波動(dòng)-光學(xué)精品課件

1、波動(dòng)-光學(xué)第1頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四yxOt1t2x = u(t2 - t1)3.當(dāng)x和t都變化時(shí)， y(x，t)給出了x軸上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在不同 時(shí)刻的位移在空間的分布，即反映了波形的傳播說明在t時(shí)間內(nèi)，t時(shí)刻的整個(gè)波形曲線將沿波線平移u t的距離u第2頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四疏密疏密 四、半波損失 (Half-wave Loss)： 當(dāng)波由波疏介質(zhì)向波密介質(zhì)垂直入射時(shí)，界面的反射波不是入射波的反向延伸，而有 的相位突變，也就是半個(gè)波長(zhǎng)的損失。 用 u 表示介質(zhì)對(duì)波的疏密程度, 其中 是介質(zhì)的密度, u 是波在介質(zhì)中的傳播速度。

2、 u 小表示波疏介質(zhì)， u 大表示波密介質(zhì)。對(duì)于光波, 折射率 n 小的為光疏介質(zhì)，n 大的為光密介質(zhì)。反射波有半波損失反射波無半波損失第3頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四例 波長(zhǎng)為的簡(jiǎn)諧平面波沿 x 軸正向傳播，已知 x =/2處波引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)函數(shù)為y = Acost，(1)求波函數(shù)；(2) x =L( /2 ) 處有反射面，1u1 2u2，反射波振幅為 A/，求反射波的波函數(shù)。/2xOxL1u12u2解：用滯后法解。已知某點(diǎn)振動(dòng)，其下游點(diǎn)的振動(dòng)相位都比其落后。(1)(2) 有半波損失，所以反射波 波函數(shù)為第4頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星

3、期四五、駐波 (Standing Wave) 同一介質(zhì)中兩列頻率、振動(dòng)方向、振幅都相同的簡(jiǎn)諧波，在同一直線上沿相反方向傳播時(shí)形成駐波。相加得駐波表達(dá)式x = 0, y = 2Acostx = /6, y = Acostx = /4, y = 0 x = /3, y = Acost = Acos(t+)x = /2, y = 2Acost = 2Acos(t+) y2A2AOx波節(jié)4波腹第5頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四2. 由駐波表達(dá)式 得波腹波節(jié)所以相鄰兩波腹 (或相鄰兩波節(jié)) 之間的距離為 /2 。討論1. 駐波振幅隨 x 周期性變化，同波腹內(nèi)質(zhì)元振動(dòng)同相， 相

4、鄰波腹內(nèi)的質(zhì)元反相。3. 駐波的平均能流密度為零。4. 利用駐波可測(cè)波長(zhǎng)：利用入射波和反射波疊加成駐 波，相鄰波腹 (或波節(jié)) 距離為半個(gè)波長(zhǎng)。第6頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四xOxL5. 設(shè)入射波波函數(shù)為則由波密介質(zhì)向波疏介質(zhì)入射的反射波波函數(shù)為駐波兩種情況反射面 L 處分別為波腹和波節(jié)。若由波疏介質(zhì)向波密介質(zhì)入射，反射波波函數(shù)為(半波損失)第7頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四1、 物體A質(zhì)量m=1kg，放在傾角 的光滑斜面上，并用繩子跨過一輕質(zhì)定滑輪與勁度系數(shù)k=49N/m的輕質(zhì)彈簧連接。如圖，將物體由彈簧尚未變形的位置靜止釋放并開始

5、計(jì)時(shí)，試寫出物體A的運(yùn)動(dòng)方程。OxkA2、一平面簡(jiǎn)諧波沿X軸正向傳播，其振幅為A，頻率為 ,波速為u，設(shè)t=t時(shí)刻的波形曲線如圖所示，求：（1）x=0處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)函數(shù)（2）該波的波動(dòng)函數(shù)Oyxu第8頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四大學(xué)物理光 學(xué)OPTICS第9頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四量子光學(xué)：以光的量子理論為基礎(chǔ)， 研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。光學(xué)通常分為以下三部分：幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)， 主要研究各種成象光學(xué)儀器的理論。波動(dòng)光學(xué)：研究光的電磁性質(zhì)和傳播規(guī)律， 特別是干涉, 衍射, 偏振的理論和應(yīng)用。限于本課教學(xué)要求，將

