大學(xué)物理第14講課課件

1895年12月28日：發(fā)表《關(guān)于一種新射線》，引起轟動(dòng)，影響深遠(yuǎn)。

1895年12月22日：倫琴拍攝歷史上第一張X射線照片----他夫人手的照片（現(xiàn)在保存在慕尼黑德國(guó)國(guó)家博物館）。X射線特點(diǎn)：不帶電，穿透本領(lǐng)強(qiáng)。許多科學(xué)家（史密斯、克魯克斯、湯姆孫……）都遇到過類似情況，但放過機(jī)遇。在醫(yī)學(xué)、工業(yè)技術(shù)中廣泛應(yīng)用。(在消息傳到美國(guó)的第四天，就成功用于為傷員取出腿里的子彈)導(dǎo)致放射性發(fā)現(xiàn)（為探尋X射線的產(chǎn)生，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性并榮獲1903年諾貝爾物理獎(jiǎng)）。打開晶體結(jié)構(gòu)研究的大門?！捎赬射線的發(fā)現(xiàn)具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值，倫琴于1901年獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。X

射線的本質(zhì)是什么？－－科學(xué)史上的一場(chǎng)激烈爭(zhēng)論。1912年，德國(guó)慕尼黑大學(xué)物理學(xué)講師勞厄（1879-1960）完成判決性實(shí)驗(yàn)：用晶體作天然光柵進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)。X射線管鉛板閃鋅礦晶體底片勞厄斑晶體：三維結(jié)構(gòu)空間立體光柵曝光數(shù)小時(shí)一箭雙雕：既證明了X射線的波動(dòng)性，又肯定了晶體空間點(diǎn)陣?yán)碚?，榮獲1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。X

射線本質(zhì)：原子內(nèi)層電子躍遷或加速器中電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁波。（10-3~1nm）晶體點(diǎn)陣其尺度可與X射線波長(zhǎng)相比擬尋求勞厄?qū)嶒?yàn)的理論解釋：英國(guó)物理學(xué)家亨利.布拉格（1862－1942），勞倫斯.布拉格（1890－1971）父子獲1915年諾貝爾物理獎(jiǎng)。布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)對(duì)倫琴射線衍射的研究：d晶格常數(shù)(晶面間距)θ掠射角光程差:干涉加強(qiáng)條件（布拉格公式）：AθθO...C.Bdθ符合上述條件時(shí)，各層晶面的反射線干涉后將相互加強(qiáng)。X射線衍射應(yīng)用：1.如果晶格常數(shù)已知，可以用來測(cè)定X射線的波長(zhǎng)，進(jìn)行倫琴射線的光譜分析。

2.如果X

射線的波長(zhǎng)已知，可以用來測(cè)定晶體的晶格常數(shù)，進(jìn)行晶體的結(jié)構(gòu)分析。3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)—分子生物學(xué)誕生?？死锟耍稚?953年發(fā)現(xiàn)ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾生理學(xué)、醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第四篇振動(dòng)與波動(dòng)小結(jié)一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)：第12章：簡(jiǎn)諧振動(dòng)特征量,運(yùn)動(dòng)方程,能量,同一直線上、同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成，第13章：平面簡(jiǎn)諧行波,特征量波函數(shù)，能流密度,多普勒效應(yīng)波的干涉，駐波

第14章：光程，光的干涉（楊氏雙縫，薄膜等厚干涉）光的衍射（單縫、光柵夫瑯和費(fèi)衍射）光的偏振（起偏、檢偏、馬呂斯定律、布儒斯特定律）1.簡(jiǎn)諧振動(dòng)初相位的求解（解析法、旋轉(zhuǎn)矢量法）二、重難點(diǎn)說明解析法：旋轉(zhuǎn)矢量法：AxPt0uoAtPt0To振動(dòng)曲線和波形曲線空間、時(shí)間上的周期性沿波傳播方向的滯后效應(yīng)注意參考點(diǎn)振動(dòng)方程波動(dòng)方程（以原點(diǎn)為參考點(diǎn)）2.平面簡(jiǎn)諧行波的理解及波函數(shù)的求解(1)

