大学物理实验(光学部分)思考题

PAGEPAGE1大学物理实验(光学部分)思考题第一篇：大学物理实验(光学部分)思考题大学物理实验（光学部分）思考题一、《用牛顿环干涉测透镜的曲率半径》实验1、牛顿环实验的主要注意事项有哪些？视差。竖直叉丝要与测量方向想垂直。为防止回程误差。在实验过程中读数显微镜的叉丝始终沿一个方向前进。干涉环两侧的序数不能出错，要防止仪器瘦震动而引起的误差。2、牛顿环实验中读数显微镜物镜下方的玻璃片G有何作用？实验时应如何调节？如果G的方向错误将会如何？3、哪些情况会使干涉条纹的中心出现亮斑？牛顿环接触点上有灰尘或者油渍。在薄膜厚度为半波长的半整数倍什么情况下是亮的4、牛顿环实验中读数显微镜载物台下方的反光镜要作如何调节？为什么？关掉、因为本实验不需要光源从下射入。5、牛顿环仪为什么要调节至松紧程度适当？太紧。透镜将发生形变，测得的曲率半径将偏大，太松。受震动时，接触点会跑动。无法实验。6、视差对实验结果有何影响？你是如何消除视差的？视差的存在会增大标尺读数的误差若待测像与标尺（分划板）之间有视差时，说明两者不共面，应稍稍调节像或标尺（分划板）的位置，并同时微微晃动眼睛，直到待测像与标尺之间无相对移动即无视差。7、在实验过程中你是如何避免回程误差的？显微镜下旋后再上旋，由于齿轮没有紧密咬合，造成刻度出现偏差。避免回程误差就是说一次测量内只能一直向上或向下二、《用掠入射法测定液体的折射率》实验1、分光计的调节主要分为哪些步骤？2、分光计的望远镜应作何调节？3、分光计为什么要设置两个游标？测量之前应将刻度盘及游标盘作何调节？为什么？4、用分光计测定液体的折射率实验，有哪些注意事项？5、调节分光计时，请说明三棱镜应如何如何放置，为什么要这样做？6、用分光计测量液体的折射率的过程中，哪些部件（或器件）应固定不能动？7、分光计的调节要求是什么?第二篇：大学物理实验(光学部分)复习资料大学物理实验（光学部分）复习资料一、《用牛顿环干涉测透镜的曲率半径》实验1、牛顿环实验中读数显微镜物镜下方的玻璃片G有何作用？实验时应如何调节？如果G的方向错误将会如何？10%答：a、起到调节光路的作用，即起到反射和透射的作用。b、实验时将玻璃片调成相对于光源来说跟水平方向成45度角，然后将它的角度慢慢增大，直到出现明亮的视场。c、将不能产生干涉，看不到干涉条纹。2、在牛顿环实验中你是如何避免回程误差的？答：A、采用单方向测量；B、十字叉丝应移到要测量的第一个数据后面一级的干涉暗条纹处，然后再往回测量；C、测量过程中若超过了头，必须退回一级，再缓慢前进重新测量该数据。3、牛顿环实验中读数显微镜载物台下方的反光镜要作如何调节？为什么？5%答：a、应将它关掉。b、如果有光线经反光镜反射进入牛顿环，将会使干涉条纹变模糊甚至看不到。4、牛顿环实验的主要注意事项有哪些？答：A、防止震动；B、防止回程误差；C、干涉条纹系数不要数错。5、如果R864.50mm，UC(R)7.15mm，下面的结果报道哪一个是正确的？（B）A、R=（864.5±7.2）mmB、R=（864±8）mmC、R=（865±7）mmD、R=（865±8）mm二、《用掠入射法测定液体的折射率》实验1、分光计是用来将读值平面、观察平面、待测光路平面此三个平面调节成相互平行，否则，测量得角度将与实际角度有些差异，即引入系统误差。2、用分光计测液体的折射率实验，在三棱镜的滴入待测液体，应将毛玻璃的毛面与三棱镜的光面相结合，液层中不能含有气泡。3、用分光计为什么要设置两个游标？测量之前应将刻度盘及游标盘作何调节？为什么？答：a、为了消除刻度盘的度盘中心和仪器转轴之间的偏心差。b、将度盘的0o线置于望远镜下，两个游标的“0”的连线应与准直管垂直。c、可以减少在测角度时，0o线通过游标引起的计算上的不方便。第三篇：大学物理演示实验感想光学（推荐）光学在生活中的应用光学技术在日常生活许多领域扮演着一个突出的角色，以愈发聪明的方法和灯具，确保效果更好、更加节能的照明。