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第十一章 光学光 学光学：是研究光的本性、光的传播及光与物质相互作用的学科。几何光学 光的干涉光的波动性 波动光学 光的衍射光的波动性物理光学 光的偏振光波是横波 量子光学11.1 干涉基本原理一、 获得相干光的方法1、 平面电磁波和光波(1) 平面电磁波麦克斯韦电磁场理论预言了电磁波的存在(a)、（b）的方向为的方向、(c)电磁波在真空中的传播速度为C。(2)光振动和光波光波：是波在此3500A07700A0之间的电磁波。光振动：电磁波中E的振动。2、发光机构（1）一个原子的发光一次发光只能发出（1）频率一定、（2）振动方向一定、（3）长度有限的一段波列。（2）光源大量原子的发光发出具有不同频率、不同振动方向、不同位相的电磁波。3、光的干涉现象两列光波叠加后，在某些地方光强始终加强，在另一些地方光强始终减弱的现象。（1） 光的相干条件两列光波的（1）频率相同、（2）振动方向相同、（3）位相差相同或相差恒定。（2）获得相干光方法两束光来自同一原子的现一次发光。（a） 分波阵面法从同一波面上分出相距很近的小波面。（b）分波阵幅法光在薄膜上下表面的反射光或折射光。二、 干涉基本理论1、 位相差和光程差设光源S1、S2的振动为振动传播到空间P点时：P点处的合振动为：合振动的振幅：光强：因为：、其中：U1、U2分别表示光在介质n1和n2中的传播速度。、C分别表示光在真空中的波长和传播速度。（1）光程光程定义：光在媒质中所传播的距离与该媒质折射率的乘积。例：如图所示，已知n1、n2、r、L求S与P点间的光程。解：光程的意义：光程表示：在相同时间内，光在介质n中传播r距离引起的位相差等于光在真空中传播距离所引起的位相差。解释：在介质中，光传播距所引起的位相差为：在真空中，光传播距离所引起的位相差为：（2） 光程差定义：例：求光线S1P与S2P的光程差。解：例：平行光通过透镜不产生光程差。（3） 位相差与光程的关系2、 额外程差半波损失的影响半波损失：光从光疏媒质（n小）入射到光密媒质（n大）而反射时。反射光的位相与入射光相比，在反射点突然改变，引起附加光程差。讨论：（1） 半波损失发生在反射光，且从光疏媒质入射到光密媒质而反射到光疏媒质时发生。（2） 若额程差为的偶数倍，则不考虑其影响。例：如图示，填写表中各项内容。 半波损失情况 额外程差(1)光线(2)光线(3)光线 (4)光线光线(1)(2)光线(3)(4)n1n2n3无无无有0/2n1n2n2n3无有无无/20n1n3有无无无/203、 干涉基本原理光程差决定干涉明、暗条纹的位置：干涉相长干涉相消而：故：明纹暗纹例：真空中波为的光在介质n中由A点传播到B点。（1）若A、B两点间的距离为3，则A、B两点间的光程差为 3/2 。（2）若为入射光在介质中的波长，则A、B两点是的光程差为 3n/2 。解：(1)由得A、B两点间的光程差为：(1) 把换为光在真空中的波长为：n。例：光强均为I0的两相干光发生干涉时，相干光的最大光强为 4I0 。11.2分波阵面干涉杨氏双缝实验一、 实验装置二、 明暗条纹位置角位置：明纹 暗纹 若很小则：线位置：明纹 暗纹 相邻两明条纹（或条纹）间的距离为：证明：（1） 求光程差（2） 确定明暗条纹的位置明纹 暗纹 （3） 确定条纹间距讨论：若把实验装置放在介质n中，则结论如何？方法（1）：此时两光线的光程差为：。方法（2）：把真空的波长换为介质中的波长。此时，明暗条纹位置为：明纹 暗纹 相邻两明条纹（或条纹）间的距离为：三、 干涉条变动任何原因引起光程差的改变，将导致干涉条纹的移动（条纹间距的变化和条纹的整体移动）。