大学物理第五版ch133-135

1、本章内容：本章内容：13.1 光是电磁波光是电磁波13.2 光源光源 光波的叠加光波的叠加13.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏实验杨氏实验13.4 光程与光程差光程与光程差13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉13.6 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理13.8 衍射光栅及光栅光谱衍射光栅及光栅光谱13.9 线偏振光线偏振光 自然光自然光13.10 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律13.11 反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律13.7 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射13.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏实验杨氏实

2、验13.3.1 杨氏双缝实验杨氏双缝实验1s2s明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置获得相干光的方法获得相干光的方法1. 分波阵面法分波阵面法(杨氏实验杨氏实验) )2. 分振幅法分振幅法( (薄膜干涉薄膜干涉) )Sl实验现象实验现象暗条纹位置暗条纹位置暗条纹位置暗条纹位置22222)2(dxyDr22221)2(dxyDr22kDxd, 2 , 1 , 02) 12(kkDxd光强极小（减弱）光强极小（减弱） 光强极大光强极大(明纹明纹)位置位置 Dxdrrxdrr12122Dy, x,Dd dDkx22dDkx2) 12 (光强极大（加强）光强极大（加强） 光强极

3、小光强极小(暗纹暗纹)位置位置l理论分析理论分析【明（暗）条纹的位置】【明（暗）条纹的位置】,k210在在z轴附近观察轴附近观察,2, 1 ,0k中央明纹中央明纹一级明纹一级明纹一级暗纹一级暗纹二级暗纹二级暗纹xyzD),(zyxP1r2r 2S1Sdo 13.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏实验杨氏实验r讨论讨论 屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间 距为：距为：kkxxx1杨氏双缝干涉条纹为：杨氏双缝干涉条纹为：一系列平行、等间距一系列平行、等间距的明暗相间条纹的明暗相间条纹. .(4) 当用白光作为光源时，当用白光作为光源时，(2) 已知已知

4、 d , D 及及x , 可测可测 。(3) x 正比正比 , D ; 反比反比 d。见动画见动画应用：应用：1. 求入射光波长；求入射光波长； 2. 求某明纹（暗纹）的位置、相邻明纹求某明纹（暗纹）的位置、相邻明纹 （暗纹）间距、某色光的宽度等。（暗纹）间距、某色光的宽度等。dDx/ 13.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏实验杨氏实验 在零级在零级白色中央条纹白色中央条纹两边对称地排列着几条两边对称地排列着几条彩色条纹彩色条纹。 r小结小结二、双缝干涉结果二、双缝干涉结果 一系列平行、等间距的明暗相间条纹。一系列平行、等间距的明暗相间条纹。明纹位置：明纹位置： 暗纹位置：暗纹位置：

5、,2, 1 ,0k中央明纹中央明纹一级明纹一级明纹一级暗纹一级暗纹二级暗纹二级暗纹三、双缝明三、双缝明(暗暗)纹位置纹位置四、相邻明四、相邻明(暗暗)纹距离纹距离dDx一、获得相干光的方法一、获得相干光的方法1. 分波阵面法分波阵面法2. 分振幅法分振幅法dDkx2) 12 (白光照射：中央白亮纹，两侧紫内红外彩条纹白光照射：中央白亮纹，两侧紫内红外彩条纹.dDkx22(1) 明纹间距分别为明纹间距分别为mm35. 00 . 110893. 5600411dDxmm035. 01010893. 5600422dDx(2) 双缝间距双缝间距 d 为为mm4506501089356004.xDd解

6、解 例例 双缝干涉实验中，用钠光灯作单色光源，其波双缝干涉实验中，用钠光灯作单色光源，其波长为长为589.3 nm，屏与双缝的距离，屏与双缝的距离 D=600 mm.求求 (1) d1 =1.0 mm 和和 d2 =10 mm，两种情况相，两种情况相邻明条纹间距分别为多大？邻明条纹间距分别为多大？(2) 若相邻条纹若相邻条纹的最小分辨距离为的最小分辨距离为 0.065 mm，能分清干涉，能分清干涉条纹的双缝间距条纹的双缝间距 d 最大是多少？最大是多少？x 13.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏实验杨氏实验13.3.2 洛埃镜（洛埃镜（半波损失半波损失）l接触处接触处, 屏上屏上O

