第十二章物理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

10/10/1第1页自古以来神奇光一直吸引着人们：自古以来神奇光一直吸引着人们：光是什么？是粒子、是波、是能量？光光是什么？是粒子、是波、是能量？光怎样从物质中发出？又怎样成为物质一部怎样从物质中发出？又怎样成为物质一部分？光速为何是宇宙物质运动极限？分？光速为何是宇宙物质运动极限？有些科学已作了回答，有些还在争论不休。有些科学已作了回答，有些还在争论不休。但毕竟想方设法去了解光，已带来了物理但毕竟想方设法去了解光，已带来了物理学一场又一场革命！学一场又一场革命！10/10/2第2页（1 1）以）以牛顿牛顿为代表为代表微粒说微粒说几何光学几何光学（2 2）以）以惠更斯惠更斯为代表为代表波动说波动说波动光学波动光学（3 3）以）以爱因斯坦爱因斯坦为代表为代表量子说量子说量子光学量子光学量子光学量子光学物理光学物理光学光学光学几何光学几何光学波动光学波动光学光偏振光偏振光衍射光衍射光干涉光干涉两个或多个光波在空间相遇时，两个或多个光波在空间相遇时，使一些地方光强使一些地方光强度一直加强，度一直加强，而而使另一些地方光强度一直减弱，使另一些地方光强度一直减弱，结果使光强度形成稳定分布结果使光强度形成稳定分布光干涉光干涉光学含有代表性学说光学含有代表性学说10/10/3第3页12.1 杨氏双缝干涉试验杨氏双缝干涉试验一、取得相干光方法一、取得相干光方法1.光波光波(1)光波是电磁光波是电磁波波(2)光速光速 c=3.0108m/s(3)光波是横波光波是横波(4)只考虑只考虑 振动振动光矢量光矢量光振动光振动我开了两盏灯，我开了两盏灯，为何没看见干为何没看见干涉条纹涉条纹?干涉是有条件干涉是有条件!10/10/4第4页2.光源发光复杂性光源发光复杂性光是由光源中原子或分子能量光是由光源中原子或分子能量状态发生跃迁时辐射出来状态发生跃迁时辐射出来0基态基态激发态(1)大量原子、分子独立发出大量原子、分子独立发出光，频率不一样光，频率不一样(2)原子、分子发光是间歇原子、分子发光是间歇两个独立光源不能组成相干光；两个独立光源不能组成相干光；即使是同一个原子即使是同一个原子发出前后两列波，也极难确保同时满足三个相干条发出前后两列波，也极难确保同时满足三个相干条件。件。要取得相干光需要采取特殊方法要取得相干光需要采取特殊方法.10/10/5第5页3.取得相干光方法取得相干光方法把同一光源把同一光源同一点同一点发出光设发出光设法分成法分成两部分两部分,然后再相遇然后再相遇光源光源P一点一点二、杨氏双缝干涉试验二、杨氏双缝干涉试验10/10/6第6页1.1.形成明纹、暗纹条件形成明纹、暗纹条件dD=明纹明纹暗纹暗纹10/10/7第7页2.2.明纹、暗纹位置明纹、暗纹位置(中心位置中心位置)=明纹明纹暗纹暗纹明纹中心位置明纹中心位置:暗纹中心位置暗纹中心位置:3.相邻明纹相邻明纹(或暗纹或暗纹)间距离间距离dD10/10/8第8页4.4.