光的波动性ppt课件

光的波动性,光的干涉,光到底是什么？,17世纪明确形成了两大对立学说,牛顿,惠更斯,微粒说,波动说,19世纪初证明了波动说的正确性,由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风,19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性,这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”,干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象,光的干涉,1801年，英国物理学家托马斯杨(1773-1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉,单击画面观看录像,光的干涉,光的干涉,双缝干涉,激光束,双缝,屏,屏上看到明暗相间的条纹,光的干涉,双缝干涉,S1,S2,P1,P,P1,P,d,P1S2P1S1=d,光程差,P2,P2,相干波源,S1、S2,P2S2P2S1d,距离屏幕的中心越远路程差越大,光的干涉,双缝干涉,1、两个独立的光源发出的光不是相干光，双缝干涉的装置使一束光通过双缝后变为两束相干光，在光屏上形成稳定的干涉条纹,2、在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时，该点出现亮条纹；光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该点出现暗条纹,光的干涉,双缝干涉,如图所示的双缝实验中，屏离开挡板越远，条纹间的距离越大，另一方面，实验所用光波的波长越大，条纹间的距离也越大，这是为什么？,思考,分析：运用几何知识，相邻两条亮条纹之间的距离为,其中，波长用表示，d表示两个狭缝之间的距离，l为挡板与屏间的距离,各种光的不同颜色，实际反映了它们不同的波长（或频率）用白光做双缝干涉实验，由于白光内各种单色光的干涉条纹间距不同，在屏上会出现彩色条纹,光的干涉,双缝干涉,我们知道：波速等于波长和频率的乘积，这个关系对一切波都是适用的不同的色光在真空中的传播速度相同，所以波长不同的色光，它们的频率也不同：波长越长，频率越小；波长越短，频率越大各色光在真空中的频率的范围见下表：,光的干涉,双缝干涉,光的干涉,双缝干涉,1.下列现象中说明光具有波动性的是A光的干涉B光的衍射C光的反射D光电效应,典型例题,AB,2.两只相同的灯泡发出的光束相遇_发生干涉现象？（填“能”或“不能”）,不能,3.用单色光做双缝干涉实验时，屏上出现明暗相间的干涉条纹，屏上某处到两狭键的距离之差满足_时，该处出现亮条纹；屏上某处到两缝的距离之差满足_时，该处出现暗条纹,半波长的偶数倍,半波长的奇数倍,4.用白光做双缝干涉实验时，得到彩色的干涉条纹，下列正确的说法是：A.干涉图样的中央亮纹是白色的；B.在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹；C.在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹；D.在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关,AC,5在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时：A、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失B、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹仍然存在C、任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光D、屏上无任何亮光,C,光的干涉,薄膜干涉,1、薄膜干涉中两束相干光如何获得？,预习思考题,2、薄膜干涉有哪些实际应用？,光的波动性,光的衍射,光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？,水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？,光的衍射,一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多,取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏,激光束,调节狭缝宽窄,像屏,光的衍射,光的衍射,单缝衍射条纹的特征,光的衍射,1、中央亮纹宽而亮,2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗,光的衍射,观察下列衍射图样，分析衍射规律：,光的衍射,1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大,2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大,3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色,单缝衍射规律,光的衍射,A,B,S,1、孔较大时屏上出现清晰的光斑,2、孔较小时屏上出现衍射花样,光的衍射,不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果历史上曾有一个著名的衍射图样泊松亮斑,光的波动性,光的电磁说,光的干涉现象,光的衍射现象,光是一种波,光的电磁说,19世纪中叶，光的波动说已经得到了公认，但是光波的本质到底是什么，是像水波？还是像声波呢？,19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并从理论上得出电磁波在真空中的传播速度应为：,光是一种电磁波,光的电磁说,1、麦克斯韦根据电磁理论，发现电磁波的波速与光速相同，提出了光是一种电磁波的假说赫兹通过实验证实了光的电磁本质，光的电磁说把光学和电学统一起来了,2、光的颜色是由电磁波的频率决定的不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变在同一介质中，频率越高，波速起小,3、电磁波与机械波的比较:共同点：都能产生干涉和衍射现象；它们波动的频率都取决于波源的频率；在不同介质中传播，频率都不变不同点：机械波的传播一定需要介质，其波速与介质的性质有关，与波的频率无关而电磁波本身就是一种物质，它可以在真空中传播，也可以在介质中传播电磁波在真空中传播的速度均为3.0108ms，在介质中传播时，波速和波长不仅与介质性质有关，还与频率有关,关于光的电磁说的几点强调,光的电磁说,在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视觉的，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光。其中波长最短的是紫光，波长约为400nm波长最长的是红光，波长约为770nm，波长更长的光不能引起视觉，叫做红外线，红外线的波长范围很宽，约为770nm106nm,红外线,利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，用电子仪器对收到的信号进行处理，就可以知道被测物体的信息,红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感,光的电磁说,红外线技术的应用,详介,光的电磁说,紫外线,紫外线也是不可见光，其波长比紫光还短，大约为5nm40nm紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时可以发出可见光紫外线可以促使人体合成维生素D，有助于人体对钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺钙引起的佝偻病，但是过多的紫外线会使皮肤粗糙，甚至诱发皮肤癌紫外线能够杀灭多种细菌，可以用紫外线进行消毒,注意：红外线与紫外线人眼都是看不到的,光的电磁说,紫外线,画面上可以清晰的看到钱币上的防伪标记,光的电磁说,伦琴射线,波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫X射线是德国物理学家伦琴在1895年发现的他的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照像底片感光，下图是产生X射线的装置，叫做X射线管：,1、K是阴极,2、A是阳极（也叫对阴极）,光的电磁说,电磁波谱,点击画面观看动画,光的电磁说,按频率由小到大（波长由大到小）排列形成的电磁波谱是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线这些频率不同的电磁波本质是相同的它们的行为服从共同的规律，但是他们产生的机理不同，因而具有不同的特性在观察方法和应用上也有所不同1不同电磁波产生的机理无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生的红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的伦琴射线是原子内层电子受激发产生的射线是原子核受激发产生的2、频率（波长）不同的电磁波表现出作用不同红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感；紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒；伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用刀进行手术,关于电磁波谱的几点强调,光的波动性,光的偏振现象,在纵波中，振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上,1.横波与纵波的区别什么是横波的偏振现象,现在，让绳波穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播,在横波中，振动方向总是垂直于波的传播方向，但不同的横波，振动方向可以不同对于一个确定的横波，它的振动方向是确定的,则无论狭缝怎样放置，弹簧纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧,横波具有偏振现象,受上面实验的启发，我们可以利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波,偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来做光学实验,点击下图观看动画演示,当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变,当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱,当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零.,产生上述现象的原因,1、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同这种光叫做自然光.,2、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过也就是说，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动这种光叫做偏振光,横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏振只有横波才有偏振现象,3、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大,4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零,所以，光是一种横波,4、光的偏振的应用,从第十九章我们知道，电磁波是横波，电磁波中电场强度E和磁感应强度B的振动方向都与电磁波的传播方向垂直实验指出，光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E所引起的，因此常将E的振动称为光振动在与光波传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿任意的方向光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光光振动沿着特定方向的光就是偏振光,1、汽车车灯汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。,未装偏振照明灯的情景,安装偏振照明灯的情景,光的偏振现象并不罕见除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90，这时，反射光和折射光就都是偏振的