7、点出现点出现暗暗条纹条纹 半波损失半波损失 1sPMPL 13.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏实验杨氏实验时，反射光时，反射光有有半波损失，半波损失，21nn 21nn 透射光透射光没有没有半波损失。半波损失。注：注：时，反射光时，反射光无无半波损失，半波损失，13.4 光程与光程差光程与光程差设设: 光波在真空中光波在真空中c 、x，在介质中，在介质中u 、 r一、光程一、光程1.为什么要引如光程？为什么要引如光程？k（加强条件）（加强条件）解决办法：解决办法：将光在将光在不同不同介质中（在介质中（在 t 时间）所时间）所走的几何路程折合到真空中去。走的几何路程折合到真空中去。在

8、同一时间在同一时间t 内：内： x = = c tr = u t rx ctxnrurc即即:单色光在折射率为单色光在折射率为 n 的媒介中通过的几何路的媒介中通过的几何路程程 r , 相当于在真空中通过了相当于在真空中通过了nr 的几何路程。的几何路程。2. 光程定义光程定义: 介质折射率与光几何路程之积介质折射率与光几何路程之积nr因为在相同的时间内，光在不同的介质中传因为在相同的时间内，光在不同的介质中传播的几何路程不一样。播的几何路程不一样。nrxn0？ 物理意义物理意义: 光程是一个折合量，在相同时间内光程是一个折合量，在相同时间内（或在相位改变相同的条件下），把光在介质中（或在相位

9、改变相同的条件下），把光在介质中传播的路程折合到光在真空中传播的相应路程传播的路程折合到光在真空中传播的相应路程.光程光程 iiirn l一束光连续通过几种介质一束光连续通过几种介质 1n2nin1r2rir结论：结论：光在相同的时间内，在光在相同的时间内，在不同的介质不同的介质中中传播的传播的几何距离不同几何距离不同，光程相同光程相同. 13.4 光程与光程差光程与光程差nrx nxr/0真空真空nnn/0介质介质Tt 2或或nrxn0真空波长真空波长l光程差光程差1S2Snn1r2rPd12)(rnnddrnl相位差与光程差关系相位差与光程差关系23. 相干加强与减弱条件：相干加强与减弱条

10、件：,2,1 ,0,kk,2,1 ,02,kk干涉干涉加强加强干涉干涉减弱减弱, 2 , 1 , 0,2)12(kk,2, 1 ,0, )12(kk真空中真空中光波长光波长 13.4 光程与光程差光程与光程差二、透镜不引起附加的光程差二、透镜不引起附加的光程差FABoFAB焦平面焦平面 13.4 光程与光程差光程与光程差原因：光程相等原因：光程相等（几何距离不同）。（几何距离不同）。r小结小结一、光程一、光程:nr三、相位差与光程差关系三、相位差与光程差关系2四、相干加强与减弱条件四、相干加强与减弱条件,2, 1 ,0,kk,2,1 ,02,kk 加强加强 减弱减弱,2, 1 ,0,2)12(

11、kk,2, 1 ,0,)12(kk五、透镜不引起附加的光程差五、透镜不引起附加的光程差nnn0二、波长关系二、波长关系P1n1n2n1M2M13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 13.5.1 等厚干涉的加强和减弱条件等厚干涉的加强和减弱条件dL考察厚度为考察厚度为 d 处光的情况处光的情况ADCDADnBCABn1232)(12nn iDC34E5A1B21. 计算光程差计算光程差2、3两光线的两光线的光程差为：光程差为：考虑到半波损失考虑到半波损失2ADnBCABn1232)(视具体情况定视具体情况定2cos22sin2222122rdninnd 反反射光的光程差射光的光程差2. 反射光的加强

12、与减弱条件反射光的加强与减弱条件r22k加加 强强),2, 1(k2) 12(k减减 弱弱), 2 , 1 , 0(k可知：厚度相同处光程差相同可知：厚度相同处光程差相同,干涉条纹相同干涉条纹相同. (等厚干涉等厚干涉). 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 P1n1n2n1M2MLiDC34E5A1B2d3. 透射光的加强与减弱条件（略）透射光的加强与减弱条件（略） 注意：注意：透射光和反射光干涉具有互补性透射光和反射光干涉具有互补性 ，符，符合能量守恒定律合能量守恒定律.inndt22122sin2t22k加加 强强),2, 1(k2) 12(k减减 弱弱), 2, 1 , 0(k 13.

