知识讲解光的干涉和色散

1、光干涉学习目标1.了解光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中解释光是波。2.理解杨氏干涉实验中亮条纹和暗条纹的原因。3.了解相干光源，掌握干涉条件。4.阐明用双缝干涉测量光的波长的实验原理。5.了解实验的操作步骤。6.将进行数据处理和误差分析。要点排序第一点：光的干涉1.光干涉(1)光的干扰：在两列光波的重叠区域，有些区域相互加强，出现亮线，有些区域相互削弱，出现暗线，加强和削弱区域相互交替，即亮线和暗线相互交替。如图所示，一束平行的单色光投射到一个有两个狭缝的挡板上，狭缝彼此非常接近。如果光是波，狭缝成为两个波源，它们的振动条件总是相同的。两个波源发出的光在挡板后面的空间相互重叠，造成

2、干涉现象。光线在某些位置相互增强，在其他位置相互减弱，从而在挡板后面的屏幕上获得明暗相间的条纹。(2)干涉条件：两列光具有相同的频率、相同的振动和恒定的差异。能够干涉的两列波被称为相干波，这两个光源被称为相干光源，并且相干光源可以通过将相同的光束分成两列来获得，这被称为光谱方法。2.屏幕上出现亮条纹和暗条纹的条件像机械波的干涉一样，光波的干涉也有一个加强区和一个减弱区。强化区域用亮条纹照射光屏，而弱化区域用暗条纹照射光屏。对于有相位差的两列光波，如果光屏上某一点与两个波源之间的距离差是波长的整数倍，则该点为加强点；如果光屏上的一个点和两个波源之间的距离差是半波长的奇数倍，这个点就是弱化点。因此

3、，亮条纹的条件是距离差：暗条纹的条件是距离差：如图所示，如果有亮条，()。从图中可以看出，因为它的体积小，()，亮条纹出现的地方。那时，也就是图中的点，到到达点的距离差为零，这一定是振动加强点，有亮线，也叫中心亮线。那时，它是第一颗明亮的谷物。从对称性可以看出，在点的下方也有明亮的颗粒，在点的上方也是对称的。同样，通过()，可用()，出现深色条纹的地方。3.双缝干涉条纹的特性关于双缝干涉问题，必须分析双缝干涉的特性。首先，两个狭缝之间的间距应该非常小。第二，照射在两个狭缝上的光波必须是相干光。第三是两条相邻亮线或两条相邻暗线之间的距离；第四，亮条纹的条件是距离差；深色条纹的条件是距离差()；第

4、五，白光的干涉条纹是彩色的，但是中间明亮的条纹仍然是白色的。第六，单色光的干涉条纹宽度相同，明暗相间，分布均匀。不同颜色的光条纹具有不同的宽度，波长越长，干涉条纹的宽度越大。第七，当白光干涉时，不同颜色光带之间的距离是不同的。一般来说，很难观察到光干扰的原因。由于不同光源发出的光的频率通常不同，即使是同一光源，同一光源的不同部分发出的光也不一定具有相同的频率和恒定的相位差。一般来说，很难找到这样小的缝隙和特殊的装置。因此，光干涉现象一般不容易观察到。第二点：用双缝干涉法解决光波长测量问题的基础1.实验目的(1)观察双缝干涉图双缝干涉仪包括：光学工作台、光源、滤光器、单缝、双缝、遮光管、磨砂玻璃

5、屏、测量头、学生电源、导线和刻度尺。4.实验装置如图所示，带有直径和长度的遮光管平放在灯具底座上。管子的一端设有双狭缝，另一端设有磨砂玻璃作为带刻度的光屏。首先，移除双狭缝，打开光源，调整光源的高度，使光源发出的光束正好沿着遮光管的轴照射到光屏上，然后放置单狭缝和双狭缝。两个筛网间隔开，使得狭缝彼此平行并位于轴线上。然后，可以看到彩色干涉条纹。如果在单缝屏和光源之间放置一个滤光器，可以观察到单色干涉条纹。5.实验步骤(1)调节双缝干涉仪，观察光的双缝干涉现象；(2)单色光入射获得干涉条纹，测量亮条纹之间的距离，得到相邻条纹之间的距离；(3)利用已知的双缝间距，用刻度尺测量双缝到屏幕的距离，并根