光程差的改变量与条纹移动数目之间的关系为：中央明纹：所对应的明纹。1、 光源的变动 例1：若（1）变长，（2）改用白光，（3）光源S向下作微小移动。问干涉条纹如何变化？解：（1）由：知：变大，干涉条纹间距变大，条纹展宽。 （2）中央为明条纹 由知：紫色条纹窄，红条纹宽 由知：同一级光谱，形成由紫色到红色的分布 （3）中央明条纹 因为：，所以，干涉条纹向上移动。2、 装置结构的变动例2：若（1）屏幕移近，（2）双缝间距变小，（3）装置放于水中。问条纹如何变化？解：（1）由知：变小，干涉条纹间距变窄。 （2）双缝间距d变小，干涉条纹间距变宽。 （3）由知，变小，干涉条纹间距变窄。3、 光路中媒质的变化例3：若用厚度为e，折率为n的云母片盖住杨氏双缝实验中的上缝，则干涉条纹向 上 移动，至原中央明条纹处的光程差 (n-1)e 为，条纹移动 /(n-1)e 条。解： 对中央明条纹： ，条纹向上移动。至原中央明条纹处（）的光程差为： 光程差的改变量： 由得：四、 其它分波面干涉1、 双棱镜干涉2、 双面镜干涉3、 洛埃镜实验 例：杨氏双缝干实验中，屏幕上P为明条纹。若盖住下缝S2，且S1、S2中线上放一平面镜，如图所示，则：（A） P点明条纹。（B） P点暗条纹。（C） P点明暗无法确定。（D） 无干涉。选择（B）考虑半波损失的影响。五、 例题1、杨氏双缝实装置放在空气中时，测得钠黄光（=5893A0）产生的干涉条纹的两相邻明条纹间的角距离为0.020。（1） 对何种波长的光，测得两相邻明条纹的角距离增加10%。（2） 把装置放于水中（n=1.33），两相邻明条纹的角距离有多大？解：（1）置于空气中时，明条纹条件为：两相邻明条纹的角距离为：设增加10%时，其波为，则：（2）装置放于水中时，明条纹条件为：两相邻明条纹的角距离为：2、杨氏双缝实验中，若用相同厚度为d的玻璃片（n1=1.4、n2=1.7）分别盖住S1及S2缝。中央位置O处变第五级明条纹。已知=4800A0。求d。解：原来中央位置O处：盖住玻璃片后：，而：所以，3、若用厚度为d折射率分别为n1和n2 (n1n2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为l, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占据, 则该媒质的厚度为B(A) 3 l(B) 3 l / (n2 - n1)(C) 2 l(D) 2 l / (n2 - n1)4、如图所示，用波长为的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为、劈角为的透明劈尖插入光线中，则当劈尖缓慢地向上移动时（只遮住s2），屏上的干涉条纹:C（A）间隔变大，向下移动（B）间隔变小，向上移动 （C）间隔不变，向下移动（D）间隔不变，向上移动 11.3薄膜干涉一、 薄膜干涉1、 薄膜干涉的光程差例：如图，折射率为n，厚度为e的薄膜，置于折射率为n1的介质中。当入射角为i的平行光照射到薄膜上时，求反射光线1和2的光程差。而：半波损失的影响：半波损失情况附加程差（1）光（2）光光线1、2nn1无有/2所以：2、 明、暗条纹分布明条纹。暗条纹3、 等倾、等厚干涉（1） 等厚干涉若i不变，则，同一条纹对应着同一薄膜厚度。（2） 等倾干涉若e不变，则，同一条纹对应相同的入射角。例题：如图所示，单色光垂直入射于薄膜上，则反射光线（1）和（2）的光程差为：（1） 若则选 A （2） 若则选 B （A）（B）（C）（D）思路：（1）光线（1）和光线（2）均无半波损失。 （2）光线（1）有半波损失，光线（2）无半波损失。