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物理学波动光学1教育教学物理学1. 杨氏双缝干涉、薄膜干涉杨氏双缝干涉、薄膜干涉2. 夫琅和费单缝衍射、光栅衍射夫琅和费单缝衍射、光栅衍射3. 偏振、旋光偏振、旋光4. 半波损失、光程、自然光、偏振光半波损失、光程、自然光、偏振光本章要点本章要点2教育教学物理学 11.1 11.1 光的干涉光的干涉 光是一种电磁波光是一种电磁波)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面电磁波方程平面电磁波方程可见光的范围可见光的范围Hz103 . 4105 . 7:nm760400:1414 光矢量光矢量 用用 矢量表示光矢量矢量表示光矢量, , 它在引它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用起人眼视觉和底片感光上起主要作用 . .E电磁波是横波电磁波是横波3教育教学物理学P21 相干光相干光s1010:108t普通光源发光普通光源发光特点特点：1 1、原子发光是断续的、原子发光是断续的2 2、振动方向不同、振动方向不同3 3、振动频率不同、振动频率不同普通光源的发光机制普通光源的发光机制hE 原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激发态激发态nE跃迁跃迁自发辐射自发辐射4教育教学物理学p1s2ssxoBd1r2rDr杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验DxDd、122rr DxddSinrrr125教育教学物理学Dkdx(21)2Dkd暗纹暗纹明纹明纹,2, 1 ,0k1, 2,k 明暗条纹的位置明暗条纹的位置() ,.非单色光 白光色散同级条纹中紫色靠中央 红色靠外边条纹位置与波长的关系条纹位置与波长的关系：6教育教学物理学21I4I()dCosxD条纹间距（宽度）：条纹间距（宽度）： x Dd 单色光各级明、暗条纹宽度相同，单色光各级明、暗条纹宽度相同，不同波长的光条纹宽度不同。不同波长的光条纹宽度不同。条纹亮度：条纹亮度：各级明条纹亮度相同。各级明条纹亮度相同。7教育教学物理学洛埃镜实验洛埃镜实验1sPM2sdDPL半波损失半波损失 ：光从光疏媒质（光从光疏媒质（n n较小较小）射向光密媒质（）射向光密媒质（n n较大较大）时，时，反射光反射光的相位较之入射光的相位跃变了的相位较之入射光的相位跃变了 ，相当于反，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失半波损失。折射光没有半波损失折射光没有半波损失。8教育教学物理学光程光程22C nCCCnrnr: C : C 真空中、介质中、rnr.即光在介质中传播 的波程与其在真空中传播的波程产生的相位差相同同一束光在不同的介质中频率不变。同一束光在不同的介质中频率不变。9教育教学物理学光程：光程：nr光程差：光程差：=n2r2-n1r1本质：把光在媒质中的传播折算成在真空中的传播。本质：把光在媒质中的传播折算成在真空中的传播。相干光产生明、暗条纹的条件：相干光产生明、暗条纹的条件：112211221122rnrn2)rnrn(2)rr(2例1：例11-12k k , (2k1) (2k1) , 2(k0,1,2,3.) 或时明条纹或时暗条纹10教育教学物理学薄膜干涉薄膜干涉2nd-2 (21) 2(k0,1,2,3.) kk加强减弱1n1n2n12nn 当当 时时2/ 考虑半波损失时，附加光程差取考虑半波损失时，附加光程差取 均可，符号不均可，符号不同，同， 取值不同，对问题实质无影响取值不同，对问题实质无影响. .k注意注意11教育教学物理学例2：例11-2增透膜增透膜123nnn 23玻璃玻璃23nn d1n2n氟化镁12教育教学物理学11.2 光的衍射衍射现象：衍射现象： 只有当波长与障碍物的线度可比拟 时，才能观察到明显的衍射现象。惠更斯惠更斯- -菲涅尔原理菲涅尔原理 子波干涉夫琅和费单缝衍射：夫琅和费单缝衍射：光源、单缝、屏幕距离无穷远缝宽a、波长、焦距f、衍射角1L2LfaSRPOx13教育教学物理学衍射角衍射角aofLABsinaPC对称轴上为中央明条纹P点的干涉结果由A、B的光程差BC=aSin决定14教育教学物理学ABAB分割为两个半波带分割为两个半波带：oABP半波带法半波带法1A2AC2/oPABLC1A2/L半波带半波带： BC上半个波长在AB上对应的部分。ABAB分割为三个半波带分割为三个半波带：剩下一个半波带无法抵消，所以P点为明条纹明条纹。对应点的光程差为/2，所以互相抵消，P点为暗条纹暗条纹。22aSin23aSin15教育教学物理学单缝衍射明、暗条纹的条件：单缝衍射明、暗条纹的条件：aSin(2kaSin2 , , (k1,2,3.)1) 2k2 k 当时当暗条纹时明条纹: 2ff:aa中央明纹宽度其它明纹宽度x,S intgf当很 小 时各级明条纹亮度各级明条纹亮度16教育教学物理学光栅衍射光栅衍射 由许多由许多等宽度等宽度、等距离等距离的狭缝排列起来形成的光学元件的狭缝排列起来形成的光学元件. .PoLf衍射角衍射角17教育教学物理学狭缝宽度：a 刻痕宽度：b 光栅常数光栅常数：d=a+b光栅衍射光栅衍射=单缝衍涉单缝衍涉+多缝干涉多缝干涉光栅公式光栅公式（明条纹）（a+b）Sin=k (k=0，1，2，3)缺级现象缺级现象 单缝衍射为暗条纹时，即aSin=k时，干涉出现缺级。 即（a+b）/a为整数时，发生缺级为整数时，发生缺级。光栅衍射光谱光栅衍射光谱例3：例11-4 kabak 18教育教学物理学 光的光的波动性波动性 干涉、衍射。干涉、衍射。 光波是光波是横波横波 偏振、旋光。偏振、旋光。机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝11.3 11.3 光的偏振光的偏振19教育教学物理学自然光自然光 偏振光偏振光自然光自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光。然光。 自然光以两互相自然光以两互相垂直垂直的、互为的、互为独立独立的、的、振幅相等振幅相等的光振动表示的光振动表示 , , 并各具有并各具有一半一半的振动能量的振动能量。