结论结论dD(1)明、暗条纹等间距明、暗条纹等间距地分布在中央明纹两侧地分布在中央明纹两侧(2)因为光波波长因为光波波长很很小小,要产生清楚可见干要产生清楚可见干涉条纹涉条纹,必须要求必须要求Dd(3)若若D、d不变不变,x正比于波长正比于波长,波长波长大大小小红红紫紫条纹稀条纹稀条纹密条纹密10/10/9第9页o紫紫红红紫紫红红k级级x紫紫红红k+1级级(2级级)白光白光白色白色波波长长大大小小红红紫紫(4)用白光照射用白光照射 中央明纹是白色中央明纹是白色 其余各级条纹是其余各级条纹是紫紫到到红红彩色光带彩色光带 彩色光带宽度彩色光带宽度 当级数高到一定程度时当级数高到一定程度时,有重迭现象有重迭现象假设从第假设从第K级开始重迭级开始重迭说明从第说明从第2级开始重迭级开始重迭在重迭区域波程差相等在重迭区域波程差相等=10/10/10第10页三、其它分波阵面干涉试验三、其它分波阵面干涉试验1.菲涅耳双棱镜试验菲涅耳双棱镜试验2.菲涅耳双面镜试验菲涅耳双面镜试验10/10/11第11页D3.洛埃镜试验洛埃镜试验应该是明纹。应该是明纹。但实际却是暗纹！但实际却是暗纹！该试验证实：该试验证实：光也含有半光也含有半波损失！波损失！P10/10/12第12页四、光程和光程差四、光程和光程差1.光程光程dDn条纹下移条纹下移明明 暗暗 明明真空真空媒质媒质n光在媒质中传输几光在媒质中传输几何旅程何旅程r与媒质折射与媒质折射率率n乘积乘积nrnr10/10/13第13页2.光程差光程差3.位相差与光程差关系位相差与光程差关系4.利用光程差表示干涉加强、减弱条件利用光程差表示干涉加强、减弱条件=明纹明纹暗纹暗纹明纹明纹暗纹暗纹5.光经过薄透光经过薄透镜时不产生附镜时不产生附加光程差加光程差10/10/14第14页dDn例例1:讨论双缝干涉装置讨论双缝干涉装置一缝后插入透明媒一缝后插入透明媒质质,屏幕上条纹移屏幕上条纹移动问题动问题解解:真空中真空中:中央明纹中央明纹插入媒质插入媒质:(1)讨论讨论S2后面插入折后面插入折射率为射率为n,厚度为厚度为 透透明媒质明媒质10/10/15第15页中央明纹中央明纹在在O点下方点下方条纹下移条纹下移条纹间距不变条纹间距不变(2)S1后面插入媒质后面插入媒质中央明纹中央明纹在在O点上方点上方条纹上移条纹上移条纹间距不变条纹间距不变结论结论:干涉条干涉条纹向光纹向光程增大程增大一侧移一侧移动动,条条纹间距纹间距不变不变10/10/16第16页 以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.2mm双缝上双缝上,双缝与屏垂直距双缝与屏垂直距离为离为1m.从第一级明纹到同侧第四级明纹间距离为从第一级明纹到同侧第四级明纹间距离为7.5mm,求单色光波长求单色光波长?例例2:解解：(1)d=0.2mm D=1m（2）若入射光波长为若入射光波长为6000 ,求相邻两明纹间距求相邻两明纹间距?10/10/17第17页解：光程差改变解：光程差改变条纹移动条纹移动 N=4杨氏双缝试验，杨氏双缝试验，=500nm=500nm，在一光路中插入玻，在一光路中插入玻璃片（璃片（n=1.5n=1.5）后）后O O点变为点变为4 4级明纹中心。级明纹中心。求：求：玻璃片厚度。玻璃片厚度。例例3:10/10/18第18页1.1.形成明纹、暗纹条件形成明纹、暗纹条件明纹明纹暗纹暗纹d dD D2.2.明纹、暗纹位置明纹、暗纹位置(中心位置中心位置)明纹中心位置明纹中心位置:暗纹中心位置暗纹中心位置:3.相邻明纹相邻明纹(或暗纹或暗纹)间距离间距离杨氏双缝干涉试验杨氏双缝干涉试验小小 结结10/10/19第19页o紫紫红红紫紫红红k级级x紫紫红红k+1级级(2级级)白光白光白色白色波波长长大大小小红红紫紫4。用白光照射。