工业生产中的激光处理材料，光学感应和光学通信技术，以及显示器技术，这些都只是对于我们现代工业环境日益重要的一些光学技术范例。光学是充满神秘和应用价值的海洋。上周三下午我们很有兴趣的参加了光学的物理演示实验课。老师耐心的讲解各种有趣的光学现象和小应用，不仅让我们探索了奇妙的光学现象，还了解熟悉了其中的物理原理，让我们突然了解到生活中各个地方都有光学的身影。看似真实其实虚拟的“方块”是虚拟三维立体成像，有趣的夜视仪，“真实”的火焰，熟悉的电子滚动屏，其实是利用了视觉暂留原理，在一块凹面镜前竟然能够自己握手，是运用了其成像原理。最印象深刻的是显微镜下纸币的条纹中竟出现了几行字母，可见光学在防伪方面有了非常好的应用。光学在生活中还有很多很多的应用。例如：LED显示屏的应用，给夜晚增添了许多色彩和魅力；防盗的门镜利用凸透镜、凹透镜光学性能将其组合，使得门内可见门外，而门外不可见门内；光学显微镜利用两片凸透镜放大实物的像；望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器；光纤传导运用光的全反射原理，大大提高信号传递质量效率；特别刺激的3D电影，利用光的偏振性，使人身临其境；还有其他各种光学器件在人们平时的生活、医疗、工作、科研中都起着至关重要的角色。小到我们手机里的光电成像器件，大到宇宙望远镜，可以说现在无论走到哪里都能看到光学的影子。光学技术覆盖到广泛的应用领域。涉及光的产生、传输、测量和一般应用。它们的潜在市场巨大已经超越了半导体电子品的市场。现在全世界光学领域的总产值约为1300亿欧元预计在20XX年之前会增长到4000亿欧元。可见光的应用性价值十分巨大。光学与我们的生活息息相关。通过这次物理演示实验课，让我们激发了对光学的兴趣，增长了光学方面的基础知识，有了更多的思考和想法。最重要的是让我们感受到物理的趣味性和应用实践的重要性。所以，我们要学会把自己的知识投入到生活应用中去，实现科学的真正魅力。第四篇：大学物理实验报告思考题大学物理实验报告思考题实验十三拉伸法测金属丝的扬氏弹性摸量【预习题】1．如何根据几何光学的原理来调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系？如何调节望远镜？答：（1）根据光的反射定律分两步调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系。第一步：调节来自标尺的入射光线和经光杠杆镜面的反射光线所构成的平面大致水平。具体做法如下：①用目测法调节望远镜和光杠杆大致等高。②用目测法调节望远镜下的高低调节螺钉，使望远镜大致水平；调节光杠杆镜面的仰俯使光杠杆镜面大致铅直；调节标尺的位置，使其大致铅直；调节望远镜上方的瞄准系统使望远镜的光轴垂直光杠杆镜面。第二步：调节入射角（来自标尺的入射光线与光杠杆镜面法线间的夹角）和反射角（经光杠杆镜面反射进入望远镜的反射光与光杠杆镜面法线间的夹角）大致相等。具体做法如下：沿望远镜筒方向观察光杠杆镜面，在镜面中若看到标尺的像和观察者的眼睛，则入射角与反射角大致相等。如果看不到标尺的像和观察者的眼睛，可微调望远镜标尺组的左右位置，使来自标尺的入射光线经光杠杆镜面反射后，其反射光线能射入望远镜内。（2）望远镜的调节：首先调节目镜看清十字叉丝，然后物镜对标尺的像（光杠杆面镜后面2D处）调焦，直至在目镜中看到标尺清晰的像。2．在砝码盘上加载时为什么采用正反向测量取平均值的办法？答：因为金属丝弹性形变有滞后效应，从而带来系统误差。【思考题】1．光杠杆有什么优点？怎样提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度？答：（1）直观、简便、精度高。