大学物理课件-获得相干光的方法、杨氏双缝实验

波动光学基础第十三章13.1光是电磁波13.2光源光波的叠加13.3获得相干光的方法杨氏双缝实验

第13章波动光学基础13.4光程与光程差13.5薄膜等厚干涉13.6惠更斯-菲涅耳原理13.7单缝的夫琅禾费衍射13.8衍射光栅及光栅光谱13.9线偏振光自然光13.10偏振片的起偏和检偏马吕斯定律13.11反射和折射产生的偏振布儒斯特定律13.12双折射现象光的干涉光的衍射光的偏振13.1光是电磁波13.1.1电磁波1.产生的理论基础：麦克斯韦电磁场理论存在的实验基础：赫兹证实电磁波的存在2.电磁波的波源任何做加速运动的电荷或电荷系，如天线中振荡的电流、原子中电荷、振荡电偶极子3.电磁波的波函数（以平面简谐电磁波为例）13.1光是电磁波chsling平面电磁波不同时刻振荡电偶极子附近的电场线+++++++-振荡电偶极子附近的电磁场线13.1.2平面简谐电磁波的特性5)介质的绝对折射率n为：1）和同相位，同速度;

13.1光是电磁波chsling4）电磁波传播速度,真空中波速等于光速.3）和数值成比例；2）电磁波是横波

,，具有偏振性;两类波的不同之处机械波的传播需有传播振动的介质;电磁波的传播可不需介质.能量传播反射折射干涉衍射两类波的共同特征说明：机械波与电磁波的区别与联系13.1.3电磁波的能量1.辐射能：以电磁波的形式传播出去的能量.方向与波速方向相同，速度与波速相同13.1光是电磁波chsling2.电磁波的能流密度:单位时间通过垂直电磁波传播方向单位面积的辐射能（其矢量形式即坡印廷矢量）.电磁场能量密度

电磁波的能流密度（坡印廷）矢量

13.1光是电磁波chsling波的强度

I：结论：通常用相对强度，I

正比于E02。13.1.5光是电磁波实验测定：（1）光在真空中的传播速率等于电磁波在真空中的速率；（2）光有干涉、衍射现象；（4）光具有横波的偏振特性。13.1.4电磁波谱13.1光是电磁波chsling760nm400nm

可见光

电磁波谱红外线

紫外线

射线X射线长波无线电波频率波长短波无线电波无线电波可见光红外线紫外光

射线

射线13.1光是电磁波chsling13.2光源、光波的叠加

机制：原子或分子从较高能量的激发态跃迁到较低能量激发态（特别是基态）过程中发光。13.2.1普通光源的发光机制原子能级及发光跃迁基态激发态跃迁自发辐射常见的发光过程有：热辐射、电致发光、光致发光、化学发光。P21发光特点：

a.构成光源的大量分子或原子各自独立地发出一个个波列，频率、振动方向、相位一般都是各不相同；b.

光源中每个原子每次发射的电磁波为持续时间很短、长度有限的波列，可分为许多不同频率、不同振幅的简谐波的叠加。注意一般光源发出的光不相干。

13.2光源、光波的叠加chsling13.2.2光波的叠加(相干叠加和非相干叠加)S1S2r1r2p光强当干涉项非相干叠加相干叠加

13.2光源、光波的叠加chsling讨论1.非相干叠加非相干叠加时(1)(2)(3)

13.2光源、光波的叠加chsling2.光波的相干条件：1）频率相同；2）光矢量振动方向平行；3）相位相同或相位差恒定.*3.相干叠加常量

13.2光源、光波的叠加chsling13.3获得相干光的方法杨氏双缝实验

医学：眼睛的调节机理，提出三基色原理。

物理学：光的干涉实验，最美丽的十大物理实验之一；给出弹性力学中的杨氏模量。ThomaxYoung（1773-1829）

考古学：“他最先破译了古埃及象形文字”“世界上最后一个什么都知道的人”

13.3.1相干光的产生波阵面分割法*光源振幅分割法

13.3杨氏双缝实验chsling13.3.2杨氏双缝实验实验装置D单色光分析：且明、暗纹取决于

13.3杨氏双缝实验chsling1.干涉明、暗条纹应满足的条件dDPr1r2xOS1S2

13.3杨氏双缝实验chsling加强减弱明暗条纹的位置:暗纹明纹两相邻明（暗）条纹之间的间距：

13.3杨氏双缝实验chsling思考1.白光照射时，条纹如何分布？答：白光照射时，中央为亮条纹、两侧为紫光在内红光在外的彩色条纹。2.

当发生以下变化时，干涉条纹如何变化？（1）屏幕移近；（2）缝距变小；（3）波长变长；（4）若用一张薄玻璃纸盖住其中一个缝，光在玻璃纸中的波程比在空气中的波程长2.5个波长，此时将出现什么现象？

13.3杨氏双缝实验chsling（2）缝距变小

13.3杨氏双缝实验chsling（3）波长变化

13.3杨氏双缝实验chsling（1）条纹变密；（2）条纹变稀；(3)条纹变稀；答：与D、成正比，与d成反比。（4）

两相干光在点O的波程差的变化为：Orr

13.3杨氏双缝实验chsling得k＝2，即在原中央明纹处出现第三级暗纹关于干涉条纹的移动1.引起干涉条纹变动的因素有:a.光源的移动；b.装置结构的改变；c.光路中介质的变化2.讨论方法：a.固定干涉场中一点，观察有多少根干涉条纹移过此点；b.跟踪干涉场中的某级条纹（如零级），看它朝什么方向移动多少距离。光程差与条数N的关系：

13.3杨氏双缝实验chsling13.3.3洛埃镜

半波损失：光从光疏介质（n1）射向光密介质（n2)时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差.(n1<n2)PML

13.3杨氏双缝实验chsling

例1以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹的距离为7.5mm,求单色光的波长;(2)若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离.解（1）（2）

例2杨氏双缝干涉实验中，以白光（400nm～760nm）垂直照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m.求第二级谱线的宽度，以及可清晰观察到的可见光谱的级次。解：由明纹位置：当k＝2时为第二级谱线，内侧紫色光距中央明纹距离：当k＝2时外侧红色光距中央明纹距离：则第二级谱线的宽度：(2)某一级次的红光和高一级次的紫光重叠时条纹开始不清晰：即清晰可见的只有一级。小结1.电磁波的特性2.电磁波的能量能流密度（坡印廷）矢量:

波的强度：3.光波的相干条件：1）频率相同；2）光矢量振动方向平行；3）相位相