光的基本性質(zhì)演示文稿

光的基本性質(zhì)演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光的基本性質(zhì)當(dāng)前第2頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)本章內(nèi)容光的基本性質(zhì)光的反射與折射光的吸收與散射光的發(fā)射當(dāng)前第3頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第4頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)請(qǐng)思考為什么材料具有顏色？為什么材料能夠發(fā)光？發(fā)光的方式有哪些？為什么某些材料透明，某些材料不透明？為什么某些材料具有一定的光澤？光學(xué)性能測(cè)試有哪些？各自有什么用途？當(dāng)前第5頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)第一節(jié)光的基本性質(zhì)光學(xué)研究的歷程光的性質(zhì)光的傳輸當(dāng)前第6頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)1.光學(xué)研究的歷程光的現(xiàn)象光的微粒說(shuō)（牛頓）光的波動(dòng)說(shuō)（胡克，惠更斯）光的電磁說(shuō)（麥克斯韋）光的波粒二象性（普朗克，愛(ài)因斯坦）光的直線(xiàn)傳播光的干涉光的衍射電磁波譜光譜?當(dāng)前第7頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)

對(duì)光的認(rèn)識(shí)也隨科技的發(fā)展不斷進(jìn)步墨子光沿直線(xiàn)傳播小孔成像笛卡爾光的折射與反射定律牛頓光的粒子性惠更斯

光的波動(dòng)性托馬斯·楊光的干涉與衍射麥克斯韋

光是一種電磁波邁克爾孫光速的測(cè)定普朗克

光的量子學(xué)說(shuō)愛(ài)因斯坦

光量子——波粒二重性（粒子性和波動(dòng)性）狄拉克

電磁場(chǎng)的量子化－結(jié)合波動(dòng)與量子光的應(yīng)用激光、光纖、發(fā)光二極管......當(dāng)前第8頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光的微粒說(shuō)17世紀(jì)為牛頓所提倡；光是一種高速微粒，從光源沿直線(xiàn)行進(jìn)至被照物；直觀(guān)地解釋了光的傳播、反射及折射等現(xiàn)象，曾被普遍接受。當(dāng)前第9頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光的波動(dòng)說(shuō)荷蘭人惠更斯于17世紀(jì)初創(chuàng)立，經(jīng)托馬斯·楊等證實(shí)；光是一種波動(dòng)，由發(fā)光體引起，和聲一樣依靠媒質(zhì)來(lái)傳播，隨后被證實(shí)為一種電磁波；能夠解釋光的傳播、干射、衍射、散射、偏振等許多現(xiàn)象；但不能解釋光與物質(zhì)相互作用中的能量量子化轉(zhuǎn)換的性質(zhì)。當(dāng)前第10頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光的電磁說(shuō)麥克斯韋1865年理論上預(yù)言，赫茲1888年通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)；光是一種電磁波，在空間中電磁場(chǎng)的方式傳播。當(dāng)前第11頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)麥克斯韋方程組首次系統(tǒng)地把電和磁在理論上統(tǒng)一起來(lái)。麥克斯韋，英國(guó)物理學(xué)家“一般地，宇宙間任何的電磁現(xiàn)象，皆可由此方程組解釋?！?/p>