在（2）中，若为入1射光在介质n1中的波长，则选 C （A）（B）（C）（D）思路：入1换为真空中的波长。=n1入1二、 等厚干涉1、 劈尖干涉当光线垂直入射时：i=0（1） 求光程差（2） 明、暗条纹位置分布明条纹暗条纹（3） 相邻两明纹（暗纹）的间距例：单色光垂直入射到折射率为n的薄膜上。要使反射光加强，薄膜的最小厚度为 /4n 。思路：，k取1，则e=/4n。例：如图所示，单色光垂直入射到劈尖上。观察反射光干涉，（1）若，则第五条暗条纹中心厚度为 9/4n2 。（2）若，则第二条明条纹中心厚度为 3/4n2 。思路：（1）两反光均有半波损失，不产生附加程。，k取4。（2）上表面的反射光无半波损失，下半面的反射光有半波损失，引起额外程差。，k=2。2、 牛顿环曲率半径很大的平凸透镜A，与光平的玻璃板形成一劈尖。当平行光垂直到凸透镜时，劈尖上下表面的反射光干涉，形成干涉条纹牛顿环。（1） 光程差（2） 牛顿环的明、暗条件明条纹暗条纹（3） 确定e与r的关系因为：，（4） 牛顿明、暗环半径明条纹。暗条纹。例1、检验滚珠大小的干涉装置示意如图（）为光源，为会聚透镜,(为半透半反镜在平晶1、2之间放置、三个滚珠，其中为标准件，直径为0用波长为的单色光垂直照射平晶，在上方观察时观察到等厚条纹如图（）所示轻压端，条纹间距变大，则珠的直径1、珠的直径2与0的关系分别为：C （A）10， 20 （B）10， 20 （C）10/2，203/2 （D）10/2，203/2例2、 两玻璃片中夹满水(水的折射率n = 4/3 )形成一劈形膜, 用波长为 l的单色光垂直照射其上, 若要使某一条纹从明变为暗, 则需将上面一片玻璃向上平移 ：B (A) l (B) 3 l (C) l (D) l例3、如图所示，两个直径有微小差别的彼此平行的滚柱之间的距离为L，夹在两块平晶的中间，形成空气劈尖，当单色光垂直入射时，产生等厚干涉条纹如果滚柱之间的距离变小，则在范围内干涉条纹的:B（）数目减少，间距变大（）数目不变，间距变小（）数目增加，间距变小（）数目减少，间距不变.例4、如果用半圆柱形聚光透镜代替牛顿环实验中的平凸透镜, 放在平玻璃上, 则干涉条纹的形状：D (A) 为内疏外密的圆环 (B) 为等间距圆环形条纹 (C) 为等间距平行直条纹(D) 为以接触线为中心,两侧对称分布,明暗相间, 内疏个密的一组平行直条纹例4如图所示，一光学平板玻璃与待测工件之间形成空气劈尖，用波长500（110-9）的单色光垂直照射看到的反射光的干涉条纹如图所示有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切则工件的上表面缺陷是:B （A）不平处为凸起纹，最大高度为500 （B）不平处为凸起纹，最大高度为250 （C）不平处为凹槽，最大深度为500 （D）不平处为凹槽，最大深度为25011.4光的衍射一、 光的衍射现象实验：分析：（1）圆孔较大时，屏上为一圆形光斑小孔成像。 （2）小孔变小时，光斑随之变小。 （3）小孔小到一定程度时，光斑变得模糊，且形成明、暗（彩色）条纹分布。光的衍射现象：光能绕过障碍物边缘传播，衍射后形成明、暗相间的衍射图像。1、 夫朗和费衍射和菲涅尔衍射菲涅尔衍射：光源和观察者距障碍物的距离，其中之一为有限远的衍射现象。或，进出障碍物的光线，其中之一为非平行光的衍射现象。夫朗和费衍射：光源和观察者距障碍物的距离，均为无限远的衍射现象。或，进出障碍物的光线，均为平行光的衍射现象。2、 惠更斯菲涅尔原理惠更斯原理：波阵面上的各点，均可视为发射子波的波源。其后任一时刻，这些子波的包轨迹面，决定新的波阵面。