高二物理競賽波動光學課件

光的衍射單縫衍射：圓孔衍射：光柵衍射：光柵衍射條紋是單縫衍射和多光束干涉的綜合效果,即受單縫衍射調制的多縫干涉。半波帶法最高級次滿足：艾里斑的半角寬度：光柵方程復習（光學儀器最小分辨角）明確實驗裝置、實驗現象和實驗規(guī)律主極大位置取定于干涉因子，強度則受限于衍射因子。三、譜線的缺級： 光柵方程單縫衍射的暗條紋條件：

則按干涉滿足光柵方程時應出現明條紋，但是由于單縫衍射的限制使主極大明條紋并不出現，這稱為缺級現象。單縫衍射多縫干涉衍射光柵當衍射角

同時滿足下面兩個條件:缺級的級數：例如:

光柵方程只是產生主極大條紋的必要條件，而不是充分條件。1245-1-2-4-5缺級缺級０注意

例題1用波長為600nm的單色光垂直照射在一光柵上，相鄰兩明紋分別出現在sinθ=0.2和sinθ=0.3處，第四級缺級。求：1）光柵常數。2）光柵上狹縫可能的最小寬度。

3）選定上述

a、d

，給出屏上實際呈現的級數。解

1）設sinθ=0.2處的級數為k

。sinθ=0.3處的級數為k+1。由得：可看到k=0,±1,±2,±3,±5,±6,±7,±9級，共15條譜線。能夠看到的最大級數為2）光柵上狹縫可能的最小寬度。

3）選定上述

a、d

，給出屏上實際呈現的級數。四、斜入射時的光程差如果平行光束以角度

斜入射到光柵上,如圖所示，則需要考慮入射前的光程差。入射光與衍射光在光柵法線異側時：例如：光線2和1的光程差入射光與衍射光在光柵法線同側時：則光柵方程：1212B’正正負負入射角的取值規(guī)則圖[例2]透射光柵,500條/mm,λ=0.59μm,a=1.0×10-3mm

求:①平行光垂直入射時能看到第幾級光譜線,幾條光譜線? ②當以300斜向上入射時能看到第幾級光譜線,幾條光譜線?解:光柵常數：(1)最大級數

最多能看到第3級譜線光譜缺級：故：圖示，光線以30°角度向上斜入射時上方只能看到+1級。得到：下方能看到－5級。因缺偶數級，可以看到+1，0，-1，－3，－5，共5條光譜線。②當以300斜向上入射時能看到第幾級光譜線,幾條光譜線?1212B’正正負負一、X射線的發(fā)現和特性：1895年X射線由德國物理學家倫琴發(fā)現。它是一種電磁波，波長在0.01~10nm范圍。X射線管X射線KA

X射線有如下特點：在電磁場中不發(fā)生偏轉，使某些物質發(fā)熒光，使氣體電離，底片感光，具有極強的穿透力?！?0.6X射線衍射1912年，德國物理學家勞厄用單晶片作為空間三維衍射光柵，觀察到X射線的衍射現象，在照相底片上得到一系列感光斑點—勞厄斑點。1、空間光柵與勞厄斑點：二、X射線在晶體上的衍射：勞厄實驗的意義:證實了X射線的波動性；證實了晶體中微粒（原子、離子或分子）是按一定規(guī)則排列的，其間隔與X射線的波長同數量級。2、布喇格公式：4）各層“反射線”相互加強而形成亮點的條件：布喇格公式一束單色的、平行的X射線掠射到晶面時，一部分將被表面原子散射，其余部分將被內部各原子層所散射。2）每個原子層散射的射線中，只有滿足反射定律的射線強度最大(同層格點間干涉）；3）相鄰兩晶面所發(fā)出的“反射線”的光程差為：布拉格反射入射波散射波

1913年英國布喇格父子提出了一種解釋Ｘ射線衍射的方法，給出了定量結果，并于1915年榮獲物理學諾貝爾獎．晶面間干涉2）已知X射線的波長，確定晶格常數d

，研究原子結構、晶體的結構，進而研究材料性能?！猉射線結構分析DNA晶體的X衍射照片DNA分子的雙螺旋結構1）已知晶格常數d，得到X射線的波長。例：對大分子DNA晶體的成千張X射線衍射照片的分析，顯示出DNA分子的雙螺旋結構。用途布喇格公式機械波穿過狹縫一、光的偏振性：波的振動相對于傳播方向的不對稱性，稱作波的偏振性。縱波橫波波的振動對傳播方向具有對稱性不對稱性光是橫波，光也具有偏振現象?！?0.7光的偏振現象1、自然光：常見的偏振態(tài)：表示：2、部分偏振光：某一方向的光振動比與之相垂直方向的光振動占優(yōu)勢的光。表示：3、線偏振光：