13、5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 P1n1n2n1M2MLiDC34E5A1B2d讨论光线垂直入射讨论光线垂直入射 0irr12nn 若若 时时123nnn若若 时时13.5.2 薄膜干涉薄膜干涉厚度相同的薄膜厚度相同的薄膜可知：厚度相同处可知：厚度相同处光程差相同，干涉光程差相同，干涉条纹相同条纹相同等厚干涉等厚干涉222dn22dn 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 1n1n2n213d2131n3n2ndr小结小结 (等厚干涉等厚干涉)r22k加加 强强),2, 1(k2) 12(k减减 弱弱), 2 , 1 , 0(k1. 反射光的加强与减弱条件反射光的加强与减弱条件2sin222122

14、rinnd2. 薄膜干涉薄膜干涉r222dn加强与减弱条件加强与减弱条件（自己总结）（自己总结）1n1n2nP1n1n2n1M2MLiDC34E5A1B2d解解 (1)r, 2 , 1,21kkdnnm11042, 11dnknm552, 21dnknm36832, 31dnk (1) 如果太阳正位于海域上空如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员一直升飞机的驾驶员从机上向下观察从机上向下观察,他所正对的油层厚度为他所正对的油层厚度为460nm,则他则他将观察到油层呈什么颜色将观察到油层呈什么颜色? (2) 如果一潜水员潜入该区域水下如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层又将看到油层呈什么

15、颜色呈什么颜色?（略）（略） 例例 一油轮漏出的油一油轮漏出的油(折射率折射率 =1.20)污染了某海域污染了某海域, 在海水在海水( =1.30)表面形成一层薄薄的油污表面形成一层薄薄的油污.1n2n绿色绿色12dnk0n2n1nd210nnn2132/121kdn 透射光的光程差透射光的光程差tnm4 .3152/142,41dnknm7362/122, 21dnk红光红光nm6 .4412/132, 31dnk紫光紫光nm22082/112, 11dnkkdn2/21t (2) 如果一潜水员潜入该区域水下如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到又将看到油层呈什么颜色油层呈什么颜色?12dn2

16、 /0n2n1nd210nnn1nn 13.5.3 劈尖干涉劈尖干涉（厚度均匀变化）（厚度均匀变化）22 nd, 2 , 1,22kk明纹明纹, 1 , 0,2) 12(kk暗纹暗纹等厚干涉等厚干涉 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 1n1nndSMDTL劈尖角劈尖角b213讨论光线垂直入射讨论光线垂直入射nk2)21(dnk2（明纹）（明纹）（暗纹）（暗纹）讨论讨论结论：空气劈尖劈棱处结论：空气劈尖劈棱处 为暗纹为暗纹2）明）明(暗暗)纹处劈尖的厚度纹处劈尖的厚度2 1）劈尖劈棱处）劈尖劈棱处0d为暗纹为暗纹（空气劈尖）（空气劈尖）2/2 nd 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 Ln1n

17、D劈尖干涉劈尖干涉nn 1dd4）明）明(暗暗)条纹间距条纹间距 b nb2221nkkndd3）相邻明）相邻明(暗暗)纹间的厚度差纹间的厚度差bnbddtgkk2/sin1 b1 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 劈尖干涉劈尖干涉Lnn 1n1nDbb2n干涉图样：平行等间干涉图样：平行等间距的明暗相间条纹。距的明暗相间条纹。2nbbLDbn2LnbLbDn225）细丝直径）细丝直径 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 劈尖干涉劈尖干涉Lnn 1n1nDbb2n2n 6）干涉条纹的移动）干涉条纹的移动（等厚干涉）（等厚干涉） 每一条纹对每一条纹对应劈尖内的应劈尖内的一个厚度，一个厚度，当此

18、厚度位当此厚度位置改变时，置改变时，对应的条纹对应的条纹随之移动随之移动. 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 r小结小结3. 劈尖干涉劈尖干涉1nn 22 nd1n1nnd（1）空气劈尖劈棱处为暗纹）空气劈尖劈棱处为暗纹（3）明（暗）条纹间距明（暗）条纹间距22nnd（2）相邻明相邻明(暗暗)纹间的厚度差纹间的厚度差nb2（4）细丝直径细丝直径LnbD2nk2)21(dnk2（明纹）（明纹）（暗纹）（暗纹）例例 有一玻璃劈尖有一玻璃劈尖 , 放在空气中放在空气中, 劈尖夹角劈尖夹角rad1085 , 用波长用波长 的单色光垂的单色光垂直入射时直入射时 , 测得干涉条纹的宽度测得干涉条纹的宽度 , 求求 这玻璃的这玻璃的 折射率折射率.nm589mm4 . 2b解解nb253. 1m104 . 21082m1089. 5357nbn2 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 Lnb构成：由一块平板玻璃和一平凸透镜组成。构成：由一块平板玻璃和一平凸透镜组成。22 nd光程差光程差) 1( n 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 d213n（厚度均匀变化）（厚度均匀变化）22222)(ddRd