高二物理竞赛光学小结课件

波动光学小结一.

概念波动性(电磁波)—干涉,衍射,偏振…1.相干光同频率同振动方向()相差(光程差)恒定分波阵面法、分振幅法2.光程—折算为真空情况相位差与光程差(

为真空中波长

)1

.(1)光程差1.共性问题二.(纯)干涉—有限光束间相干不同路径(2)干涉强弱基本条件相长—明纹中心相消—暗纹中心(3)方法由具体光路计算(问题关键)干涉强弱基本条件光路中几何关系(可近似处理)条纹空间分布规律2

.2.实例重点：双缝、均匀薄膜(平行光)

、劈尖、牛顿环、迈克耳孙干涉仪注如实际问题与教材实例中基本条件不一样，应自己推导相关公式求解测量应用静态动态光程差分布空间条纹(中心)空间分布光程差分布空间变化条纹(中心)空间分布变化=f(r)k值1－2k1－k23

.注a.k

(第几级)最小取值—视实际情况而定km(取整)b.白光入射色散(双缝)颜色(薄膜)c.动态问题跟踪法：跟踪k级条纹(一般k=0=0)定域法：同定某一位置观察(k→k’

)4

.三.

衍射—无限个子光波相干1.单缝平行光垂直照射中央明纹(

=

0)—=

0其它明暗纹(≠0)(半波带法)衍射角宽度(明纹)、间距线位置x其中问题：色散,最大级次km,斜入射,近似计算(<5°k

值较小)2.(小)圆孔衍射—艾里斑(张角,直径)(>0)—分辨问题5

.相消(最暗处)相长(最亮处,明纹中心)3.光栅4.X射线衍射—布拉格方程(相邻晶面间)其中问题：光栅常数,色散(光栅光谱),缺级,中央包络线内或屏上条纹级次分布

白光衍射光谱…综合效应多光束干涉—光栅方程—主明纹(中心)角位置单缝衍射—对主明纹强度调制(定性)—“中央包络线”概念6

.四.

偏振1.起偏与检偏对偏振片自然光入射—起偏—偏振光入射—检偏—马吕斯定律问题：光通过2-3个偏振片时，光的偏振态与强度问题2.

反射光与折射光的偏振反射光与折射光偏振态7

.3.

双折射1.在真空中波长为l

的单色光,在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B,若A、B两点位相差为3，则此路径AB的光程为(A)1.5(B)1.5n(C)3(D)1.5/n[A]选择题与讨论题8

.2．杨氏双缝干涉中，若有下列变动，干涉条纹将如何变化（1）把整个装置浸入水中（2）在缝S2处慢慢插入一块楔形玻璃片

图示由于S2到o点的光程逐渐增加，因此S1到屏和S2到屏两束光线相遇处的光程差为零的位置向下移动。即整个干涉条纹向下移动,但条纹间隔不变。此时波长为，则条纹变密9

.（3）把缝隙S2遮住，并在两缝垂直平面上放一平面反射镜（4）两缝宽度稍有不等

干涉条纹位置不变，但干涉减弱不为零（暗），整个条纹对比度下降，不够清晰。

此时两束光的干涉如图所示，由于S1光线在平面镜反射且有半波损失，因此干涉条纹仅在O点上方，且明暗条纹位置与原来相反。10

.

由于两束光频率不同，不相干，无干涉条纹。（5）分别用红、蓝滤色片各遮住S1和S2（6）将光源沿平行S1S2连线方向作微小移动如果光源S有一定宽度，情况又如何？（光的空间相干性）

图示S向下移动，此时,于是中央明纹的位置向上移动（为什么？）11

.5

硅片(n=4)上的二氧化硅(n=1.5)薄膜对由空气中垂直入射的570nm的黄光反射增强，则该薄膜的厚度至少应是_____________解4n=1.53.如图所示,当波长为的单色平行光垂直照射时,观察到每一条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条纹的直线部分的连线相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分：（A）凸起，且高度为

/4；（B）凸起，且高度为

/2；（C）凹陷，且深度为

/2；（D）凹陷，且深度为

/4。工件平面玻璃空气劈尖[C]12

.明暗明5.单色光垂直入射劈尖,讨论A、B处的情况A处条纹明暗B处光程差B处光程差A处条纹明暗B处光程差A处条纹明暗B处光程差A处条纹明暗暗14

.6．图示，设单色光垂直入射，画出干涉条纹（形状，疏密分布和条纹数）（1）上表面为平面，下表面为圆柱面的平凸透镜放在平板玻璃上。由得明纹条件当可观察到第四级明条纹，即15

.

