高二物理竞赛波动光学课件

光的衍射单缝衍射：圆孔衍射：光栅衍射：光栅衍射条纹是单缝衍射和多光束干涉的综合效果,即受单缝衍射调制的多缝干涉。半波带法最高级次满足：艾里斑的半角宽度：光栅方程复习（光学仪器最小分辨角）明确实验装置、实验现象和实验规律主极大位置取定于干涉因子，强度则受限于衍射因子。三、谱线的缺级： 光栅方程单缝衍射的暗条纹条件：

则按干涉满足光栅方程时应出现明条纹，但是由于单缝衍射的限制使主极大明条纹并不出现，这称为缺级现象。单缝衍射多缝干涉衍射光栅当衍射角

同时满足下面两个条件:缺级的级数：例如:

光栅方程只是产生主极大条纹的必要条件，而不是充分条件。1245-1-2-4-5缺级缺级０注意

例题1用波长为600nm的单色光垂直照射在一光栅上，相邻两明纹分别出现在sinθ=0.2和sinθ=0.3处，第四级缺级。求：1）光栅常数。2）光栅上狭缝可能的最小宽度。

3）选定上述

a、d

，给出屏上实际呈现的级数。解

1）设sinθ=0.2处的级数为k

。sinθ=0.3处的级数为k+1。由得：可看到k=0,±1,±2,±3,±5,±6,±7,±9级，共15条谱线。能够看到的最大级数为2）光栅上狭缝可能的最小宽度。

3）选定上述

a、d

，给出屏上实际呈现的级数。四、斜入射时的光程差如果平行光束以角度

斜入射到光栅上,如图所示，则需要考虑入射前的光程差。入射光与衍射光在光栅法线异侧时：例如：光线2和1的光程差入射光与衍射光在光栅法线同侧时：则光栅方程：1212B’正正负负入射角的取值规则图[例2]透射光栅,500条/mm,λ=0.59μm,a=1.0×10-3mm

求:①平行光垂直入射时能看到第几级光谱线,几条光谱线? ②当以300斜向上入射时能看到第几级光谱线,几条光谱线?解:光栅常数：(1)最大级数

最多能看到第3级谱线光谱缺级：故：图示，光线以30°角度向上斜入射时上方只能看到+1级。得到：下方能看到－5级。因缺偶数级，可以看到+1，0，-1，－3，－5，共5条光谱线。②当以300斜向上入射时能看到第几级光谱线,几条光谱线?1212B’正正负负一、X射线的发现和特性：1895年X射线由德国物理学家伦琴发现。它是一种电磁波，波长在0.01~10nm范围。X射线管X射线KA

X射线有如下特点：在电磁场中不发生偏转，使某些物质发荧光，使气体电离，底片感光，具有极强的穿透力。§10.6X射线衍射1912年，德国物理学家劳厄用单晶片作为空间三维衍射光栅，观察到X射线的衍射现象，在照相底片上得到一系列感光斑点—劳厄斑点。1、空间光栅与劳厄斑点：二、X射线在晶体上的衍射：劳厄实验的意义:证实了X射线的波动性；证实了晶体中微粒（原子、离子或分子）是按一定规则排列的，其间隔与X射线的波长同数量级。2、布喇格公式：4）各层“反射线”相互加强而形成亮点的条件：布喇格公式一束单色的、平行的X射线掠射到晶面时，一部分将被表面原子散射，其余部分将被内部各原子层所散射。2）每个原子层散射的射线中，只有满足反射定律的射线强度最大(同层格点间干涉）；3）相邻两晶面所发出的“反射线”的光程差为：布拉格反射入射波散射波

1913年英国布喇格父子提出了一种解释Ｘ射线衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物理学诺贝尔奖．晶面间干涉2）已知X射线的波长，确定晶格常数d

，研究原子结构、晶体的结构，进而研究材料性能。—X射线结构分析DNA晶体的X衍射照片DNA分子的双螺旋结构1）已知晶格常数d，得到X射线的波长。例：对大分子DNA晶体的成千张X射线衍射照片的分析，显示出DNA分子的双螺旋结构。用途布喇格公式机械波穿过狭缝一、光的偏振性：波的振动相对于传播方向的不对称性，称作波的偏振性。纵波横波波的振动对传播方向具有对称性不对称性光是横波，光也具有偏振现象。§10.7光的偏振现象1、自然光：常见的偏振态：表示：2、部分偏振光：某一方向的光振动比与之相垂直方向的光振动占优势的光。表示：3、线偏振光：

