大学物理电导微案 遛字二裁术火学院应用物理系
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自古以来神奇的光一直吸引着人们: 光是什么?是粒子、是波、是能量?光 怎样从物质中发出?又怎样成为物质的 部分?光速为什么是宇宙物质运动的极限 ? ●●●●●● 有些科学已作了回答,有些还在争 论不休。但毕竞想方设法去了解光,已带 来了物理学一场又一场的革命! 2021/2/22
2021/2/22 2 自古以来神奇的光一直吸引着人们： 光是什么？是粒子、是波、是能量？光 怎样从物质中发出？又怎样成为物质的一 部分？光速为什么是宇宙物质运动的极限 ？……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 来了物理学一场又一场的革命！
光学具有代表性的学说 (1)以牛顿为代表的微粒说 几何光学 (2)以惠更斯为代表的波动说 波动光学 (3)以爱因斯坦为代表的量子说 量子光学 几何光学 光的干涉 光学 波动光学光的衍射 物理光学1量子光学光的偏振 光两个或多个光波在空间相遇时,使某些地方光的 的强度始终加强;而使另一些地方光的强度始终减 涉弱,结果使光的强度形成稳定的分布 2021/2/22
2021/2/22 3 （1）以牛顿为代表的微粒说 几何光学 （2）以惠更斯为代表的波动说 波动光学 （3）以爱因斯坦为代表的量子说 量子光学 物理光学 量子光学 光学 几何光学 波动光学 光的偏振 光的衍射 光的干涉 两个或多个光波在空间相遇时，使某些地方光的 强度始终加强，而使另一些地方光的强度始终减 弱，结果使光的强度形成稳定的分布 光 的 干 涉 光学具有代表性的学说
121杨氏双缝干涉实验 获得相干光的方法 1.光波 7600A6300A6000A5700A5000A4500A4300A4000A 红橙 绿青蓝紫 (1)光波是电磁波(2)光速c=30×108m/s 光矢量 (3)光波是横波4)只考虑E振动 E光振动 我开了两盏灯 ,为什么没看 见干涉条纹? 干涉是条件的!分 2021/2/22
2021/2/22 4 12.1 杨氏双缝干涉实验 一、获得相干光的方法 1. 光波 (1) 光波是电磁波 (2) 光速 c=3.0×108m/s (3) 光波是横波 H u E (4) 只考虑 振动 E 光矢量 光振动 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 4000A • 7600A • 5700A • 6000A • 6300A • 4500A • 5000A • 4300A •
2.光源发光的复杂性 E 激 光是由光源中原子或分子的能 △E.发 量状态发生跃迁时辐射出来的E2 太 (1)大量原子、分子独立发出 △E 的光,频率不同 基态 △E1=hv1△E2=V2△E1≠△E2V1≠V2 (2)原子、分子发光是间歇的 两个独立的光源不能构成相干光;即使是同一个原 子发出的前后两列波,也很难保证同时满足三个相 干条件。要获得相干光需要采取特殊的方法 2021/2/22
2021/2/22 5 2. 光源发光的复杂性 光是由光源中原子或分子的能 量状态发生跃迁时辐射出来的 E1 E3 E2 E n 0 基态 激 发 态 E1 E2 (1) 大量原子、分子独立发出 的光，频率不同 E1 = h1 E2 = h2 E1 E2 1 2 (2) 原子、分子发光是间歇的 两个独立的光源不能构成相干光；即使是同一个原 子发出的前后两列波，也很难保证同时满足三个相 干条件。要获得相干光需要采取特殊的方法
3获得相千光的方法 ① 把同一光源同一点发出的光 点 设法分成两部分然后再相遇光② 、杨氏双缝干涉实验 e.bet 0 2021/2/22
2021/2/22 6 3. 获得相干光的方法 把同一光源同一点发出的光 设法分成两部分,然后再相遇 光源 P ① ② 一点 1 r 2 r 二、杨氏双缝干涉实验 2 s x I 0 s 1 s • p 1 = 2
1.形成明纹、暗纹的条件 I D D>>d 入 k=0,1,2,…明纹 =F2-r ±(2k+1)。k=0,1,2,…暗纹 ±(2k-1) 023-2 k=1,2, 2021/2/22
2021/2/22 7 1.形成明纹、暗纹的条件 d D 1 r 2 r 2 1 = r − r D d 1 = 2 = k 2 (2 1) k + k = 0,1,2, 明纹 k = 0,1,2, 暗纹 2 (2 1) k − k = 1,2, x 1 s 2 s 0 • p
2.明纹、暗纹的位置(中心位置) d ∫x=Dg≈Dsin0=0r1 夏唇 δ= d sine )Q≤5 生A 明纹 D (2k-1)。暗纹 D>>d D 明纹中心位置:x=±-K k=0,1,2, 暗纹中心位置:x=±,(M-D k=1,2,3 2 3.相邻明纹(或暗纹)间距离 △x=x1-x=2 2021/2/22 d
2021/2/22 8 2.明纹、暗纹的位置(中心位置) 0 = d sin 5 x = Dtg = k = k d D x k = 0,1,2, 明纹 暗纹 2 (2 1) k − k = 1,2,3, 2 (2 1) = k − d D x 明纹中心位置: 暗纹中心位置: 3. 相邻明纹(或暗纹)间距离 k k x = x − x +1 = d D x d D 1 r 2 r x 1 s 2 s 0 p D d 1 = 2 Dsin •
4.结论 = 2 (1)明、暗条纹等间距地s 分布在中央明纹两侧 0d D>>dd>>x (3)若D、d不变,△x正比于波长入 △v 入 大 小 波长 红 紫 条纹稀 条纹密 2021/2/22
2021/2/22 9 4.结论 d D 1 r 2 r x 1 s 2 s 0 x • D d D x 1 = 2 0 5 (1) 明、暗条纹等间距地 分布在中央明纹两侧 (2) 由于光波波长λ很小, 要产生清晰可见的干 涉条纹,必须要求D>>d (3) 若D、d不变,△x正比于波长λ, = d D x 波长 大 小 红 紫 条纹稀 条纹密
(4)用白光照射 波大 ①中央明纹是白色 =±长 红 紫 ②其余各级条纹是紫到红的彩色光带 ③彩色光带的宽度 红 △ x=-k△入 k红 k紫 k+级 ④当级数高到一定程度时,有重迭现象 假设从第K级开始重迭 1红 紫 δ=M=(k+1)k=1,日级(2级) 在重迭区域波程差相等 △x 红 说明从第2级开始重迭 白光目紫 △ 重迭 2红 3紫 0白色 2021/2/22 10
2021/2/22 10 o 紫 红 紫 红 k级 △x 紫 红 k+1级 (2级) 白光 白色 波 长 大 小 红 紫 (4) 用白光照射 ① 中央明纹是白色 ② 其余各级条纹是紫到红的彩色光带 ③ 彩色光带的宽度 ④ 当级数高到一定程度时,有重迭现象 = k d D x明 k红 k紫 x = x − x = k d D 假设从第K级开始重迭 = k 红 k = 1.1 说明从第2级开始重迭 x 重迭 在重迭区域波程差相等 = x2红 − x3紫 = (k + 1) 紫