由图知可得明条为8条，暗条为7条的直线干涉条纹（图示）。暗纹中心暗纹7条明纹8条16

.（2）平板玻璃放在上面，下面是表面为圆柱面的平凹透镜。同理，由

可观察到第的明条纹，但对应处，只有一条明条纹，则共可看到7条明纹、8条暗纹（图示）暗纹8条明纹7条17

.7．图示牛顿环装置中，平板玻璃由两部分组成的()，透镜玻璃的折射率，玻璃与透镜之间的间隙充满的介质，试讨论形成牛顿环的图样如何？讨论：

分别写出左右两侧的反射光的光程差表示式（对应同一厚度）与左右两侧明暗相反的半圆环条纹。18

.[C]8.在如图所示的单缝夫琅和费衍射实验装置中,S

为单缝,L

为透镜,C

放在

L

的焦平面处的屏幕.当把单缝S垂直于透镜光轴稍微向上平移时,屏幕上的衍射图样。(A)向上平移；(B)

向下平移；(C)不动；(D)条纹间距变大。19

.9.一束平行单色光垂直入射在光栅上，当光栅常数(b+b’)为下列情况(b代表每条缝的宽度)k=3、6、9等级次的主极大均不出现？[B](A)b+b’=2b(B)b+b’=3b

(C)b+b’=4b(D)b+b’=6b20

.（2）各图的等于多少？有哪些缺级?10．由下列光强分布曲线，回答下列问题（1）各图分别表示几缝衍射（3）入射波长相同，哪一个图对应的缝最宽缺级(a)(b)(d)(c)缺级缺级(d)缝最宽21

.[C]11.三个偏振片P1、P2与P3堆叠在一起，P1与P3的片振化方向相互垂直，P2与P1的片振化方向间的夹角为30

。强度为I0的自然光垂直入射到偏振片P1，并依次透过偏振片P1、P2与P3，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光光强为：（A）（B）（C）（D）22

.[B]12.自然光以60的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：（A）折射光为线偏振光,折射角30

；（B）折射光为部分偏振,折射角为30

；（C）折射光为线偏振光,折射角不能确定；（D）折射光为部分偏振光,折射角不能确定.23

.计算

若以光垂直入射,看到七条暗纹,且第七条位于N处,问该膜厚为多少.1．测量薄膜厚度。图示欲测定SiO2的厚度，通常将其磨成图示劈尖状，然后用光的干涉方法测量。解：由于则由暗条纹条件得24

.

已知N处为第七条暗纹，所以取得

方法2：劈尖相邻明条（暗条）间的垂直距离为，今有七条暗纹，棱边为明条纹，则其厚度讨论：如果N处为一明条纹如何计算？25

.解（1）设在A处，两束反射光的光程差为[若计算透射光，图示]2．牛顿环装置中平凸透镜与平板玻璃有一小间隙，现用波长为单色光垂直入射（1）任一位置处的光程差（2）求反射光形成牛顿环暗环的表述式（设透镜的曲率半径为R）26

.（2）形成的暗纹条件（1）由图示几何关系知（设A处环半径r）（2）代入式（1）得为正整数，且27

.（2）若M2前插入一薄玻璃片，观察到干涉条纹移动150条，设入射光，玻璃折射率，则玻璃片的厚度

.

3.（1）迈克耳孙干涉仪中平面镜M2移动距离时，测得某单色光的干涉条纹移动条，则波长为

.

(1)(2)28

.解：分析

双缝干涉却又受到每一缝（单缝）衍射的制约，成为一个双缝衍射，(图示衍射图样)（2）单缝中央亮纹范围内的明纹数目4．双缝干涉实验中，缝距，缝宽，即双缝（N=2）的衍射，透镜焦距f=2.0m，求当光垂直入射时，求：（1）（中央附近）条纹的间距；29

.（1）条纹间距因为（2）单缝中央明纹范围内有多少条明纹由得明纹中心位置30

.因为，即出现缺级现象

即总共可以看到11条（包括零级明条）的明条纹，但是

所以，在单缝中央明级范围内可以看到9条明纹(-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4)31

.（3）若以角向下倾斜入射光栅，在屏上显示的全部级数为多少?5．=600nm单色光垂直入射光栅，已知第二级，第三级明纹分别位于处,且首次缺级在第4级，求（1）光栅常数（）和最小缝宽b（2）在屏上实际显示的