用白光照射 中央明纹是白色中央明纹是白色 其余各级条纹是其余各级条纹是紫紫到到红红彩色光带彩色光带 彩色光带宽度彩色光带宽度 当级数高到一定程度时当级数高到一定程度时,有重迭现象有重迭现象假设从第假设从第K级开始重迭级开始重迭说明从第说明从第2级开始重迭级开始重迭在重迭区域波程差相等在重迭区域波程差相等=10/10/20第20页干涉条纹向光程增大一侧移动干涉条纹向光程增大一侧移动,条纹间距不变条纹间距不变5。条纹移动问题。条纹移动问题6。光程和光程差。光程和光程差（1）光程光程（2）光程差光程差（3）位相差与光程差关系位相差与光程差关系（4）光经过薄透镜时不产生附加光程差光经过薄透镜时不产生附加光程差10/10/21第21页12.2 12.2 劈尖干涉和牛顿环干涉劈尖干涉和牛顿环干涉一、劈尖干涉一、劈尖干涉1.形成明、暗纹条件形成明、暗纹条件明纹明纹暗纹暗纹棱边：棱边：劈尖干涉图样是一系列平行于劈尖干涉图样是一系列平行于棱边明、暗相间直条纹棱边明、暗相间直条纹棱边棱边K取值：取值：10/10/22第22页2.相邻两明纹相邻两明纹(或暗纹或暗纹)所对应膜厚度差所对应膜厚度差3.相邻两明纹相邻两明纹(或暗纹或暗纹)间距离间距离(1)条纹是等间距条纹是等间距(2)条纹间距与条纹间距与相关相关10/10/23第23页4.条纹移动与膜厚改变量之间关系条纹移动与膜厚改变量之间关系 K K级明纹级明纹MM点光程差改变点光程差改变M点移动一个条纹点移动一个条纹M点移动一个条纹点移动一个条纹膜厚度改变膜厚度改变 M点移动点移动N个条纹个条纹膜厚度改变膜厚度改变 介质中介质中10/10/24第24页相邻两条明纹间距相邻两条明纹间距5.劈尖干涉应用劈尖干涉应用(1)测量微小长度和微小角度测量微小长度和微小角度干涉膨涨仪干涉膨涨仪(2)测量长度微小改变测量长度微小改变 样品长度改变量样品长度改变量样品原长样品原长温度改变量温度改变量10/10/25第25页平面上有平面上有凸起凸起平面上有平面上有凹坑凹坑待测待测标准标准(3)检验平面质量检验平面质量条条 纹纹 偏偏 向向 膜膜 (空气空气)厚部分厚部分条条 纹纹 偏偏 向向 膜膜(空气空气)薄部分薄部分条纹为平行于条纹为平行于棱边直条纹棱边直条纹平面平整平面平整光洁光洁10/10/26第26页牛顿环牛顿环特点：牛顿环特点：级级次次内低外高内低外高 间距间距内疏外密内疏外密BCAO明环明环暗环暗环K取值：取值：1.形成明、暗环条件形成明、暗环条件接触点：接触点：二、牛顿环二、牛顿环10/10/27第27页BCAO2.明、暗环半径明、暗环半径10/10/28第28页压压环外扩：环外扩：压压环内缩：环内缩：(3)检验透镜表面曲率检验透镜表面曲率 (2)测凸透镜曲率半径测凸透镜曲率半径3.牛顿环应用牛顿环应用 (1)测波长测波长要打磨中央部分要打磨中央部分要打磨边缘部分要打磨边缘部分10/10/29第29页三、增透膜和增反膜三、增透膜和增反膜1.增透膜：增透膜：使反射光干涉减弱、使反射光干涉减弱、透射光透射光干涉加强干涉加强薄膜薄膜 应用在：应用在：显微镜、摄影机、望远镜透镜等。显微镜、摄影机、望远镜透镜等。2.增反膜：增反膜：应用在：应用在：眼镜、轿车玻璃、激光器谐振腔内反射镜等。眼镜、轿车玻璃、激光器谐振腔内反射镜等。直射到膜表面，欲使反射光中直射到膜表面，欲使反射光中=550nm 成份相消，成份相消，求：求：膜最小厚度。膜最小厚度。