x:離參考點(diǎn)的距離比參考點(diǎn)相位滯后“-”比參考點(diǎn)相位超前“+”(2)注意：3.波的干涉與駐波波的相干條件，干涉相長(zhǎng)與相消位置的計(jì)算；駐波的形成條件，駐波特點(diǎn)：特別是相位分布；與駐波相關(guān)的計(jì)算：常見的情況為已知入射波方程，求反射波方程，及兩波疊加形成駐波后的波節(jié)或波腹位置。注意半波損失4.能量問題孤立系統(tǒng)，機(jī)械能守恒非孤立系統(tǒng)，dE不守恒質(zhì)點(diǎn)諧振動(dòng)能量介質(zhì)元波動(dòng)能量孤立諧振系統(tǒng)（以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)和勢(shì)能零點(diǎn)）波的強(qiáng)度—能流密度駐波的能量特征：不向前傳播能量，在波腹、波節(jié)附近周期性轉(zhuǎn)移。5.光的干涉和衍射干涉：有限個(gè)分立的相干波的疊加核心問題：光程差（相位差）的計(jì)算用于具體問題得出不同計(jì)算式，弄清道理、掌握特點(diǎn)典型裝置：楊氏雙縫、劈尖、牛頓環(huán)衍射：無限個(gè)連續(xù)子波相干疊加重點(diǎn)掌握：?jiǎn)慰p衍射（半波帶法、振幅矢量疊加法）；光柵衍射（光柵公式、缺極、復(fù)合光入射）裝置屏單縫雙縫d光程差明暗紋條件明

暗條紋特征平行于縫的等亮度、等間距、明暗相間條紋條紋變化平行于棱邊，明暗相間條紋，棱邊為暗紋以接觸點(diǎn)為中心的明暗相間的同心圓環(huán)，條紋內(nèi)疏外密干涉裝置：明

暗邁克爾孫干涉儀等傾干涉等厚干涉單縫夫朗和費(fèi)衍射（半波帶概念）0中央明紋平行光垂直入射I屏幕平行光非垂直入射光柵夫朗和費(fèi)衍射光柵衍射是N縫干涉和N個(gè)單縫衍射的總效果光柵常數(shù)d光柵公式缺級(jí)最高級(jí)次僅適用于平行光垂直入射的情況，非垂直入射需根據(jù)光程差公式分析

白光入射中央零級(jí)主明紋為白色，其余各級(jí)為彩色光譜，高級(jí)次重疊；要能夠計(jì)算復(fù)色光入射光譜的重疊問題。光學(xué)儀器分辨率光的干涉、衍射和偏振典型計(jì)算(1)利用雙縫干涉光強(qiáng)隨位置x的變化規(guī)律，計(jì)算各級(jí)亮紋位置、亮紋寬度及改變相關(guān)參數(shù)及光程等因素對(duì)干涉條紋的影響。(2)根據(jù)干涉條紋形態(tài)、條紋間距、級(jí)次等信息計(jì)算薄膜厚度、折射率，檢測(cè)光學(xué)器件幾何形態(tài)，計(jì)算增反、增透膜厚度。(3)利用單縫衍射明暗紋條件計(jì)算各級(jí)明紋位置、寬度及改變相關(guān)參數(shù)對(duì)衍射條紋的影響。利用光柵公式計(jì)算主極大位置，結(jié)合觀察范圍限制和缺極條件計(jì)算屏上可觀測(cè)到的條紋級(jí)數(shù)。計(jì)算復(fù)合光入射時(shí)的光譜重疊問題。(4)利用馬呂斯定律計(jì)算不同偏振態(tài)的光通過偏振片和偏振片組后的光強(qiáng)；利用布儒斯特定律計(jì)算介質(zhì)折射率、討論光的偏振態(tài)等。練習(xí)1一質(zhì)點(diǎn)作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其振動(dòng)曲線如圖所示。根據(jù)此圖，它的周期