符号表示符号表示C E注意注意 各光矢量间无固定的相位关系。各光矢量间无固定的相位关系。 二二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的。20教育教学物理学完全完全偏振光偏振光（线偏振光线偏振光）：）：符号表示符号表示部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方向上的某一方向的光振动比与之垂直方向上的 光振动占优势的光为部分偏振光。光振动占优势的光为部分偏振光。符号表示符号表示光振动只沿某一固定方向的光。光振动只沿某一固定方向的光。振动面振动面 CE21教育教学物理学 起起 偏偏偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 二向色性二向色性 : :某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动 , , 而只让与这个方向垂直的光振动通过。而只让与这个方向垂直的光振动通过。偏振片偏振片 ：涂有二向色性材料的透明薄片。涂有二向色性材料的透明薄片。偏振化方向偏振化方向 ：偏振片中能让光振动通过的某一偏振片中能让光振动通过的某一 特定方向。特定方向。021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器22教育教学物理学检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器23教育教学物理学马吕斯定律马吕斯定律NME0Ecos0EE 2020EEII检偏器检偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII24教育教学物理学例例4 有两个偏振片有两个偏振片, ,一个用作起偏器一个用作起偏器, , 一个用作检偏器一个用作检偏器. . 当当它们偏振化方向间的夹角为它们偏振化方向间的夹角为 时时 , , 一束单色自然光穿过它们一束单色自然光穿过它们, , 出射光强为出射光强为 ; ; 当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时, , 另一束另一束单色自然光穿过它们单色自然光穿过它们 , , 出射光强为出射光强为 , , 且且 . . 求两束求两束单色自然光的强度之比单色自然光的强度之比 . .30601I2I21II 10I20I解：解： 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 . . 经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 . .220I210I经过检偏器后经过检偏器后30cos22101II 60cos22202II 21012220cos01cos0363IIII25教育教学物理学立体电影原理立体电影原理26教育教学物理学27教育教学物理学28教育教学物理学旋光现象旋光现象振动面发生旋转迎着出射光观察：右旋右旋：顺时针 左旋左旋：逆时针对旋光物质：=dd：单位为分米 ：旋光率旋光率对旋光溶液： = cdc:浓度 单位为克/厘米3 ：比旋率（度）比旋率（度） 与物质性质、光波波长及溶液温度有关旋光计旋光计TDTD29教育教学物理学11.4 11.4 光的吸收光的吸收朗伯定律朗伯定律 ：吸收系数：吸收系数朗伯朗伯- -比尔定律比尔定律对溶液：le00l0IIII lIIlndlIdIdlIdI0ccle0II 0IIdl30教育教学物理学令令透射比透射比 吸收度吸收度 消光系数消光系数 比色计比色计 分光光度计分光光度计 光谱分析光谱分析 cl0eIITlogecllogTAlogeAcl31教育教学物理学 干涉：干涉：杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 薄膜干涉薄膜干涉、半波损失、半波损失、光程光程 衍射：夫琅和费单缝衍射衍射：夫琅和费单缝衍射 光栅公式、半波带、缺级、色散光栅公式、半波带、缺级、色散 偏振：偏振：马吕斯定律马吕斯定律、自然光、自然光、偏振光偏振光 旋光：左旋、右旋、比旋率旋光：左旋、右旋、比旋率 吸收：朗伯吸收：朗伯-比尔定律、吸收度比尔定律、吸收度本章小结 32教育教学物理学11-2、11-11作业作业33教育教学物理学EHC电电 磁磁 波波34教育教学物理学400450500550600650760nm 紫紫 蓝蓝 绿绿 黄黄 橙橙 红红可可 见见 光光 谱谱35教育教学物理学条纹位置与波长的关系：条纹位置与波长的关系：36教育教学物理学r2345234004II光光 强强 分分 布布 图图0dd2dd4dd2dd4x37教育教学物理学圆孔衍射圆孔衍射单缝衍射单缝衍射PH*S光的衍射现象光的衍射现象G*S38教育教学物理学菲涅尔衍射和夫琅和费衍射菲涅尔衍射和夫琅和费衍射夫夫 琅琅 和和 费费 衍衍 射射光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远缝缝1L2L在实验中实现在实验中实现夫琅和费衍射夫琅和费衍射SRP菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射缝缝PS 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远39教育教学物理学sinIobb2b3bb2b3单缝衍射各级条纹亮度单缝衍射各级条纹亮度40教育教学物理学sin0I入射光为入射光为白光白光时，时， 不同，不同， 不同，按波长分开形成不同，按波长分开形成彩色光谱彩色光谱. .k一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱白光的衍射光谱白光的衍射光谱ab称为色散色散现象41教育教学物理学 光光 谱谱 分分 析析 由于不同元素（或化合物）各有自己特定由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量量分析出元素的含量42教育教学物理学按光谱结构分按光谱结构分光光 谱谱 分分 类类43教育教学物理学II44教育教学
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