菲涅尔原理：同一波阵面上各点发出的子波，经传播在空间各点相遇时，该点的强度由各子波在该点的相干叠加决定。例1、惠更斯引入不 子波 概念，提出了惠更斯原理。菲涅尔用 子波干涉 的思想补充了惠更斯原理，形成惠更斯菲涅尔原理。例2、惠更斯菲涅尔原理的内容是：波面上各面积元发出的 子波 在观察点P的 子波干涉 ，决定了P点的合振动及光强二、 单缝夫朗和费衍射1、 实验装置单色平行光射向单位缝，经透镜聚焦在屏上，形成亮度分布不均匀的衍射图样。2、单缝衍衍公式平行光照射在单缝AB上，波阵面AB上各点所发出的子波能向不同的方向传播。研究以衍射角方向传播的平行光线，经透镜会聚焦于主平面P点的明暗情况。分析：根据惠更斯原理，P点的明、暗，取决于波阵AB面上各子波以衍射角达到P点的各子波干涉总效果。边缘光线AP与BP的光程差：（1） 菲涅尔半波带法把波阵面AB分成许多面积相等的波带，且使相邻两波带中的各对应点到观察点P的光程差为/2。（a） 相邻两波带发出的光线，在P点完全干涉消。（b） P的位置不同，缝宽AB所能分面的半波带数目不同。半波带数=偶数个时，P点为暗条纹。半波带数=奇数个时，P点为暗条纹。（2）单缝衍公式若P点对应的边缘光线AP与BP的光程差为/2的偶数倍，则半波带数为偶数，P点为暗条纹。若P点对应的边缘光线AP与BP的光程差为/2的奇数倍，则半波带数为奇数，P点为明条纹。暗条纹条件：明条纹条件：近似条件：例：单缝夫朗和费衍射中，缝宽a=4。对应衍射角=300的单缝波阵面可划分为 4 个半波带。屏上第三级暗条纹对应的单缝波阵面可划分为 6 个半波带。若缝宽a减小一半，则原第三级暗条纹为 第一级明 条纹。思路：（1） （2）2、 讨论（1） 单缝衍射的亮度曲线中央明条纹最亮、最宽，各次级明条纹亮度依次减小。解释：k 波带数 未被抵消的波带面积占单缝面积的比例 亮度。（2） 明条纹的宽度（a） 角宽度：某级明条纹相邻两暗条纹至透镜中心所张开的角度，称为该级明条纹的角宽度。由：，若很小，则：各级明条纹的角宽度半角宽度中央明条纹的角宽度即各级明条纹的角宽度为中央明条纹角宽度的一半，称为半角宽度。（b） 线宽度由 各级明条纹： 中央明条纹：例：单色光=5000A垂直照射到单缝a=0.25mm上。中央明条纹两侧第三级暗条纹间的距离d=12mm。则透镜焦距f= 1m 。思路：由得：（3） 单缝衍射光谱由单缝衍射公式知：用复色光作实验时，中央为复色光明纹，次级明纹按波长排列形成光谱波长短者在内，波长长者在外的衍射光谱。同一衍射条纹的各波长的光不重叠，不同级衍射条纹各波长的光可能发生重叠。例：复色光1和2垂直入射到单缝上，1的第一衍射极小与2的第二射极小重合。求（1）1和2的关系，（2）是否还有其它极小重合？解：（1）由单缝衍射公式 因其重合，（2）当其重合时，应满足即，相应两暗条纹重合。（4） 衍射条纹的变动问题衍射条纹的宽度变化：衍射条纹的位置变化：由透镜焦点决定。例：单缝衍射实验中。（1）单缝向上平移，（2）单缝靠近透镜平移，（3）透镜向上微小平移，则衍射条纹 移动，条纹宽度 变化。解（1）不、不。（2）不、不。（3）向上、不。双缝干涉实验中，若保持双缝间距d不变，略增加两缝宽度，则单缝射中央主极大 变窄 ，其中包含的干涉条纹数目 变少 。思路：（1）中央主极大衍射条纹宽度：（2）干涉条纹间距不变，X内的干涉条纹数目减少。（5） 产生衍射现象的条件由单缝衍射公式得当a时：各级衍射条纹的衍射角很小，并入中央区域内，光线按直线传播。当a时：才能产生明显的衍射现象。当a时：各级衍射条纹的衍射角很大，不能观察到第一极小值，屏上亮度分布均匀。