第十三章---光.ppt

第十三章光,波粒二象性学说：认为光既有粒子性、又有波动性.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行出表现为波动性；频率越大的光子粒子性粒明显，频率小的光子波动性越明显.,1.光的反射和折射,光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。,入射光线,反射光线,法线,入射角,反射角,光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。,垂直入射,在光的折射现象中，光路是可逆的。,折射率：,光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与反射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率。,研究表明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度C与光在这种介质中的传播速度v之比：,测定玻璃的折射率,2.全反射,光的全反射,1光疏介质光密介质,(1)光疏介质:折射率小的介质叫做光疏介质.,(2)光密介质:折射率大的介质叫做光密介质.,注:光疏介质和光密介质是相对的.,全反射,当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度,使折射角达到90时,折射光线完全消失,只剩下反射光线.这种现象叫做全反射.,临界角:折射角等于90时的入射角,叫做临界角.用C来表示.,全反射的条件:,1.光由光密介质射向光疏介质.,2.入射角大于或等于临界角.,光由玻璃射向空气时的对照图,视频,光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角C与介质的折射率的关系：,例题,全反射棱镜视频,高锟因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出突破性成就，获颁2009年诺贝尔物理学奖。,光纤视频,3光的干涉,两列频率相同的波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的区域与振动减弱的区域相互间隔.这种现象叫波的干涉,1801年英国物理学家托马斯杨在实验室里成功地观察到了光的干涉现象.,杨氏双缝干涉实验,实验装置及现象,单缝,双缝,屏,双缝干涉实验,1、装置特点：,2、要用单色光,屏上看到明暗相间的条纹,屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样,2）双缝很近0.1mm,1）双缝S1、S2到单缝S的距离相等,双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同),双缝的作用：,单缝的作用：,获得光源,3、现象：,4.干涉图样的特点:,屏上到S1S2距离相等的点出现的是明条纹,叫做中央亮纹,P1第一亮纹,P中央亮纹,P2第二亮纹,P3/第三亮纹,P3第三亮纹,P3/第二亮纹,P3/第一亮纹,明条纹形成的原因,中央亮纹,由于S1S2到中央亮纹的距离是相等的,又由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，那么,当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故出现亮纹,双缝,S1,S2,屏幕,“中央明纹”的形成原因,光程差x=0,光程差x=S1PS2P,第一亮纹,取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到P1点的光程差，正好等于一个波长x=S1S2=，当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P1点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。,第一条亮纹的形成原因分析,光程差x=,当光程差x=n时出现亮纹,以此类推,当光程差x=n，那么,当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在Pn点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，Pn点总是振动加强的地方，故出现亮纹,Q1,当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，Q1点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。,暗条纹形成的原因,取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2路程差x=S1S2/2,x=/2,双缝,S1,S2,屏幕,当光程差x=半波长的奇数倍时出现暗纹,以此类推,亮纹：路程差x=n（n=0,1，2，等）,结论：,产生明暗条纹的条件,暗纹：路程差x=（2n-1)/2(n=1,2,3,等）,路程差为波长的整数倍。,路程差为半波长的奇数倍。,13.4实验：用双缝干涉测量光的波长,条纹间距(条纹宽度)的含义：亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离,我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。,亮（暗）纹间距的公式,实验目的：1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；2、观察双缝干涉图样；3、测定单色光的波长。实验原理：单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距x、双缝间距d、双缝到屏的距离L、单色光的波长满足：实验器材：双缝干涉仪、米尺、测量头。,1）如图，把长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏；2）取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度);3）装好单缝和双缝(缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样；,实验步骤：,4）在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样；5）调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度X1，将测量头朝右端移动，记下第n条亮纹中心位置X2；则第1条亮纹与第n条亮纹中心间距为a=X2-X1，则相邻亮纹间距为：,6）已知双缝间的距离d，测出双缝到屏的距离L，由，计算红光的波长。,第1条,第7条,读数：X1,读数：X2,各色光在真空中的波长和频率的范围见下表：,5.光的衍射,光的衍射,泊松亮班,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,单缝衍射条纹的特征,1、中央亮纹宽而亮,2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗,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，光波波长大的（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条纹为白色，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，内侧为紫色,单缝衍射规律,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,衍射光栅,衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的排列起来形成的光学仪器。可分为透射光栅和反射光栅,干涉现象与衍射现象产生的原因及区别1.产生原因干涉现象和衍射现象都是由于光的叠加而产生的。对衍射现象来说，小孔处的光源可以看成无数个子波源，它们在空间也会叠加，振动加强的点产生明条纹，振动减弱的点产生暗条纹。干涉现象中每一个小孔（缝）也能发生衍射，衍射现象中各子光源也能发生干涉，即“干中有衍，衍中有干”。我们称双缝为干涉，单缝或多缝为衍射。2.二者区别（1）产生条件不同光的干涉要求频率相同的两列相干光相遇叠加。只要狭缝或孔足够小，任何光都能发生衍射。,（2）条纹宽度不同干涉条纹是等宽、等距的，而衍射条纹中央最宽，两侧的亮纹逐渐变窄。（3）光强分布不同干涉条纹，从中央明条纹往两侧光强变化很小。衍射条纹的光强分布主要集中在中央亮纹，两侧的亮纹逐渐变暗。（4）条纹的变化情况不同干涉条纹间距与波长成正比。衍射条纹与波长有关，但缝宽影响更大。,6.光的偏振,证明：光是一种横波,7.光的颜色色散,白光的干涉图样,明暗相间的彩色条纹；中央为白色亮条纹；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。,白光的单缝衍射条纹,光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象,各色光在真空中的波长和频率的范围见下表：,太阳光谱,吸收光谱,薄膜干涉,现象：水平明暗相间条纹,相干光的来源：肥皂薄膜前表面反射光波与后表面反射光波相互叠加产生干涉,视频,薄膜干涉的应用,1.干涉法检查平面,原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片，使其间形成一个楔形的空气薄层当用单色光从上面照射时，入射光从空气层的上、下表