6、据公式计算波长；(4)切换到不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间距的变化，找出相应的波长。要点：一种颜色的滤光片只能让这种颜色的光通过，而其他颜色的光不能通过。条纹间距由测量头测量。单缝和双缝之间的距离为。6.预防措施(1)调整双缝干涉仪时，应注意调整光源的高度，使光源发出的光束能沿遮光管的轴线照射屏幕；(2)放置单缝和双缝时，接缝应相互平行，中心大致位于遮光管的轴线上；(3)调整测量头时，将标线中心划线对准条纹中心，此时在手轮上记下读数，转动测量头使标线中心划线对准另一条纹中心，此时在手轮上记下读数。两个读数之差表示两条条纹之间的距离；(4)不要直接测量，而是测量几个条纹之间的距离，这样可以减少

7、误差。(5)白光干涉观察到彩色条纹，白色在中心，红色在最外层。7.测量条纹间距的方法两个相邻亮(暗)条纹之间的距离用测量头测量。测量头由十字线、目镜、手轮等组成。如图a所示。当手轮旋转时，十字线将左右移动。在测量过程中，标线中心划线应与条纹中心对齐(如图b所示)，此时应记录手轮上的读数，并旋转手轮将标线移动到一侧。当标线中心划线与另一个相邻亮条纹的中心对齐时，应记录手轮上的刻度数，两个读数之间的差值是两个相邻亮条纹之间的距离。即要点：x很小，直接测量时相对误差较大。通常，测量亮条纹之间的距离，然后计算两个相邻亮(暗)条纹之间的距离。8.Loe反射镜干涉实验1834年，劳用一面镜子获得了杨氏干涉

8、的结果。劳氏镜实验的基本装置如图13-3-16所示，它是一个单色光源。这是一面平面镜。平面镜反射的光与直接发射的光相遇并叠加在光屏上，形成干涉条纹。其光路如图所示。干涉条纹宽度的公式为。光的衍射、偏振、色散、激光学习目标1.了解光的衍射现象和观察方法。2.理解光衍射的条件。3.了解几种不同衍射现象的模式。5.知道振动中的极化，极化是横波的独特性质。6.偏振光和自然光之间的区别是显而易见的。7.了解光的偏振和偏振光的应用。8.了解l的色散、颜色和光谱的概念2.明显衍射的条件障碍物的大小可以与光的波长相似或小于光的波长，光的波长会产生明显的衍射。对于同样的障碍，光的波长越长，衍射现象就越明显。对于

9、特定波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显。因为波长越长，衍射越好，所以观察声波的衍射现象比观察光波的衍射现象容易得多。3.三种衍射现象和图案特征(1)单缝衍射。单缝衍射现象。如图所示，点光源发出的光通过单缝后照射到光屏上。如果狭缝更宽，光沿着直线传播，并到达光屏上的区域。如果狭缝足够窄，光将不会沿着直线传播，而是将传播到几何阴影区域，在那里将有亮条纹和暗条纹，即衍射现象。说明：衍射是波特的一种现象，但有些是显而易见的，有些不是。模式特征。单缝衍射条纹分布不均匀，中心亮条纹与相邻亮条纹明显不同：单缝受单色光照射时，光屏上有明暗相间的衍射条纹，中心条纹的宽度和亮度较大，如图所示，与干涉条纹不同。当

10、用白光照射单个狭缝时，中间是白色亮条纹，两侧是彩色条纹，其中最靠近中心的彩色光是紫色光，最远离中心的红色光是红色光。(2)圆孔衍射。圆孔衍射现象。如图a所示，当挡板上的圆孔较大时，图b所示的情况出现在光屏上，没有衍射现象发生。当挡板上的圆孔很小时，图c中所示的衍射图案出现在光屏上，明圈和暗圈相互交替。模式特征。在衍射图样中，中心的亮圈亮度很高，而亮圈和暗圈在外面相互交替。然而，在外围的明亮圆的亮度小，并且当用不同的光照射时获得的图案也不同。如果用单色光照射，中心的亮圈是亮圈，而外面的亮圈越来越暗。如果用白光照射，中心明亮的圆圈是白色的，彩色的圆圈被包围。(3)圆板衍射。1818年，当法国物理学