，用余弦函數(shù)描述，其初相。解：由振動(dòng)曲線和旋轉(zhuǎn)矢量圖可知振動(dòng)初相 由旋轉(zhuǎn)矢量法確定t’坐標(biāo)系中O點(diǎn)和P點(diǎn)振動(dòng)的初相：練習(xí)2已知一沿x軸正向傳播的平面余弦波在時(shí)的波形如圖所示，且周期。(1)寫出O點(diǎn)和P點(diǎn)的振動(dòng)表達(dá)式；(2)寫出該波的波動(dòng)表達(dá)式；(3)求P點(diǎn)離O點(diǎn)的距離。（1）令，則所示為時(shí)波形解：（2）（3）關(guān)鍵是確定相位差在同時(shí)確定多個(gè)點(diǎn)的相位時(shí)，注意判斷誰的振動(dòng)超前，合理寫出初相！O點(diǎn)和P點(diǎn)的振動(dòng)表達(dá)式波的波動(dòng)表達(dá)式練習(xí)3已知一駐波在t時(shí)刻各點(diǎn)振動(dòng)到最大位移處，其波形如圖(A)所示，一行波在t時(shí)刻的波形如圖(B)所示。試分別在圖(A)、(B)上注明所示的a、b、c、d四點(diǎn)此時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)速度的方向(設(shè)此波為橫波)。(A)(B)四點(diǎn)速度都為0練習(xí)4圖中o處為波源，向左右兩邊發(fā)射振幅為A、角頻率為的簡(jiǎn)諧波。已知為波密介質(zhì)反射面。它到o的距離為。試討論o點(diǎn)兩邊合成波的性質(zhì)。

區(qū)域由波源發(fā)出的沿負(fù)方向傳播的波的波動(dòng)方程為：解：這一入射波在反射面引起的振動(dòng)為則反射波在反射面引起的振動(dòng)為反射波波動(dòng)方程為該區(qū)域合成波為為駐波，波腹波節(jié)波源以右區(qū)域：波源向x正方向發(fā)出的波反射波波源以右區(qū)域的合成波是振幅為2A的行波。

練習(xí)5用劈尖干涉法可檢測(cè)工件表面缺陷，當(dāng)波長(zhǎng)為λ的單色平行光垂直入射時(shí)，若觀察到的干涉條紋如圖所示，每一條紋彎曲部分的頂點(diǎn)恰好與其左邊條紋的直線部分的連線相切，則工件表面與條紋彎曲處對(duì)應(yīng)的部分(A)凸起，且高度為λ

/4(B)凸起，且高度為λ/2(C)凹陷，且深度為λ/2(D)凹陷，且深度為λ/4相鄰級(jí)次膜厚差為

答案（C）平凸透鏡向上移動(dòng)，將引起條紋向中心收縮；平凸透鏡上（下）移動(dòng)，將引起條紋如何變化？平凸透鏡向下移動(dòng)，將引起條紋向外擴(kuò)張。ee中心處明暗交替變化。練習(xí)6已知：求：1.中央主極大位置2.屏中心F處條紋級(jí)次3.屏上可見到哪幾級(jí)主明紋？解：由1.

中央主極大練習(xí)73.考慮缺級(jí)：屏上級(jí)次：共6條主明紋（k=-5級(jí)缺級(jí)）2.

屏中心F處NO.6光的偏振一、1、B；2、B；3、C；4、C；5、A二、1、;3、

4、垂直2、光軸5、三、1、θ＝45°，α＝45°2、媒質(zhì)Ⅱ，Ш界面上不滿足布儒斯特定律，因此反射光不是線偏振光經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量StudyConstantly,And