第四篇光学精品课件

1、第四篇光学第1页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二2X0 x令第八章 振动与波动弹簧振子：一、简谐振动第2页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二3单摆：（1）细线质量不计（2）阻力不计mgT第3页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二4 特征量速 度加速度位 移振动方程vtxa解 可得第4页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二5（1）振幅 A：（2）周期、频率：（3）相位、初相： 初相位相位当t=0时第5页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二6例：已知A=0.12m，T=2s。当t=0时，x0=0.06m

2、，此时， 质点沿x轴正向运动。求： 1）谐振动方程 2）当t=2s时，质点的位置、速度、加速度 3）由初始时刻到x=-0.06m处所需的最短时间。解： 1）因T=2s。于是将已知条件代入运动方程得即考虑到t=0时于是运动学方程为第6页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二7x=0.104m， v=-0.189m/s， a=-1.03m/s23）当x=-0.06m时，由可得由题意，质点沿x负方向运动到x=-0.06m所需时间最短，即注：在涉及到相位、初相问题时，因为在间有两个初相角满足运动方程。所以，常常借助速度、加速度方程来确定初相 2）当t=0.5s时，质点的位置、速度、加速

3、度第7页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二8 旋转矢量表示法2、简谐振动的合成第8页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二9 两同方向同频率的简谐振动的合成分振动 :x1=A1cos( t+ 1)x2=A2cos( t+ 2)合振动 : x = x1+ x2 x =A cos( t+ )其中X第9页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二10以弹簧振子为例3、简谐振动的能量第10页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二11第11页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二12二、 机械波1、机械波的产生、描述 产生条

4、件：弹性媒质：承担传播振动状态的物质波源：引起机械振动的物体横波：媒质质点的振动方向与波传播方向相互垂直的波纵波：媒质质点的振动方向和波传播方向相互平行的波 分类：动画动画第12页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二13 描述波动的基本量波长 周期 波速 波源定媒质定第13页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二14 波的几何描述波面：同位相各点所组成面（位相差为零）波前：离波源最远即最前方的波面波线：表明波传播方向的线SS1S2球面波：波前为球面平面波：波前为平面第14页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二152、简谐波 简谐波函数第15页

5、，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二16（1） 一定时，（2） 一定时，振动曲线波形曲线讨论第16页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二17（3）当 ， 都变，方程表示不同时刻的波形， 即波形的传播。第17页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二18例：有一个沿X轴正方向传播的平面波，波速=1m/s，波长=0.04m，振幅A=0.03m。若以坐标原点O处的质点恰在平衡位置且向负方向运动为计时起点，试求：（1）此平面波的波动方程；（2）距原点=0.05m处质点的振动方程和该点的初相位；（3）在t=3s时，距原点=0.045m处的质点的位移和速度

6、。 解：根据题意得到： （1） （2）x=0.05m时， 第18页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二193、波动所遵从的基本原理 惠更斯原理: 波传播时，任一波阵面上的每一点都可以看作发射子波的点波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。球面波平面波第19页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二20 每列波传播时，不会因与其它波相遇而改变自己原有的特性(传播方向、振动方向、频率、波长等）。 叠加原理: 在几列波相遇的区域中，质点的振动是各列波单独传播 时在该点引起的振动的合成。 波传播的独立性：第20页，共65页，2022年，5月20日，16点3

7、分，星期二21 衍射：波能绕过障碍物的边缘继续前进的现象4、波的干涉与衍射第21页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二22 干涉振动方向相同、频率相同、位相差恒定 相干波条件合振动形成稳定的分布第22页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二23 干涉加强、减弱条件点合振动为两同方向同频率谐振动合成其中两波在p点分振动位相差点点第23页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二24加强减弱若即两波源同位相，则波程差加强（相长、极大）减弱（相消、极小）加强减弱直线加强双曲线双曲线讨论第24页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二25第九

8、章 波动光学1、光干涉的描述当：一、光的干涉第25页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二26光程差：第26页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二27 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L = c普通光源：自发辐射2、分波振面干涉 发光机理激光光源：受激辐射 = (E2-E1)/hE1E2第27页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二28(T.Young) 杨氏双缝干涉实验第28页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二29零级明纹X（光强极大位置） （光强极小位置）光强极大光强极小第29页，共65页，2022年

