物理學(xué)18干涉市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

光是一個(gè)電磁波，光傳播含有波動(dòng)特性。我開了兩盞燈，為何沒看見干涉條紋？干涉是有條件！頻率相同、振動(dòng)方向相同、位相差恒定。相干條件：干涉現(xiàn)象是波動(dòng)主要特性之一；日常生活中很難觀測到光干涉現(xiàn)象？波動(dòng)光學(xué)認(rèn)為：第二十章光干涉1第1頁第1頁20.1光源發(fā)光微觀機(jī)制原子能量只能含有一些離散值，稱為原子能級(jí)。最簡樸原子---氫原子能級(jí)如圖：E1

基態(tài)E2、E3、…激發(fā)態(tài)原子吸取外界能量從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)；處于激發(fā)態(tài)原子是不穩(wěn)定，自發(fā)躍遷到較低能態(tài)；原子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時(shí)輻射一列光波。近代物理學(xué)認(rèn)為：2第2頁第2頁第一次發(fā)光第二次發(fā)光1、兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出兩列波，不滿足相干條件；2、同一光源兩個(gè)原子發(fā)出兩列波，不滿足相干條件；3、同一原子先后發(fā)出兩列波，不滿足相干條件。結(jié)論：同一原子前后兩次發(fā)出兩列光波----振動(dòng)方向不同、頻率不同、位相不相關(guān)。實(shí)際光源是多個(gè)原子發(fā)光，頻率和振動(dòng)方向更不相同。3第3頁第3頁20.2相干光取得辦法將一個(gè)原子發(fā)出一個(gè)波列，設(shè)法分成兩部分，再將他們疊加起來?；驹恚悍植嚸娣▽⑼徊胁ú娣殖蓛刹糠?，1、2

兩束光滿足相干條件。S12分振幅法將同一波列入射在兩種媒質(zhì)分界面上形成反射和折射兩束光(分振幅

A)，入射光和反射光滿足相干條件。4第4頁第4頁20.3楊氏雙縫干涉

雙縫干涉是歷史上第一次觀測到光干涉現(xiàn)象試驗(yàn)。該試驗(yàn)標(biāo)志著光波動(dòng)說開端。早期裝置改進(jìn)裝置托馬斯-楊(英)1773-18295第5頁第5頁6第6頁第6頁D20.3.1楊氏雙縫干涉現(xiàn)象條件：S7第7頁第7頁20.3.2光強(qiáng)分布

S1S2是同一波面上兩個(gè)子波源，滿足相干條件。兩列相干波在

P點(diǎn)相干疊加，P點(diǎn)光強(qiáng)決定于兩列波到達(dá)

P點(diǎn)位相差。波程差k=0,1,2…..明條紋(加強(qiáng))k=1,2,3…..暗條紋(削弱)8第8頁第8頁9第9頁第9頁10第10頁第10頁楊氏雙縫試驗(yàn)條紋位置由圖中關(guān)系：條紋中心間距左邊相減右邊相減k=0,1,2…..明條紋中心位置k=1,2,3…..暗條紋中心位置11第11頁第11頁條紋級(jí)數(shù)：當(dāng)k取不同值時(shí)，對(duì)應(yīng)不同條紋0級(jí)明條紋2級(jí)明條紋1級(jí)明條紋1級(jí)明條紋2級(jí)明條紋1級(jí)暗條紋1級(jí)暗條紋2級(jí)暗條紋2級(jí)暗條紋12第12頁第12頁雙縫干涉條紋特點(diǎn)：1、條紋間距----明條紋間距=暗條紋間距3、2、條紋分布----明暗條紋交替均勻分布，對(duì)稱分布在中央明條紋(0級(jí)明條紋)兩側(cè)13第13頁第13頁14第14頁第14頁15第15頁第15頁20.4其它分波陣面干涉楊氏雙縫試驗(yàn)缺點(diǎn)：條紋亮度低、光強(qiáng)弱20.4.1、菲涅耳雙棱鏡試驗(yàn)菲涅耳(法)1788-182716第16頁第16頁20.4.2、菲涅耳雙面鏡試驗(yàn)17第17頁第17頁試驗(yàn)證實(shí)：光也含有半波損失！P點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是明紋，但實(shí)際卻是暗紋！20.4.3、洛埃鏡試驗(yàn)18第18頁第18頁20.5光程和光程差當(dāng)一條光路中有另一個(gè)媒質(zhì)存在時(shí)，兩列波位相差=？對(duì)一定頻率單色光，在不同媒質(zhì)中傳輸時(shí)，頻率不變，但波長會(huì)發(fā)生改變。在真空中在媒質(zhì)中光波每傳播一個(gè)波長距離，位相改變19第19頁第19頁在媒質(zhì)中傳播距離