（2）因为，即，所以要提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度，应尽可能减小光杠杆长度（光杠杆后支点到两个前支点连线的垂直距离），或适当增大D（光杠杆小镜子到标尺的距离为D）。2．如果实验中操作无误，得到的数据前一两个偏大，这可能是什么原因，如何避免？答：可能是因为金属丝有弯曲。避免的方法是先加一两个发码将金属丝的弯曲拉直。3．如何避免测量过程中标尺读数超出望远镜范围？答：开始实验时，应调节标尺的高低，使标尺的下端大致与望远镜光轴等高，这样未加砝码时从望远镜当中看到的标尺读数接近标尺的下端，逐渐加砝码的过程中看到标尺读数向上端变化。这样就避免了测量过程中标尺读数超出望远镜范围。实验十四冰的熔解热的测定【思考题】1．设计一实验，通过实验的方法测定量热器的水当量。答：用混合法，将质量分别为、，温度分别为、的两份水放入量热器里混合，热平衡方程式，式中为量热器的水当量（、分别为量热器的质量和材料的比热容），为温度计的水当量，为水的比热容，测出各温度和质量即可求出。2．为了减小实验误差，操作时应注意哪些问题？答：（1）在测量量热器质量时注意使量热器干燥。（2）加入热水的温度不超过室温10℃，水量为量热器的五分之二（3）加冰前读出热水的温度（4）冰块大小合适，应该是熔化的冰，但表面用纸吸干水。（5）加冰后搅动冰块，仔细观察混合后混度的变化，读出最低温度。实验十五牛顿环和劈尖干涉【预习题】1．何为等厚干涉?答：对分振幅薄膜干涉，当入射角一定、入射光波波长一定，光程差仅是膜厚e的函数，干涉条纹是厚度相同点的轨迹时，这样的干涉为等厚干涉。2．如何正确调节读数显微镜?在测量中怎样避免空程误差?答：先将显微镜降到靠近牛顿环装置附近,然后慢慢而又小心地自下而上调节镜筒,直至看到清晰的牛顿环为止。在测量中为了避免空程误差，应作到两点：①先转动测微鼓轮向右侧(或向左侧)移动,将显微镜的十字叉丝超过第35条暗纹(到40条),然后再退到35条暗纹,进行测量；②测量中读数显微镜只向一方向移动，中途不可倒退。3．测量牛顿环直径时要注意哪些问题?答：应注意两点：①在测量中，测微鼓轮只能向一个方向旋转，否则会产生空程误差.②测量牛顿环直径时,注意左右两侧环纹不要数错,且十字叉丝纵丝对准暗纹中心，防止工作台震动。【思考题】1．若把牛顿环倒过来放置,干涉图形是否变化?答：不变。2．在测量牛顿环直径时,若实际测量的是弦,而不是牛顿环直径,对结果有何影响?答：没有影响。3．实验中如何使十字叉丝的水平丝与镜筒移动方向平行?若与镜筒移动方向不平行,对测量有何影响?答：测量过程中如何竖叉丝始终与干涉圆环相切则十字的水平丝与镜筒移动方向平行，若不是，则须调节目镜叉丝的方位。若与镜筒移动方向不平行,干涉圆环直径的测量将产生误差。4．牛顿环和劈尖干涉条纹有何相同和不同之处?为什么?答：牛顿环和劈尖干涉条纹有何相同为都是等厚干涉。不同之处为牛顿环的干涉条纹为明暗相间的同心圆，相邻条纹间距不等；劈尖的干涉条纹为明暗相间的直条纹，且相邻条纹间距相等。因为牛顿环和劈尖干涉条纹都是厚度相同点的轨迹，牛顿环厚度相同点的轨迹是圆，劈尖厚度相同点的轨迹是直线。5．用什么方法来鉴别待测光学面为平面、球面和柱面?球面是凸球面还是凹球面?如何鉴别?答：将一平晶置于待测光学面上，当（1）待测光学面为平面时，干涉条纹为明暗相间的直条纹，且相邻条纹间距相等；（2）待测光学面为球面时，干涉条纹为明暗相间的同心圆；（3）待测光学面为柱面时，干涉条纹为明暗相间的直条纹，条纹对称于平面和柱面的交线，相邻条纹间距不等。（4）当轻按球面，干涉圆环向外扩张时球面是凸球面；干涉圆环向内收缩时球面是凹球面。实验十六示波器的使用【预习题】1．示波器为什么能把看不见的变化电压显示成看得见的图象？简述其原理。答：（1）示波管内高速电子束使荧光屏上产生光亮点，而电子束的偏转角度（光点在荧光屏上的位移）是受X轴和Y轴偏转板上所加电压的控制。