光強(qiáng)度為I10，線偏振光強(qiáng)度為I20，則由馬呂斯定律，該光束通過偏振片后光強(qiáng)為：且

Imax=5Imin第35頁

在兩塊正交偏振片P1、P3之間插入另一塊偏振片P2

，光強(qiáng)為I0

自然光垂直入射于偏振片P1，討論轉(zhuǎn)動(dòng)P2透過P3光強(qiáng)I與轉(zhuǎn)角關(guān)系。討論第36頁若在0~2間變化，I3怎樣變化？第37頁15-8反射和折射偏振現(xiàn)象布儒斯特定律自然光反射光折射光—垂直振動(dòng)能量不小于平行振動(dòng)能量—平行振動(dòng)能量不小于垂直振動(dòng)能量iMN理論和實(shí)踐都證明：反射光和折射光偏振化程度與入射角i有關(guān)

反射光是偏振光，且光振動(dòng)垂直于入射面，而折射光仍為部分偏振光。

當(dāng)入射角等于某一特定值i0

，i0滿足：部分偏振光部分偏振光自然光第38頁

i0叫布儒斯特角，或稱為全偏振角。這時(shí)折射光偏振化程度最大。i0MN可以證明：當(dāng)入射角等于全偏振角時(shí)，反射光線和折射光線垂直。證明：比較上兩式得：即反射光線和折射光線垂直。r第39頁闡明：1、當(dāng)入射角等于全偏振角時(shí)，反射光是全偏振光，光振動(dòng)垂直于入射面，但光強(qiáng)很弱，垂直振動(dòng)能量約有15％被反射；折射光是部分偏振光，光強(qiáng)很大，85％垂直振動(dòng)能量及所有平行振動(dòng)能量都被折射。2、為了增強(qiáng)反射光強(qiáng)度及折射光偏振化程度，可用多層玻璃進(jìn)行折射