例例1：玻璃玻璃 n3=1.5，镀镀MgF2 n2=1.38，放在，放在 空气中，白光垂空气中，白光垂解：解：使透射光干涉减弱、使透射光干涉减弱、反射光反射光干涉加强干涉加强薄膜薄膜 10/10/30第30页12.3 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪一一、仪器结构：、仪器结构：(固定固定)分光板分光板赔偿板赔偿板观察孔观察孔二、仪器原理：二、仪器原理：光干涉原理。光干涉原理。(1)当当 时时等厚空气膜等厚空气膜等倾干涉等倾干涉（2）当）当 不严格垂直不严格垂直 时时形成空气劈尖形成空气劈尖等厚干涉等厚干涉(可动可动)10/10/31第31页三、仪器应用：三、仪器应用：1.测量微小长度：测量微小长度：（可测不透明物体）（可测不透明物体）(2)在光路上加透明物在光路上加透明物体体测厚度测厚度（实际还可测（实际还可测 等）等）（固定）（固定）分光板分光板赔偿板赔偿板观察孔观察孔10/10/32第32页例例2:解：解：两块折射率为两块折射率为 1.6 标准平面玻璃之间形成一个空气标准平面玻璃之间形成一个空气劈尖，用劈尖，用=600nm 单色光垂直入射，产生等厚干涉条单色光垂直入射，产生等厚干涉条纹。当劈尖内充纹。当劈尖内充 入入n=1.4 液体时，条纹间距比空气时液体时，条纹间距比空气时缩小缩小 =0.5mm,那么劈尖角那么劈尖角=？10/10/33第33页例例3:牛顿环干涉试验，已知凸透镜曲率半径牛顿环干涉试验，已知凸透镜曲率半径 ，牛顿环最大半径牛顿环最大半径 ，若入射光波长若入射光波长 。求：求：（1）可产生多少个环形干涉条纹。可产生多少个环形干涉条纹。（2）若把该装置浸没在水中（）若把该装置浸没在水中（），），会看会看 到多少环形干涉条纹。到多少环形干涉条纹。解：解：由明环半径：由明环半径：则：则：（1）真空时：）真空时：，则：，则：即：即：只能看到只能看到34条条纹。条条纹。（2）有介质时：）有介质时：，则：，则：即：即：能看到能看到45条条纹。条条纹。10/10/34第34页例例4 4：在一平玻璃上放一平凹透镜，薄膜层为空气在一平玻璃上放一平凹透镜，薄膜层为空气(1)(1)边缘是明纹还是暗纹？边缘是明纹还是暗纹？(2)(2)最多能看到几级暗纹最多能看到几级暗纹?解解:(1)(1)明纹明纹暗纹暗纹边缘边缘边缘是边缘是0级暗纹级暗纹(2)所以最多能看到第所以最多能看到第3级暗纹级暗纹,共共4条暗纹条暗纹10/10/35第35页小小 结结一、劈尖干涉一、劈尖干涉1.形成明、暗纹条件形成明、暗纹条件明纹明纹暗纹暗纹2.相邻两明纹相邻两明纹(或暗纹或暗纹)所对应膜厚度差所对应膜厚度差3.相邻两明纹相邻两明纹(或暗纹或暗纹)间距离间距离4.条纹移动与膜厚改变量之间关系条纹移动与膜厚改变量之间关系 K K级明级明纹纹M介质中介质中10/10/36第36页明环明环暗环暗环1.形成明、暗环条件形成明、暗环条件二、牛顿环二、牛顿环BCAO2.明、暗环半径明、暗环半径三、增透膜和增反膜三、增透膜和增反膜1.增透膜：增透膜：使反射光干涉减弱、使反射光干涉减弱、透射光透射光干涉加强干涉加强薄膜薄膜 2.增反膜：增反膜：使透射光干涉减弱、使透射光干涉减弱、反射光反射光干涉加强干涉加强薄膜薄膜 10/10/37第37页1。测量。测量M2移动距离移动距离（可测不透明物体）（可测不透明物体）2。在光路上加透明物体在光路上加透明物体（固定）（固定）分光板分光板赔偿板赔偿板观察孔观察孔四、迈克尔逊干涉仪四、迈克尔逊干涉仪（2）测厚度测厚度（1）光程差改变量）光程差改变量（3）测波长测波长(4)测折射率测折射率10/10/38第38页