（2）若只在X轴偏转板上加一个锯齿波电压（该电压随时间从-U按一定比例增大到+U），则光点就会从荧光屏左端水平地移动到右端（称为扫描），由于荧光屏上的发光物质的特性使光迹有一定保留时间，因而在屏幕水平方向形成一条亮迹（称为扫描线）。（3）若只在Y轴偏转板上加信号电压，则随着信号幅度的变化光点就会在荧光屏竖直方向作上下移动形成一条竖直亮迹。（4）如在Y轴偏转板加上电压信号，同时又在X轴偏转板加上锯齿波扫描电压，则电子束受到水平和竖直电场的共同作用，光点的轨迹呈现二维图形（光点在X方向均匀地从左向右水平移动的同时又在Y方向随信号幅度的变化在竖直方向作上下移动），即将Y轴偏转板上电压信号幅度随时间变化的规律在屏幕上展开成为函数曲线（即信号波形）。（5）要得到清晰稳定的信号波形，扫描电压的周期与信号电压的周期必须满足，以保证的起点始终与电压信号固定的一点相对应（称同步），屏幕上的波形才能稳定。（6）为了得到可观察的图形，锯齿波扫描电压必须重复扫描．2．观察波形的几个重要步骤是什么?答：（1）开启示波器电源开关后，将耦合开关置“⊥”，调整辉度、聚焦以及垂直、水平位移旋钮使屏幕中部出现亮度适中细小的亮点。（2）观察、测量时将耦合开关置“AC”或“DC”，触发选择开关置“INT”，将信号用同轴电缆线连接到Y轴输入端。（3）调节Y轴灵敏度选择开关和X轴扫描选择开关以及触发电平旋钮，使信号幅度在屏幕范围内（屏幕竖直标尺的2/3左右），且有2—5个完整稳定的波形。（4）定量测量时还应注意将扫描微调旋钮和Y轴微调旋钮置于校准位置（顺时针旋转至最大）。3．怎样用李萨如图形来测待测信号的频率?答：1．将示波器功能置于外接状态（触发选择开关置“EXT”，触发信号极性开关置“X”）。将信号发生器的正弦波信号用同轴电缆线连接到X轴输入端，待测频率的信号用同轴电缆线连接到Y轴输入端，分别调节信号发生器幅度旋钮和Y轴灵敏度选择开关，使亮迹形成的图形在屏幕范围内。2．调节信号发生器输出信号的频率，使合成的李萨如图形为稳定的“○”形，从信号发生器上读出输出信号的的频率值Fx1，根据合成李萨如图形的两个信号频率比与图形切点数的关系Fx：Fy=NY：NX，求出Fy1。3．再改变信号发生器输出信号的频率，使合成的图形为“∞”、“8”、“000”等，NY：NX分别为“1：2”、“2：1”、“1：3”等，相应地读出信号发生器输出信号的频率为FX2、FX3、FX4等，求出FY2、FY3、FY4等，算出的FY的平均值即为待测信号的频率。【思考题】1．在示波器的荧光屏上得到一李萨如图形，Y轴、X轴与图形相交时交点数之比，已知，求。答：。2．为什么在共振状态下测声速?如何判断系统是否处于共振状态?答：本实验中将电信号转换为超声波信号的器件是压电陶瓷换能器，该换能器有一最佳响应的频率，当电信号频率等于该响应的频率时，压电陶瓷片产生共振，输出信号最大，便于测量。示波器屏幕上的信号幅度为最大值时，系统处于共振状态。实验十七分光计的使用用光栅测波长【预习题】1．分光计主要由几部分组成？各自作用是什么？答：（1）分光计主要由底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘五个部分组成。（2）底座上承载着其它四个部分，其中载物台、望远镜和刻度盘都可绕底座上的主轴转动；平行光管用来产生平行光；载物台用来放置被测样品；望远镜用来接收平行光；刻度盘与游标盘配合用来读取数据。2．分光计调节要求是什么？答：分光计的调节要达到三个要求：（1）望远镜能接收平行光。（2）平行光管能发出平行光。（3）望远镜的光轴和平行光管的光轴与仪器的主轴垂直。载物台与仪器的主轴垂直。3．用光栅测波长时，光栅应如何放置？为什么？答：用光栅测波长时按图17-7放置光栅。因为这样放置可方便调节。