例1根据惠更斯-菲涅耳原理, 若已知光在某时刻的波阵面为S, 则S的前方某点的光强度取决于波阵面S上所有面积元发出的子波各自传到点的D (A) 振动振幅之和 (B) 振动振幅之和的平方 (C) 光强之和 (D) 振动的相干叠加例2、夫琅和费单缝衍射图样的特点是C (A) 各级亮条纹亮度相同 (B) 各级暗条纹间距不等 (C) 中央亮条纹宽度两倍于其它亮条纹宽度 (D) 当用白光照射时, 中央亮纹两侧为由红到紫的彩色条纹例3、在如图所示的夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度稍稍变窄，同时使会聚透镜L沿轴正方向作微小位移，则屏幕上的中央衍射条纹将:C（A）变宽，同时向上移动 （B）变宽，同时向下移动 （C）变宽，不移动（D）变窄，同时向上移动 （E）变窄，不移动 11.5光栅衍射一、 光栅衍射1、光栅光栅：是由大量等宽、等间距的平行狭缝组成的光元件。光栅常d：光栅空间周期性的表示。d=a+ba透光部分，b不透光部分。d=1/NN单位长度上的刻痕数。2、光栅衍射条纹是多缝干涉和多缝衍射的总效果。实验装置图结论：（1）在几乎黑暗的背景上出现了一系列又细又亮的明条纹主极大。 （2）在相邻两主极大之间，有N-1个暗条纹和N-2个次极大。又细又亮的解释：亮者：困P点合振动的振幅是一条缝的光的振幅的N倍，合光强则为其光强的N2倍。细者：因N较大，分布于两明条纹间的暗条纹数很多，以至于挤得明条纹宽度很窄。（1） 多缝干涉的效果光栅方程确定主极大的位置。若衍角满足： 则相邻两缝光线到P点的光程差，在P点因多缝干涉形成明条纹。（2） 多缝衍射的影响各主极大受多缝衍射的调制（a） 只考虑多缝干涉的光强分布（b） 只考虑多缝衍射的光强分布因各单缝宽度相同，衍射图样相同，且各缝衍射图样中心明条纹都在透镜主焦点处，从而各缝衍射条纹在屏幕上完全重合。（c） 实际衍射图样受衍射调制后的光强分布（3） 缺级现象若衍角同时满足：则衍角所对应的k极主极大不出现，称第k极为缺级。此时，例：若，则主极大缺级。3、 光栅光谱根据，当用复色光实验时：（1） 对同一极光谱，不同波长的光具有不同的衍射角光栅能分解复色光形成光栅衍射光谱。（2） 对较高极次的不谱，不同波长的不有重叠。4、 举例1、 条纹变动问题例：光栅衍射中，入射光线由垂直入射变为斜入射时，光谱线的最高极次k 增大 。若光线垂直入射，要在屏幕上观察高极次的光谱线，光栅常数d应 增大 。思路：（1）由知，最高极次的光谱线，k增大。 （2）由知，d增大。例：光栅向上微小移动，衍射条纹 不动 。透镜向上微小移动，衍射条纹 向上移动 。2、 缺级问题例：单色光垂直入射到a=b的光栅上，观察到五条明条纹，则中央一侧的两明条纹分别是第 1 级和第 3 极谱线。思路：缺级，即2，4，6，主极大缺级。3、 光栅光谱问题例：复色光1=450nm，2=150nm的光栅光谱中，重叠处2的谱线极数为 3，6，9，12， 。思路：由得，重叠时：，所以，例、某元素的特征光谱中含有波长分别为1450和2750（1 10-9）的光谱线在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处2的谱线的级数将是: （A）2 ，3 ，4 ，5 （B）2 ，5 ，8 ，11 （C）2 ，4 ，6 ，8 （D）3 ，6 ，9 ，12 例一、单色光=6000A0垂直入射到a=210-3米，每厘米有200条刻痕的光栅上。若透镜的焦距f=1m求（1）衍射的中央明条纹宽度，（2）在该宽度内有几个光栅衍射主极大？解：（1）由得：若xf，则当k=1时，中央明条纹宽度。（2）由取k=2，共有k=0，1，2等五个主极大。例二、（1）单缝夫朗和费衍中，a=1.010-2cm，f=50cm。