融合了電/磁的高斯定律、安培定律、法拉第定律。預(yù)言了電磁波的存在。1831—1879或當(dāng)前第12頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)物理學(xué)中的“大統(tǒng)一”思想牛頓首次將天上和地上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)第一次大綜合。麥克斯韋把電、磁、光統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)第二次大綜合。愛(ài)因斯坦試圖把自然界中的4種作用力統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)中真正意義上的“大一統(tǒng)”?；咀饔昧θf(wàn)有引力電磁作用力弱相互作用力強(qiáng)相互作用力是一種力，1979年Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)薩拉姆、格拉肖、溫伯格（巴基斯坦人）當(dāng)前第13頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光學(xué)的分支幾何光學(xué)物理光學(xué)量子光學(xué)以光的直線(xiàn)傳播理論、折射與反射定律為基礎(chǔ)。從光的波動(dòng)性出發(fā)來(lái)研究光在傳播過(guò)程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學(xué)科，也稱(chēng)作波動(dòng)光學(xué)。從光子的性質(zhì)出發(fā)，來(lái)研究光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科。以麥克斯韋定律、電動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)以量子力學(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)從幾個(gè)基本原理出發(fā)，來(lái)研究光的傳播問(wèn)題的學(xué)科。當(dāng)前第14頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)第一節(jié)光的基本性質(zhì)歷史回顧光的性質(zhì)光的傳輸當(dāng)前第15頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)2.光的基本特性波粒二象性偏振性電磁性干涉與衍射當(dāng)前第16頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)①波粒二象性當(dāng)前第17頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第18頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光子光子的能量光子的動(dòng)量光子：光波輻射的最小能量單元，不可再分。光波可以看作光子的概率波。光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，不帶電荷。當(dāng)前第19頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)徳布羅意物質(zhì)波假說(shuō)徳布羅意，法國(guó)物理學(xué)家波粒二象性是所有物質(zhì)的固有特性。物質(zhì)波（徳布羅意波）是一種幾率波。徳布羅意延伸了愛(ài)因斯坦的假說(shuō)，在量子力學(xué)理論的發(fā)展中作出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。光子，電子，聲子，一切基本粒子當(dāng)前第20頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)OzAOzA光的偏振性是判斷光波是橫波還是縱波的重要依據(jù)?？v波：振動(dòng)方向沿傳播方向，因此振動(dòng)方向相對(duì)于垂直面A來(lái)說(shuō)是對(duì)稱(chēng)的。橫波：振動(dòng)方向垂直于傳播方向，因此振動(dòng)方向相對(duì)于垂直面A來(lái)說(shuō)是不對(duì)稱(chēng)的。稱(chēng)此現(xiàn)象為偏振。理論和實(shí)驗(yàn)證明，光波是橫波光具有偏振性，稱(chēng)為光的偏振E播傳方向振動(dòng)面②光的偏振性當(dāng)前第21頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)偏振光=部分偏振光1、線(xiàn)偏振光2、圓偏振光3、橢圓偏振光偏振光+自然光1、部分線(xiàn)偏振光2、部分圓偏振光3、部分橢圓偏振光只沿單一方向振動(dòng)的光部分偏振光可以看成是自然光和線(xiàn)偏振光的混合。當(dāng)前第22頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)1）線(xiàn)偏振光振動(dòng)面u右旋橢圓偏振光2）橢圓偏振光和圓偏振光（平面偏振光）當(dāng)前第23頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)3）自然光特點(diǎn)（1）在垂直光線(xiàn)的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動(dòng)的幾率均等.（2）可以看成由兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直，振幅相等，互不相干線(xiàn)偏振光的疊加。XYZ當(dāng)前第24頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)能夠起偏的光學(xué)器件叫起偏器，常用的是偏振片。偏振片自然光經(jīng)過(guò)媒質(zhì)的吸收、反射、透射后使某一方向的光振動(dòng)減弱甚至消失，這種取向作用稱(chēng)為起偏。當(dāng)前第25頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)偏振片的用途透明玻璃片涂有硫酸碘奎寧等材料的透明簿膜偏振片:只允許某一個(gè)方向的光振動(dòng)透過(guò)的裝置。能夠有選擇地吸收某方向的光振動(dòng)，而讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)。物質(zhì)的這種性質(zhì)稱(chēng)為二向色性。當(dāng)前第26頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)

▲起偏器:

偏振光I0I0/2▲檢偏振器偏振光光強(qiáng)為零(消光)光強(qiáng)不變I0I0I0/2I0偏振化方向部分偏振光照射時(shí)？I0/2偏振片的用途當(dāng)前第27頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)d晶片C偏振片P2偏振化方向單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向偏振光干涉裝置當(dāng)前第28頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)偏振光干涉的分析振幅關(guān)系橢圓偏振光線(xiàn)偏振光當(dāng)前第29頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第30頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)相干偏振光總的位相差為相位關(guān)系當(dāng)前第31頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)偏振光的應(yīng)用汽車(chē)車(chē)燈偏振太陽(yáng)鏡觀(guān)看3D電影LCD顯示屏橢偏儀當(dāng)前第32頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)橢偏儀用途：測(cè)量薄膜的厚度、折射率等。原理：利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射時(shí)出現(xiàn)的偏振轉(zhuǎn)換。當(dāng)前第33頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)③光的電磁性光波是一種橫波場(chǎng)矢量E和H彼此正交，且均與波的前進(jìn)方向垂直，其振幅大小成正比，相位相同光強(qiáng)與場(chǎng)矢量E和H的振幅平方成正比，沿波傳播方向前進(jìn)SEH光強(qiáng)：當(dāng)前第34頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第35頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光色波長(zhǎng)(nm)頻率(Hz)中心波長(zhǎng)(nm)紅760~622