当调节平行光垂直照射光栅表面时（即光栅平面与平行光管轴线垂直），只须调节螺钉Ⅰ和Ⅱ；调节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行时，只须调节螺钉Ⅲ。【思考题】1．为什么要用各半调节法调节望远镜的主轴垂直于仪器的主轴？答：综合考虑调节载物台调平螺钉Ⅰ或Ⅱ与调节望远镜水平度调节螺钉对正反两面亮十字反射像与分划板上方的水平刻线间高度差的相互影响，从而加快调节速度。2．当狭缝过宽或过窄时，将会出现什么现象？为什么？答：当狭缝过宽时，衍射条纹将变粗，相互靠近的条纹无法分开，在测量时难以确定条纹的中心位置。当狭缝过窄时，将看不见衍射条纹，因而无法测量。3．用公式测光波波长应保证什么条件？实验中如何检查条件是否满足？答：用公式测光波波长应保证：平行光垂直照射在光栅上。实验中通过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满足。0级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用（中叉丝）的水平叉丝平分。光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝（上叉丝）重合。实验十九光具组基点的测定【预习题】1．主点（或面）、节点（或面）的含义是什么？它们在什么条件下重合在一起？答：主点是横向放大率的一对共轭点。若将物体垂直于系统的光轴放置在第一主点处，则必成一个与物体同样大小的正立像于第二主面处。过主点垂直于光轴的平面，分别称为第一、第二主面（如图中、所示）。第一、第二主面主面是一对横向放大率的共轭面。节点是角放大率的一对共轭点。如图所示：入射光线（或其延长线）通过第一节点时，出射光线（或其延长线）必通过第二节点，并与过的入射光线平行。过节点垂直于光轴的平面分别称为第一、第二节面。当共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。2．实验中确定节点的依据是什么？如何确定？答：入射光线通过第一节点时，出射光线必通过第二节点，并与过的入射光线平行。实验时不断改变光具组在上层导轨上的位置并使上层导轨饶回转轴转动，当屏上则像点位置不动时，光具组的第二节点恰好在回转轴点的位置上。3．如何调共轴，在实验中调共轴有什么必要性？答：用两次成像法调节共轴。实验中调共轴可减小测量误差。【思考题】1．当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点是在转轴的哪一方？反之如何？试绘图说明。答：当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点在转轴的左侧（图1）；反之在转轴的右侧（图2）。图1图22．第一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透镜，在什么条件下才是对的？（光具组由二薄透镜组成）答：当即时，第一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透镜。3．由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离可自己设定）答：根据自己选定的，计算主点及焦点的大小，若焦点在光具组外，测量方法同实验所介绍方法相同。若焦点在光具组内，则需增加一凸透镜，使光具组内焦点的像经凸透镜后成像在屏上，再改变光具组在上层导轨上的位置并使上层导轨饶回转轴转动，当屏上的像点不动时，转轴点的位置即节点位置，焦点的位置可根据凸透镜的焦距和所测像距算出。实验二十棱镜玻璃折射率的测定【预习题】1．为什么汞灯光源发出的光经过三棱镜以后会形成光谱？答：当复合光入射三棱镜以后，由于棱镜的色散作用，不同波长的光将被分散开来。