e

位相改變:光在媒質(zhì)中傳播

e距離位相改變，與在真空中傳播ne

距離位相改變相同。將

ne

稱為光程。光在媒質(zhì)中傳播距離，按位相改變相同，折算為光在真空傳播路程。光程物理意義：20第20頁第20頁光程差兩列相干波光程之差位相差光程差與條紋移動(dòng)光路中沒有媒質(zhì)時(shí)，兩波源

S1、S2

到達(dá)M

點(diǎn)光程差等于0，M點(diǎn)為0

級(jí)條紋位置；光路中有媒質(zhì)時(shí)，M點(diǎn)光程差不為0，M點(diǎn)不再是0

級(jí)條紋位置。21第21頁第21頁P(yáng)

點(diǎn)光程差當(dāng)P

點(diǎn)為新0

級(jí)條紋位置，條紋位置發(fā)生移動(dòng)。(n–1)e每增長一個(gè)波長，P點(diǎn)向上移動(dòng)一條條紋。移動(dòng)條紋數(shù)：條紋移動(dòng)距離：當(dāng)e

增長時(shí)，r2-r1

增長，P

點(diǎn)向上移動(dòng)；22第22頁第22頁透鏡與光程差：平行光經(jīng)透鏡匯聚于焦點(diǎn)F，形成亮點(diǎn)，闡明5條光線在F點(diǎn)處干涉加強(qiáng)，5條光線至F

點(diǎn)光程相等。光路中透鏡只改變波傳播方向或波面形狀，不產(chǎn)生附加光程差。計(jì)算光程差時(shí)能夠不考慮光路中透鏡。結(jié)論：23第23頁第23頁例題-1楊氏雙縫試驗(yàn)中，d=0.2mm

D=1.0m

已知2

級(jí)明條紋位置x2=6.0mm(1)、求：波長、條紋間距？得(2)、若改用，則條紋間距如何？波長慣用單位換算：24第24頁第24頁已知薄膜折射率

n=1.5，使用氦氖激光器作為光源，在一光路中插入薄膜后，0

級(jí)明條紋中心變?yōu)?

級(jí)明紋中心，即干涉條紋位置向上移動(dòng)了

3

條。求：薄膜厚度？例題-2利用楊氏雙縫試驗(yàn)，能夠測量超薄薄膜得厚度。解：由氦氖激光波長未加薄膜時(shí)加入薄膜后25第25頁第25頁解：插入介質(zhì)，O點(diǎn)光程差

楊氏雙縫干涉條紋移動(dòng)問題之一當(dāng)縫S2

用如圖形狀透明媒質(zhì)遮蓋，并逐步向上插入時(shí)，試分析干涉條紋改變?例題-3中央明紋(0

級(jí)條紋)位置即：當(dāng)薄膜厚度逐步增長時(shí)，r1增長r2減小，條紋向下移動(dòng)條紋間距不變26第26頁第26頁小結(jié)：楊氏雙縫、菲涅耳雙棱鏡、菲涅耳雙面鏡、洛埃鏡1、原子發(fā)光特點(diǎn)：不同原子發(fā)光頻率不同、振動(dòng)方向不同，不滿足相干條件；同一原子先后兩次發(fā)光位相差不恒定，不滿足相干條件；2、取得相干光辦法：把原子一次發(fā)光波列分為兩束3、分波陣面法原子發(fā)光是斷續(xù)，每次發(fā)光波列長度有限，約分波陣面法分振幅法27第27頁第27頁4、楊氏雙縫試驗(yàn)（1）、干涉圖樣----明暗相間等間距平行條紋（2）、明條紋中心位置（3）、暗條紋中心位置（4）、條紋間距5、光程（1）

ne

----光在媒質(zhì)中傳播距離與媒質(zhì)折射率乘積按位相改變相同，把光在媒質(zhì)中傳播距離折算到真空中傳播距離（2）光程物理意義28第28頁第28頁（5）透鏡與光程差----光路中透鏡不引起附加光程差（3）位相差與光程差（4）條紋移動(dòng)與光程差條紋移動(dòng)條數(shù)要