660橙622~597

610黃597~577

570綠577~492

540青492~470

480蘭470~455

460紫455~400

430可見(jiàn)光七彩顏色的波長(zhǎng)和頻率范圍人眼最為敏感的光是黃綠光，即附近。當(dāng)前第36頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)④光的干涉和衍射楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)油膜在光的照射下呈現(xiàn)五顏六色衍射當(dāng)前第37頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)幾列波相遇之后，仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長(zhǎng)、振幅、振動(dòng)方向等）不變，并按照原來(lái)的方向繼續(xù)前進(jìn)，好象沒(méi)有遇到過(guò)其他波一樣.波的疊加原理當(dāng)前第38頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)紅綠光束空間交叉相遇

(紅是紅、綠是綠，…)聽(tīng)樂(lè)隊(duì)演奏

(仍可辨出不同樂(lè)器的音色、旋律)空中無(wú)線(xiàn)電波很多

(仍能分別接收各個(gè)電臺(tái))實(shí)例當(dāng)前第39頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)振動(dòng)方向相同、頻率相同、初相相同或有恒定相位差，為相干光。光的相干性一、光波疊加原理產(chǎn)生干涉的必要條件兩束光的頻率相同，即為相干光。當(dāng)前第40頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)計(jì)算兩列光的合成光強(qiáng)當(dāng)前第41頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)干涉項(xiàng)自然光合成光強(qiáng)：當(dāng)前第42頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光矢量平行二、光的相干疊加當(dāng)前第43頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)（1）不相干情況當(dāng)前第44頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)（2）相干情況ImaxIminI2p4p-2p-4p0當(dāng)前第45頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)英國(guó)醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯.楊（T.Young），在1801年首先成功地進(jìn)行了光的干涉實(shí)驗(yàn)，這是最早從單一光源產(chǎn)生相干光的方法——分波陣面法。一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)當(dāng)前第46頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)SdD現(xiàn)象當(dāng)前第47頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)p·r1r2xx0xIxxDdo單色光入射真空中：d>>λ，D>>d

波程差：相位差：明紋

暗紋當(dāng)前第48頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)楊氏雙縫干涉光強(qiáng)分布當(dāng)前第49頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)邁克森干涉當(dāng)前第50頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)SM1M2邁克爾遜干涉儀1.結(jié)構(gòu)2.

原理若M1平移d時(shí)，干涉條移過(guò)m條，則有：3.

應(yīng)用由此可測(cè)量：微小位移、折射率

M1、M2平行

等傾條紋

M1、M2有小夾角等厚條紋當(dāng)前第51頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)單縫衍射楊氏雙縫干涉中考慮縫有寬度。當(dāng)前第52頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)圓孔的直徑d與光波的波長(zhǎng)λ相比擬時(shí)，形成明暗相間的條紋——衍射。當(dāng)前第53頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)P點(diǎn)的光強(qiáng)取決于狹縫上各子波源到此的光程差。光強(qiáng)分布如何表示？當(dāng)前第54頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)對(duì)應(yīng)沿不同方向傳播的光，狹縫波陣面可分的半波帶數(shù)不同，這個(gè)數(shù)目決定了該衍射方向的光強(qiáng)。明紋暗紋當(dāng)前第55頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光強(qiáng)分布k=1,2,3,…當(dāng)前第56頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)光的分辨率瑞利分辨率定義分辨本領(lǐng)恰好可分辨！當(dāng)前第57頁(yè)\共有60頁(yè)\編于星期四\19點(diǎn)人眼瞳孔：D=2~6mm=68~23