复色光1=4000A0，2=7600A0垂直入射。求两种光第一级衍射明条纹中心距离。（2）若用d=1.010-3cm的光栅代替单缝，则两种光第一主极大之间的距离为多少？解：（1）由单缝衍公式得：（2）由光栅衍公式得：例三、单色光=6000A0垂直照射到光栅上，测得第二主极大衍射角=300，第三级缺级。求（1）a+b=？，（2）最小宽度a，（3）在上述a+b和a的光栅衍射中，屏上出现的主极大级次。解：（1） 由光栅方程得：（2） 第三级缺级，对最小a，（3） 由光栅方程得：最大干涉级而k=3，6，9缺级，故屏上出现共5条明条纹。K=4对应于=/2，屏上观察不到。例四、复色光1=6000A0，2=4000A0垂直入射到光栅上。距中央明条纹5cm处1光的第k级主极大与2光的第k+1级主极大重叠。透镜焦距f=50cm。（1）求k，（2）求d。解：（1） 由光栅公式得：，重叠时，故（2） 因为xf，所以，二、X射线的衍射、布拉格方程1、X射线伦琴于1985年首先发现了一种人眼看不见的，但其照能使照底片感光，使气体电离，使某引起物质发出荧光，穿透力很强的射线。X射线是波长在0.1 A0100A0之间的电磁波。2、 X射线的衍射布拉格方程因X射线波长较短，普通光学光栅无法使X射线产生明显的衍射线。构成晶体的微粒，在晶体内部是按一定的点阵排列的，微粒之间的距离约为1 A0，可以用来作为观察X射线衍射的光栅。如图，当一束X射线以掠射角射向晶体体时，若反射线满足：则反射线加强。其中，d为晶面间距，称为晶格常数。3、 布拉格方程的应用测量X射的波长、进行晶体结构分析。例1、测量单色光的波长时, 最准确的方法是D (A) 双缝干涉 (B) 牛顿环 (C) 单缝衍射 (D) 光栅衍射例2、一衍射光栅, 狭缝宽为a, 缝间不透明部分宽为b。当波长为 600 nm 的光垂直照射时, 在某一衍射角f处出现第二级主极大。若换为 400 nm 的光垂直入射时, 则在上述衍射角f处出现缺级, 问b至少是a的多少倍?B (A) (B) (C) (D) 11.6光的偏振一、自然光和偏振光1、自然光普通光源发出的光，其光矢量的振动方向，没有任何一个较其它光矢时的振动方向更具有优势，这种光称为自然光。（1）自然光正交分解自然光可以等效地视为两个无确定的位相关系的，独立的，互相垂直的，振幅相等的光。显然，这两个光水能进行正交合成。（2） 自然光的表示黑点：表示光矢量的振动垂直于纸面。短线：表示光矢量的振动平行于纸面。对自然光，黑点和短线画成均等分布。2、 偏振光（1） 线偏振光和部分偏振光（a） 线偏振光（完全偏振光、平面偏振光）光矢时量只沿一个固定的方向振动的光。光矢量在纸面内。光矢量垂直于纸面。振动面：光矢量的振动方向与光的传播方向构成的平面。（b） 部分偏振光光矢的量振动方向可沿垂直于传播方向的各个方向振动，但某些方向的光矢量的振动，较其它方向的光矢量的振动更具有优势。部分偏振光可等效地视为两个无确定位相、独立、且互相垂直。但振幅不相等的光。光矢量在纸面内的振动较强。光矢量在垂直于纸面内的振动较强。（2） 圆偏振光和椭圆偏振光这两种光的光矢量，在垂直于光的传播方向的平面内，按一定的频率旋转（左旋或右旋）（a） 圆偏振光光矢量旋转时，矢端轨迹为一个圆。（b） 椭圆偏振光光矢量旋转时，矢端轨迹为一个椭圆。二、起偏和检偏1、偏振片的起偏和检偏（1）偏振片P偏振片是具有二色性（选择性）的物质作成的透明薄片，它能吸收某一方向的光振动，而让与该方向垂直的光振动通过。偏振化方向（透光轴）吸收光振动最少的方向，用“”表示。（2）偏振片的起偏和检偏作用起偏器：偏振片用来产生偏振光时，称其为起偏器。检偏器：偏振片用来检查光的偏振状态时，称其为检偏器。