11、家菲涅尔提出波动理论时，著名数学家泊松根据菲涅尔波动理论计算出一个亮点应该出现在圆板后面的中心。这似乎是一个荒谬的结论。因此在同一年，泊松在巴黎科学院声称，他推翻了菲涅耳的波动理论，并提出这个结果作为菲涅耳的谬论。然而，有人做了相应的实验，发现在圆板的阴影中心确实出现了一个亮点，这充分证明了菲涅耳理论的正确性。后世称这个亮点为泊松亮点。在小圆板衍射图样的中心有一个泊松亮点。图案中亮环或暗环之间的距离随着半径的增加而减小。4.衍射光栅(1)合成：一种光学仪器，由许多等宽等距离的狭缝排列而成。(2)特点：它产生的条纹分辨率高，易于测量。(3)类型：5.衍射和干涉类型项目单缝衍射双缝干涉差异生成条件

12、只要狭缝足够小，任何光都可以出现。两列相同频率的光波相遇并重叠。条纹宽度条纹宽度不同，中心最宽。条纹宽度相等条纹间隔相邻的条纹不相等相邻的条纹间隔相等聪明中间的条纹最亮，两边变暗。亮度基本相等的清晰条纹相同点干涉和衍射都是波特现象，属于波的叠加。干涉和衍射有亮条纹和暗条纹6.三种衍射图样的比较如图所示，是光通过狭缝、小孔和小圆屏产生的衍射图案的照片。从f可以看出(3)仔细比较图B和图C，可以看出小孔径衍射图样和小圆屏衍射图样的区别：小圆屏衍射图样的中心有一个亮点，即著名的“泊松亮点”；(2)小圆屏衍射图样中亮环或暗环的间距随着半径的增大而减小，而圆孔衍射图样中亮环或暗环的间距随着半径的增大而增

13、大。(3)图b的背景是暗的，而图c的背景是亮的。第二点：光的偏振1.光是剪切波光的干涉和衍射现象表明光有波动，但不能确定光是横波还是纵波。说明：电磁波是剪切波，电磁波中的电场强度和磁感应强度与波的传播方向垂直。既然光是电磁波，它也应该是剪切波，光的作用主要是由它的电场强度引起的。2.极化(1)狭缝对横波和纵波的影响：如果在波传播方向上放置具有狭缝的板，则不管狭缝方向如何，纵波都可以自由通过狭缝。对于剪切波，只有当狭缝的方向与剪切波粒子的振动方向相同时，剪切波才能无障碍地通过狭缝。当狭缝的方向垂直于粒子的振动方向时，剪切波不能通过狭缝。这种现象称为剪切波极化。如图所示。(2)剪切波的独特特征：极

14、化是剪切波所特有的，所以极化可以用来判断一个波是剪切波还是纵波。(3)光的偏振表明光波是剪切波。3.自然光和偏振光(1)自然光：从普通光源直接发出的自然光是无数偏振光的不规则集合，所以直接观察时不可能发现光强度偏向哪个方向。这种光强度相同，向四面八方振动的光叫做自然光。自然光介绍：太阳、电灯等普通光源发出的光包含垂直于传播方向向各个方向振动的光，且向各个方向振动的光波强度相同。如图所示。注意：宝丽来是由特殊材料制成的，它的“裂缝”肉眼看不到。它只允许振动方向平行于“狭缝”的光波通过。在通过偏振器后，自然光变成偏振光。如图所示，当普通光源发出的光通过偏振器时，后面的光屏是亮的，表示光通过了偏振器

15、。如果偏振器被旋转，光屏上的亮度将保持不变，表明透射光的强度将保持不变。因此，自然光在各个方向振动的光波强度是相同的。(2)偏振光：仅在特定方向振动的光称为偏振光。例如，自然光通过偏光板后。如果偏振光穿过另一个偏振片会发生什么？如图1所示，当两个偏振器的“狭缝”平行时，光屏上仍有亮光。当两个偏振器的“狭缝”彼此垂直时，透射光强度几乎为零，并且光屏是暗的。如图2所示。结论：光是一种剪切波。上面的第一个偏振镜叫做偏振镜。第二个偏振器被称为检偏器。4.产生偏振光的两种方式(1)让自然光通过偏振片；(2)自然光入射到两种介质的界面上，反射光和折射光的夹角正好是反射光和折射光是偏振光，偏振方向相互垂直。说明：