只含有单一方向光振动的光叫做偏振光。也称为线偏振光、平面偏振光、完全偏振光。表示：

普通光源发出的光。包含着各个方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等的光叫自然光。

光传播时，光矢量绕着传播方向旋转。若迎着光的传播方向看去，光矢量端点的轨迹是一个圆，为圆偏振光。若光矢量端点的轨迹是一个椭圆为椭圆偏振光。4、圆偏振光和椭圆偏振光：偏振片：把具有二向色性的物质涂在两个玻璃片之间制成一种用于起偏和检偏的光学元件—偏振片。透振方向：偏振片上允许通过的光振动方向称为偏振片的偏 振化方向。或称为偏振片的透振方向。二向色性：某些材料对某一方向的光振动全部吸收，允许与之垂直的光振动通过，这种性质称为二向色性。1、偏振片的起偏和检偏：1）偏振片及透振方向：二、起偏和检偏马吕斯定律

起偏偏振化方向起偏器2）偏振片的起偏和检偏：起偏：由自然光获得偏振光的过程称为起偏。检偏：用于鉴别光的偏振状态的过程称为检偏。产生起偏作用的光学元件称为起偏器。用于检偏的光学元件称为检偏器。2、马吕斯定律：一束光强为的线偏振光，透过检偏器以后，透射光强为：起偏器检偏器—

马吕斯定律

为线偏光的振动方向与透振方向的夹角。一束光强为的自然光透过检偏器，透射光强为：检偏器检偏器偏振片讨论

例题1

光强为I0的自然光通过两透振方向夹角为45°的偏振片，最后透射光强为多少？解故经第二偏振片后，光强变为：经第一偏振片后，光强变为：偏振片偏振片

例题2

强度为Ia

的自然光与强度为I

b的线偏振光混合而成一束入射光，垂直照射到一偏振片上，如以入射光的传播方向为轴旋转偏振片时，出射光出现的最大值与最小值之比为n，求：I

b/Ia

与n

的关系解由题意知：则有：即：三、反射光与折射光的偏振：2）反射光是垂直入射面振动较强的部分偏振光。3）折射光是平行入射面振动较强的部分偏振光。实验发现：1）自然光入射到两种介质的分界面上时，反射光和折射光都成为部分偏振光。四、布儒斯特定律：实验和理论证明：当入射角满足时，反射光为振动方向垂直入射面的完全偏振光—布儒斯特定律。1）折射光和反射光的传播方向相互垂直。其中：n1和n2分别为两种介质的折射率；i0称为

布儒斯特角或起偏角。完全偏振光证明：2）反射光虽然是完全偏振光，但光强较弱；折射光是部分偏振光，光强却很强。说明：玻璃片堆：1、利用反射和折射时的偏振可以做起偏和检偏。应用：2、测不透明介质的折射率。

一束自然光以起偏角56.30入射到多层平板玻璃n=1.5上。用玻璃片堆最后得到：

反射光和折射光均为完全偏振光；两束光的振动方向垂直。2）增加折射光的偏振化程度。

反射光是垂直于入射面振动的偏振光。

在玻璃片下表面处的反射，其入射角33.70

，这是光从玻璃射向空气的起偏振角。作用：1）增加反射光的强度。[例1]某材料在空气中的布儒斯特角，求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率为1.33），求布儒斯特角？解：1）设该材料的折射率为n，空气的折射率为1。2）放在水中，则对应有所以：一、晶体的双折射：§10.8光的双折射现象

一束光入射到各向异性介质的表面时，产生两束折射光线的现象。1、现象：2、双折射的特性:1)两束折射光是振动方向不同的线偏振光；2)其中一束折射光遵守折射定律，称为寻常光(o光)。另一束不遵守折射定律，称为非常光(e

光)。3)一般o光和e光传播速度不同：o光沿不同方向传播速率相同，e光沿不