9、，5月20日，16点3分，星期二30光波单色性愈好，相干长度愈长，时间相干性愈好。补充：第30页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二31例：用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的位置上。如果入射光波长为 550 nm 解：设云母片厚度为 d 。无云母片时，零级亮纹在屏上 P 点，则到达 P 点的两束光的光程差为零。加上云母片后，到达P点的两光束的光程差为当 P 点为第七级明纹位置时 求 此云母片的厚度是多少？第31页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二32劳埃德镜PML第32页，共65

10、页，2022年，5月20日，16点3分，星期二333、分振幅法干涉等厚干涉亮纹暗纹 光程差第33页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二34明纹暗纹 条纹间距劈尖形成的条纹等间距条纹动画第34页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二35 应用第35页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二36 牛顿环erR平晶平凸透镜暗环 o.S分束镜M显微镜o 牛顿环装置简图平凸透镜平晶光程差：亮纹暗纹动画K级暗纹的半径第36页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二37二、光 的 衍 射1、现象、分类、原理:衍射屏观察屏光源第37页，共65页，2

11、022年，5月20日，16点3分，星期二38circular holenarrow slitSquare hole第38页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二39菲涅耳衍射有限远夫朗和费衍射无限远 惠更斯菲涅尔原理 衍射现象实为无限多个无限小的子波的干涉效应。第39页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二402、 单缝夫朗和费衍射第40页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二41用半波带法中央明纹（中央极大）P 处为第一暗纹。BA暗纹（缝被分成偶数个半波带）亮纹（缝被分成奇数个半波带）第41页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期

12、二42BAK级暗纹所在位置 中央明纹暗纹（极小）（缝被分成偶数个半波带）明纹（极大）（缝被分成奇数个半波带）第42页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二43中央明纹线宽度讨论中央明纹角宽度当波长变化时，条纹的变化当缝宽变化时，条纹的变化第43页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二44孔径为D衍射屏中央亮斑(爱里斑)相对光强曲线艾里斑的半角宽度为3、夫琅禾费圆孔衍射艾里斑的半径为第44页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二45可分辨刚可分辨不可分辨 瑞利判据第45页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二46眼睛的最小分辨角为解

13、:设人离车的距离为 S 时，恰能分辨这两盏灯。例:在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距120 cm ，设夜间人眼瞳孔直径为5.0 mm ，入射光波为 550 nm。求人在离汽车多远的地方，眼睛恰能分辨这两盏灯？由题意有d =120 cmS观察者第46页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二474、光栅 基本结构d反射光栅d透射光栅a是透光（或反光）部分的宽度d=a+b 光栅常数b 是不透光(或不反光)部分的宽度第47页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二48 光栅光谱 多光束干涉oP焦距 f缝平面G观察屏透镜L dsind光栅方程明纹0/d-(/d)-2(/d)2

14、/dII0sin光强曲线 单缝衍射暗纹 缺级第48页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二490I-2-112单缝衍射光强(asin)/lK(a)(dsin)/l04-8-48多缝干涉光强 k=(b)IN2I0单048-4-8dsin(l/d)单缝衍射 轮廓线光栅衍射光强曲线k=(dsin)/l(c)第49页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二50解：例. 设计一光栅，要求把第一级可见光谱扩展到 角范围，第二级光谱缺级，试确定 、 之值？已知可见光波长第50页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二51光 的 偏 振1、光的偏振态及其分类 自然光

15、传播方向表示法：第51页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二52 线偏振光E播传方向振动面面对光的传播方向分解:EEyEx yx表示法：第52页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二53 部分偏振光表示：第53页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二54右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光 y yx z传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光E随z的变化E 0 圆偏振光,椭圆偏振光第54页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二552、偏振光的产生与检验 使用起偏器起偏器检偏器偏振化方向马吕斯定律第55页，共65页，2022年，5月20日，16点

16、3分，星期二56 利用光的反射和折射第56页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二57利用玻璃片堆从透射光可获得较强线偏振光第57页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二583、双折射 现象玻璃自然光自然光 本质晶体的各向异性第58页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二59 重要概念 光轴AB光轴102 主平面e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面第59页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二60 晶体偏振器件方解石方解石加拿大树胶光轴第60页，共65页，2022年，5月20日，16点3分，星期二61光光光轴光光光光光轴常数（主折射率） 主折射率 正、负晶体第61页，共65页，2022年，5月2