汞灯光源是复合光源，所以它发出的光经过三棱镜以后就会形成光谱。2．怎样用反射法测定棱镜的顶角？答：反射法测定棱镜的顶角即教材中所介绍的自准直法。具体方法如下：将待测棱镜置于分光计的载物台上。固定望远镜，点亮小灯照亮目镜中的叉丝，旋转棱镜台，使棱镜的一个折射面对准望远镜，用自准直法调节望远镜的光轴与此折射面严格垂直，即使十字叉丝的反射像和调整叉丝完全重合。如图20XX所示，记录刻度盘上两游标读数；再转动游标盘联带载物平台，依同样方法使望远镜光轴垂直于棱镜第二个折射面，记录相应的游标读数；同一游标两次读数之差等于棱镜角A的补角：图20XX自准直法即棱镜角，重复测量几次，计算棱镜角A的平均值和标准不确定度。3．何为最小偏向角？实验中如何确定最小偏向角？答：当入射光线与折射光线左右对称时，即当，时，光线的偏向角最小，此角称为最小偏向角，以表示。实验中将三棱镜放置在调好的分光计载物台上，放置时注意将棱镜一底角对准平行光管，眼睛从另一底角方向找到经棱镜折射后形成的谱线。然后慢慢转动棱镜台，缓慢改变入射角,谱线会向一方向移动。当棱镜台转到某一位置，该谱线不再移动，这时无论棱镜台向何方向转动，该谱线匀向相反方向移动，这个谱线反向移动的极限位置就是棱镜对该谱线最小偏向角的位置。【思考题】1．在用棱脊分束法测三棱镜的顶角时，为什么三棱镜放在载物台上的位置，要使得三棱镜的顶角离平行光管远一些，而不能太靠近平行光管呢?试画出光路图，分析其原因。答：用棱脊分束法测三棱镜的顶角时若三棱镜太靠近平行光管，反射光将不能进入望远镜，在目镜中将不能看到平行光管狭缝的的像。其光路图如下：2．设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案。答：具体方法请学生自行设计。第五篇：大学物理波动光学总结大学物理学波动光学的学习总结（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院131715班北京100191）摘要：文章就大学物理学中的波动光学中的核心部分包括干涉，衍射，偏振部分的知识做了梳理，并就对推动波动光学理论建立的光学实验做了总结性的介绍和研究。关键词：波动光学干涉衍射偏振实验19世纪初，人们发现光有干涉、衍射、和偏振等现象。例如，在日常生活中常可看到在太阳光的照耀下，肥皂泡或水面的油膜上会呈现出色彩绚丽的彩色条纹图样；又如，让点光源发出的光通过一个直径可调的圆孔，在孔后适当位置放置一屏幕，逐渐缩小孔径，屏幕上上会出现中心亮斑，周围为明暗相间的圆环形图案等等。这些现象表明光具有波动性，用几何光学理论是无法解释的。由此产生了以光是波动为基础的光学理论，这就是波动光学。19世纪60年代，麦克斯韦建立了光的电磁理论，光的干涉，衍射和偏振现象得到了全面说明。本文将从光的干涉衍射和偏振来讨论光的波动性以及波动光学中的经典实验。一、光的干涉1.光波定义光波是某一波段的电磁波，是电磁量E和H的空间的传播.2.光的干涉定义满足一定条件的两束(或多束)光波相遇时，在光波重叠区域内，某些点合光强大于分光强之和，在另一些点合光强小于分光强之和，因而合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布，称为光的干涉现象，光波的这种叠加称为相干叠加，合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布称为干涉条纹，其中强度极大值的分布称为明条纹，强度极小值的分布称为暗条纹.3.相干条件表述两束光波发生相干的条件是:频率相同，振动方向几乎相同，在相遇点处有恒定的相位差.4.光程差与相位差定义两列光波传播到相遇处的光程之差称为光程差;两列光波传播到相遇处的相位之差称为相位差.5.双光束干涉强度公式表述在满足三个相干条件时，两相干光叠加干涉场中各点的光强为式子中，相位差保持恒定，若I1I2I0则6.