只含有單一方向光振動的光叫做偏振光。也稱為線偏振光、平面偏振光、完全偏振光。表示：

普通光源發(fā)出的光。包含著各個方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等的光叫自然光。

光傳播時，光矢量繞著傳播方向旋轉。若迎著光的傳播方向看去，光矢量端點的軌跡是一個圓，為圓偏振光。若光矢量端點的軌跡是一個橢圓為橢圓偏振光。4、圓偏振光和橢圓偏振光：偏振片：把具有二向色性的物質涂在兩個玻璃片之間制成一種用于起偏和檢偏的光學元件—偏振片。透振方向：偏振片上允許通過的光振動方向稱為偏振片的偏 振化方向?；蚍Q為偏振片的透振方向。二向色性：某些材料對某一方向的光振動全部吸收，允許與之垂直的光振動通過，這種性質稱為二向色性。1、偏振片的起偏和檢偏：1）偏振片及透振方向：二、起偏和檢偏馬呂斯定律

起偏偏振化方向起偏器2）偏振片的起偏和檢偏：起偏：由自然光獲得偏振光的過程稱為起偏。檢偏：用于鑒別光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏。產生起偏作用的光學元件稱為起偏器。用于檢偏的光學元件稱為檢偏器。2、馬呂斯定律：一束光強為的線偏振光，透過檢偏器以后，透射光強為：起偏器檢偏器—

馬呂斯定律

為線偏光的振動方向與透振方向的夾角。一束光強為的自然光透過檢偏器，透射光強為：檢偏器檢偏器偏振片討論

例題1

光強為I0的自然光通過兩透振方向夾角為45°的偏振片，最后透射光強為多少？解故經第二偏振片后，光強變?yōu)椋航浀谝黄衿?，光強變?yōu)椋浩衿衿?/p>

例題2

強度為Ia

的自然光與強度為I

b的線偏振光混合而成一束入射光，垂直照射到一偏振片上，如以入射光的傳播方向為軸旋轉偏振片時，出射光出現的最大值與最小值之比為n，求：I

b/Ia

與n

的關系解由題意知：則有：即：三、反射光與折射光的偏振：2）反射光是垂直入射面振動較強的部分偏振光。3）折射光是平行入射面振動較強的部分偏振光。實驗發(fā)現：1）自然光入射到兩種介質的分界面上時，反射光和折射光都成為部分偏振光。四、布儒斯特定律：實驗和理論證明：當入射角滿足時，反射光為振動方向垂直入射面的完全偏振光—布儒斯特定律。1）折射光和反射光的傳播方向相互垂直。其中：n1和n2分別為兩種介質的折射率；i0稱為

布儒斯特角或起偏角。完全偏振光證明：2）反射光雖然是完全偏振光，但光強較弱；折射光是部分偏振光，光強卻很強。說明：玻璃片堆：1、利用反射和折射時的偏振可以做起偏和檢偏。應用：2、測不透明介質的折射率。

一束自然光以起偏角56.30入射到多層平板玻璃n=1.5上。用玻璃片堆最后得到：

反射光和折射光均為完全偏振光；兩束光的振動方向垂直。2）增加折射光的偏振化程度。

反射光是垂直于入射面振動的偏振光。

在玻璃片下表面處的反射，其入射角33.70

，這是光從玻璃射向空氣的起偏振角。作用：1）增加反射光的強度。[例1]某材料在空氣中的布儒斯特角，求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率為1.33），求布儒斯特角？解：1）設該材料的折射率為n，空氣的折射率為1。2）放在水中，則對應有所以：一、晶體的雙折射：§10.8光的雙折射現象

一束光入射到各向異性介質的表面時，產生兩束折射光線的現象。1、現象：2、雙折射的特性:1)兩束折射光是振動方向不同的線偏振光；2)其中一束折射光遵守折射定律，稱為尋常光(o光)。另一束不遵守折射定律，稱為非常光(e

光)。3)一般o光和e光傳播速度不同：o光沿不同方向傳播速率相同，e光沿不