6、只講授波動(dòng)光學(xué)第10頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四6.1 光的發(fā)光機(jī)制 6.1.1 光源的發(fā)光機(jī)制 相干光 6.1.2 光程與光程差6.2 分波陣面干涉 6.2.1 楊氏雙縫干涉 6.2.2 勞埃德鏡與半波損失的驗(yàn)證6.3 分振幅干涉 6.3.1 等傾干涉 6.3.2 等厚干涉 6.3.3 牛頓環(huán) 6.3.4 邁克爾孫干涉儀(1)第六章 波動(dòng)光學(xué)(Wave Optics)第11頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四6.1 光源的發(fā)光機(jī)制一、光源1. 光源最基本的發(fā)光單元是分子、原子 = (E2-E1)/h2. 機(jī)制能級(jí)躍遷波列波列長(zhǎng)L = c（氫

7、原子）基態(tài)激發(fā)態(tài)0E(eV)-13.6-3.39-1.51-0.85-0.54n=1n=2n=3n=4n=53. 特點(diǎn)：原子或分子發(fā)光是間歇的，大約只持續(xù)10-8s；發(fā)出的光是具有有限長(zhǎng)度、一定頻率、一定振動(dòng)方向，振幅緩慢變化或不變的一列光波波列。第12頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四1). 普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)同一原子先后發(fā)光是彼此獨(dú)立的： 同一時(shí)刻不同原子或分子發(fā)出的光(波)是彼此獨(dú)立無關(guān)的；2). 激光光源：受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2相干光, 頻率,位相,振動(dòng)方向,傳播方向完全一樣。把光源上同一發(fā)光點(diǎn)的

8、光分成兩部分后再疊加起來，是來自同一發(fā)光原子的同一次發(fā)光，成為相干光非相干光：頻率,位相,振動(dòng)方向均不穩(wěn)定第13頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四二、光波是電磁波1. 光在真空中的速度2. 電磁波是橫波4. 電磁波頻率與波長(zhǎng)3. 引起人們視覺反應(yīng)的是 電場(chǎng) 的振動(dòng)光矢量光振動(dòng)E播傳方向r光矢量振幅介質(zhì)：第14頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四5. 可見光的頻率范圍可見光的波長(zhǎng)可見光的頻率原子線度數(shù)量級(jí)l78006200597057704920470045002900紅外紅紫橙黃綠青藍(lán)紫外InfraredRedOrangeYellowGreenBl

9、ueVioletUltravioletBl.單色光：具有單一頻率的光。復(fù)色光：由各種頻率的光復(fù)合而成的光。如白光。相對(duì)光強(qiáng)：光強(qiáng)：第15頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四三、光的相干性問題：兩個(gè)同頻率、光矢量振動(dòng)方向相同的普通光源發(fā)出的單色光在空間某點(diǎn)相遇。問：是否會(huì)產(chǎn)生干涉？=0兩個(gè)獨(dú)立普通光源是非相干光 幾率均等多次取0到 間的一切可能值相干條件：兩個(gè)光源電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的振動(dòng)應(yīng)是同頻率、同振動(dòng)方向、并在觀察期內(nèi)相位差固定不變。第16頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四S2S1r1r2Pn1n2Si定義：光程光程差真空中n=1光程差波程差便于計(jì)算經(jīng)

10、過不同介質(zhì)時(shí)引起的相差第17頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四光源初相差光程差產(chǎn)生的相位差a)b)c)加強(qiáng)減弱合振幅P亮明紋P暗暗紋明紋暗紋.第18頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四四、普通光源獲得相干光的途徑PS *分波陣面法分振幅法P薄膜S *1. 獲得相干光源的原理光源上同一點(diǎn)發(fā)出的光波列分成兩束相位差恒定頻率相同振動(dòng)方向相同2. 獲得相干光源的方法分波陣面法分振幅法從波陣面上分離出的初相位相同的相干光源，使之產(chǎn)生干涉利用入射光在薄膜界面的依次反射，將入光的振幅分解為若干部分（能量分解）經(jīng)過不同的路徑相遇相干第19頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星期四6.1.2 光程與光程差一、引入光程的意義 真空中： 介質(zhì)中： n介質(zhì)中波長(zhǎng)光程 : L = nd 真空中波長(zhǎng)光程是光的等效真空路程dabn介質(zhì)dab第20頁，共22頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)26分，星