杨氏双缝千涉实验实验装置与现象如图1所示，狭缝光源S位于对称轴线上，照明相距为a的两个狭缝S1和S2，在距针孔为D的垂轴平面上观察干涉图样，装置放置在空气(n=1)中，结构满足dD,Dx,sintan.在近轴区内，屏幕上的是平行、等间距的明暗相间的直条纹，屏幕上P点的光程差为相应明暗纹条件是干涉条纹的位置是式中，整数k称为干涉级数，用以区别不同的条纹.27.薄膜干涉实验装置如图2所示，扩展单色光源照射到薄膜上反射光干涉的情况，光源发出的任一单条光线经薄膜上下两个面反射后，形成两条光线①、②，在实验室中可用透镜将它们会聚在焦平面处的屏上进行观察，在膜的上下两个表面反射的两束光线①和②的光程差为二、光的衍射1.光的衍射现象定义一束平行光通过一狭缝K，在其后的屏幕上将呈现光斑，若狭缝的宽度比波度大得多时，屏幕E上的光斑和狭缝完全一致，如图3Ca)所示，这时可成光沿直线传播的;若缝宽与光波波长可以相比拟时，在屏幕E上的光斑亮度虽然降低，但光斑范围反而增大，如图3Cb)所示的明暗相间的条纹，这就是光的衍射现象，称偏离原来方向传播的光为衍射光.2.惠更斯一菲涅耳原理表述任何时刻波面上的每一点都可以作为子波的波源，从同一波面上各点发出的子波在空间相遇时，可以相互叠加产生干涉.3.菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射定义光源到障碍物，或障碍物到屏的距离为有限远，这类衍射称为菲涅尔衍射:光源到障碍物，以及障碍物到屏的距离都是无限远，这时入射光和衍射光均可视为平行光，这类衍射称为夫琅禾费衍射.三、光的偏振1.光的偏振性定义光波是电磁波，其电矢量称为光矢量，在垂直于传播方向的平面内，光矢量E可能具有的振动状态(矢量端点的轨迹)，称为光的偏振态.光矢量的振动方向与光传播方向所组成的平面称为振动面.2.偏振光定义振动方向具有一定规则的光波，称为偏振光。若一束光的光矢量E只沿一个固定的方向振动，称这种光为线偏振光，线偏振光的振动面固定不动，故又称为平面偏振光;若一束光的E矢量按一定频率旋转，其矢端沿着一圆形轨道运动，称这种光为圆偏振光;与圆偏振光类似，若E矢量末端沿着一椭圆形轨道运动，称这种光为椭圆偏振光。3.部分偏振光定义如果一束光的光矢量在垂直于传播方向的各个方向上都有分布，各个振动之间没有固定的相位关系，但沿某方向的振动总比其他方向更占优势，称这种光为部分偏振光。4.偏振片与马吕斯定律表述某些晶体物质对入射光在某个方向的光振动分量有强烈的吸收，而对与该方向垂直的分量却吸收很少，使之能够通过晶体，具有这种特性的晶体称为“二向色性”物质.把允许通过的光振动方向称为偏振化方向，既透光轴.将具有该性质的晶体制成获取线偏振光的器件，称为偏振片.当一束线偏振光通过偏振片时，透射光的强度是式中，I0为入射线偏振光的强度，为入射线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向之间的夹角，这个规律称为马吕斯定律.45.反射与折射时的偏振布儒斯特定律表述当自然光以一定入射角入射到两种透明介质的界面上时，反射光和折射光都是部分偏振光，其中，反射光中垂直于入射面的振动分量占主导地位，折射光中平行于入射面的振动分量占主导地位，当入射角是某一特定角度时，反射光变成垂直于入射面的振动方向的线偏振光，该特定角度称为布儒斯特角.布儒斯特角由布儒斯特定律决定，即布儒斯特角i0满足如下关系:式中，n1和n2分别为入射空间和折射空间的折射率.6.波片表述表面与光轴平行的晶体薄片称为波片，当一束光正入射于波片时，具有相同的相位，由于它们的传播速度不同，使之通过波片后产生一定的光程差.式中，d为波片的厚度，对应的相位差是若使d满足o光和e光在通过波片后产生/2的相位差，则此波片称为该波长的1/4波片;若相位差为π（或光程差为/2)，称为该波长的半波片.7.