例：一束光垂直手射到偏振片P上，观察透过偏振片的光强变化。若入射光为 自然光或圆偏振光 ，则看到光强不变。若入射光为 线偏振光 ，则看到光强的明暗交替变化，有时出现全暗。若入射光为 部分偏振光或椭圆偏光 ，则看到光强的明暗交替变化，但不出现全暗。例、一束光垂直入射到一偏振片上, 当偏振片以入射光方向为轴转动时, 发现透射光的光强有变化, 但无全暗情形, 由此可知, 其入射光是B(A) 自然光 (B) 部分偏振光(C) 全偏振光(D) 不能确定其偏振状态的光例、在双缝干涉实验中, 用单色光自然光在屏上形成干涉条纹。若在两缝后面放一块偏振片, 则B (A) 干涉条纹间距不变, 但明条纹亮度加强 (B) 干涉条纹间距不变, 但明条纹亮度减弱 (C) 干涉条纹间距变窄, 且明条纹亮度减弱 (D) 无干涉条纹2、 马吕斯定律数学表达式：其中：I为通过起偏器的透射光强度。I0为入射线偏振光的强度。为入射光的光振动方向与检偏器的偏振化方向之间的夹角。思考：光强为I0的自然光通过偏振片P后的光强为多少？答案：I= I0/2。例、强度为I0的自然光经两个平行放置的偏振片后, 透射光的强度变为I0, 由此可知这两块偏振片的偏振化方向夹角是B (A) 30 (B) 45(C) 60 (D) 90例、三个偏振片1,2与3堆叠在一起，1与3的偏振化方向相互垂直，2与1的偏振化方向间的夹角为30强度为0的自然光垂直入射于偏振片1，并依次透过偏振片1、2与3，则通过三个偏振片后的光强为：C （A）0 （B）0 （3）032 （D）016 三、反射和所折射击时的偏振自然光在两种子介质分界面上发生反射和折折射时，光的传播方向和偏振方向均要发生改变。1、 一般情形反射光和折射光是部分偏振光。反射光中，垂直于入射面的振动多于平行振动，折射光中，平行于入射面的振动多于垂直振动。2、 特殊情形布儒斯特定律当入射角满足：时，i0称为布儒其特角。（1） 反射光为垂直于入射面的线偏振光，折射光仍为部分偏振光。（2） 反射光线和折射光线垂直。证明：例、当自然光以58角从空气射入到玻璃板表面上时, 若反射光为线偏振光, 则透射光的折射角为A (A) 32 (B) 46 (C) 58 (D) 72例、自然光以60的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为：D （A）完全偏振光且折射角是30 （B）部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为1.732的介质时，折射角是30 （C）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角 （D）部分偏振光且折射角是300例、某种透明媒质对于空气的临界角（指全反射）等于45，光从空气射向此媒质时的布儒斯特角是: D （A）35.3 （B）40.9 （C）45 （D）54.7 例、设纸面为入射面。当自然光在各向同性媒质的界面上发生反射和折射时, 若入射角不等于布儒斯特角, 反射光光矢量的振动情况是B (A) 平行于纸面的振动多于垂直于纸面的振动 (B) 平行于纸面的振动少于垂直于纸面的振动 (C) 只有垂直于纸面的振动 (D) 只有平行于纸面的振动 四双折射现象1、 光的双折射（a） 双折射现象光线入射各向异性介质时，折射光线分成两束的现象。（b） O光和e光O光：折射光线中，遵守折射定律的光线，叫寻常光线。e光：折射光线中，不遵守折射定律的光线，叫非常光线。2、 晶体的光学性质（1）光轴当光线沿晶体内部某一方向传播时，不产生双折射现象，称该方向为晶体的光轴。光在晶体中内沿光轴方向传播时，o光和e光的传播速度及折射率相等。