偏振光的干涉实验装置及现象如图4所示，在两个偏振化方向成一定角度的偏振片之间插入一个波片，当自然光入射时，先用一个起偏器使自然光变成线偏振光.线偏振光进入波片后，投射光形成偏振方向相互垂直的口光和e光，再经过检偏振器，使。光和e光变为同方向的振动，以满足偏振光的干涉条件，形成干涉条纹。四、推动波动光学发展的重要实验世纪,胡克和惠更斯创立了光的波动说.这一时期,人们还发现了一些与光的波动性有关的光学现象,例如格里马尔迪首先发现光遇障碍物时将偏离直线传播,他把此现象起名为“衍射”.胡克和玻意耳分别通过实验观察到现称之为牛顿环的干涉现象.这些发现成为波动光学发展史的起点.在随后的一百多年间,牛顿的“微粒说”与惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论,并由此而产生激烈的争议和探讨,科学家们就光是波动还是微粒这一问题展开了一场旷日持久的拉锯战.因牛顿在学术界的权威和盛名,“微粒说”一直占据着主导地位,波动说则不为多数人所接受.直到进入19世纪后,人们发现光有干涉、衍射、偏振等现象,这些事实都对光的波动说提供了重要的实验依据,从而极大地推动了波动光学的发展.1、杨氏双缝实验杨氏双缝实验是杨(T.Young)最早以明确形式确立光波叠加原理,用光的波动性解释干涉现象的一个实验,从而揭开了波动光学复兴的序幕.杨氏实验示意图如下图所示,根据惠更斯原理,认为双缝S1和S2是两个发射子波的波源,它们都是从同一个光源S而来并位于同一个子波波面,故它们的相位总是相同而能构成相干光源.由下图,若双缝间距离为d,缝屏到光屏EE′间距为D,光屏上任一点P到双缝的距离为r1、r2,从S1和S2所发出的光,到达P的波程差是δ=r2-r1≈dsinθ式中θ表示PO对双缝中点的张角.若光程差等于波长整数倍,即dsink若光程差等于半波长的奇数倍,即k=0,1,2,„P点为明纹.2k12dsink=0,1,2,„P点为暗纹.2通常能观察到干涉条纹的情况下θ总是很小,则dsindtand故光屏上各级亮纹离中心O的距离为xkDxkDdk=0,1,2,„两相邻亮条纹或暗条纹的间距都是Δx=Dλd,且干涉条纹都是等间距分布的.杨氏双缝实验为光的波动学说提供了有力的实验依据,它导致人们对光的波动理论普遍接受.同时,杨氏双缝实验还以极简单的装置和极巧妙的构思把普通光源变成相干光源,即满足了频率相同、相位差恒定,存在相同的振动分量.在此以后的菲涅尔双面镜、双棱镜、洛埃镜等都是以杨氏双缝实验为原型设计出来的.因此杨氏双缝实验在波动光学发展史上乃至物理学史上都占有非常重要的地位.2夫琅禾费单缝衍射实验衍射和干涉一样,也是波动的重要特征之一.波在传播过程中遇到障碍物时,能够绕过障碍物边缘前进,这种偏离直线传播的现象称为波的衍射.但是因为光波的波长太短,只有几百纳微米,因此要想实现光波的衍射比起机械波的衍射要难得多,所以在一个相当长的时期内,光能够发生衍射的观点根本不被人们所接受,光的波动说也就欠缺了说服力.夫琅禾费单缝衍射实验有力地证明光的波动性.平行光通过狭缝产生的衍射条纹定位于无穷远,称做夫琅禾费单缝衍射.如下图所示,根据菲涅尔半波带理论,设单缝的宽度为a,在平行单色光的垂直照射下,位于单缝所在处的波阵面AB上各点发出的子波沿各个方向传播,位于两条边缘衍射线之间的光程差为δ=BC=asinθ式中θ表示衍射角即波衍射后沿某一方向传播的子波波线与平面衍射屏法线之间的夹角.根据菲涅尔半波带理论,当θ适合asin2kk=±1,±2;±3,„暗纹2asin2k12k=±1,±2,±3,„明纹中央明条纹的半角宽度01arcsina,当θ1很小时有0a泊松亮斑实验在人类探索光的本性的进程中,泊松亮斑实验是波动光学发展史上具有重大意义的一个经典实验,在很大程度上推动了波动光学的进一步发展.1818年,法国科学院组织了一次悬赏征文活动,