（2）单轴晶体和双轴晶体单轴晶体：有一个光轴的晶体，如方解石、石英、红宝石等。双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云母、硫磺、蓝宝石等。（3） 正晶体和负晶体（a） O波面和e波面晶体内部的某一子波源，因晶体的各向异性，将发出两组子波。O波面：子波源发出球面波，相应于o光，表示各方向光速相等。e波波：子波源发出旋转椭球面波，相应于e光，表示各方向光速不相等（b） 晶体的主折射率在光轴方向，o光和e光的传播速度相等，o光和e光的两波面相切。垂直于光轴方向：O光与e光的传播速度相比。相差最大。定义晶体的主折射率：，（c） 正晶体和负晶体正晶体：，如石英。负晶体：，如方解石。3、单轴晶体中O光和e光的传播方向（1）主平面某光线的传播方向和光轴方向所组成的平面，称为该光线的主平面。（2） O光和e光的振动方向O光的光振动方向垂直于O光线的主平面。e光的振动在e光主平面内。（3） O光和e光的传播方向（a） 画出O光和e光的波阵面（b） 从入射点至O光波阵面与光波面的切点的联线方向为O光的传播方向。例、为一块方解石的一个截面，为垂直于纸面的晶体平面与纸面的交线光轴方向在纸面内且与成一锐角，如图所示一束平行的单色自然光垂直于端面入射在方解石内折射光分解为光和光，光和光的: C （A）传播方向相同，电场强度的振动方向互相垂直 （B）传播方向相同，电场强度的振动方向不互相垂直 （C）传播方向不同，电场强度的振动方向互相垂直 （D）传播方向不同，电场强度的振动方向不互相垂直11.7光的量子性一、 光电效应和康谱顿散射1、 光电效应光电效应：当光照射到金属表面时，电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应。光电子：光电效应中从金属表面逸出的电子，称为光电子。光电流：光电子运动形成的电流，称为光电流。（1） 光电效应的实验装置（2） 光电效应的实验规律a） 伏安特性曲线照射光频率一定时当光强为I1时：当光强为I2时：结论：（1）存在饱和电流Im0，且Im0与光强成正比。（2）截止电压Ue（使电流为零所加的反向电压）由照射光的频率决定，与光强无关。b） Ue与入射光频率0的关系结论：（1）Ue与入射光频率的成线性关系K与金属材料无关的普适恒量。 （2）红限频率与金属材料无关。c） Ue与0的意义Ue ：表明光电子反抗电场力所作的功等于光电子逸出时的初动能。0：照射光的频率必须大于0，才能产生光电效应。总结：规律一：单位时间内从阴极出和光电子数与光强成正比。规律二：光电子的动能与照射光的频率成线性关系，与光强无关。规律三：存在红限频率0，无论照射光的强度多大，照射时间多长，若0的射线，这种波长有改变的散射称为康谱顿效应。（2） 康谱顿散射公式，叫电子的康谱顿波长二、 爱因斯坦光子假说1、 光子假说一束光（电磁波）是以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子（光子）。一个光子的能量：，称为普朗克常数。光的强度：N：单位时间内通过单位面积的光子数。2、 光的波粒二象性光的波动性（，）光的干涉、衍射现象证明。光的波动性（，m，p）光电效应、康谱顿效应证明。两者通过普朗克常数h而联系起来。说明：三、 光子假说对光电效应和康谱顿散射解释1、 光电效应的解释爱困斯坦光电效应方程2、 康谱顿效应的解释康谱顿效应公式的推导3、 光电效应和康谱顿效应的区别（1） 两种效应都是光子与物质中电子的相互作用，但前者是电子吸收光子的过程，后者是电子与光子的完全弹性碰撞过程。（2） 光电效应中，物