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,第五章 光的波动性,1801年，英国物理学家托马斯杨在实验室里成功的观察到了光的干涉现象,光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一。随着人类对自然的认识不断深入，光学的发展大致经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等5个时期。,光学的发展简介：,光是什么？ 在物理学的发展史上，光是什么的问题经历过很长一段时间的争论，包括牛顿、惠更斯和爱因斯坦在内的大批科学家均参与其中。正是他们大量的争论，推动了光学的发展。,光的直线传播,光的反射,光的折射,大量事实证明，光是直线前进的，是一个微小的粒子。,我们如果能看到光发生干涉、衍射等现象，具有波特有的性质，那么我们就可以说光是一种波。,光到底是什么？,17世纪明确形成了两大对立学说,牛顿,惠更斯,微粒说,波动说,19世纪初证明了波动说的正确性,由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风,19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性,光既有微粒性也有波动性,5.1光的干涉,一、双缝干涉,双缝干涉实验证明光是一种波,1、装置特点：,2、,屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样,2）双缝很近 0.1mm,1）双缝S1、S2到单缝S的距离相等,双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同),双缝的作用：,单缝的作用：,获得线光源,第二条亮纹,第一条亮纹,第一条亮纹,第二条亮纹,白光的干涉图样,明暗相间的彩色条纹； 中央为白色亮条纹； 干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； 在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。,单色激光束,屏,等间距,双缝干涉图样,图样有何特征？,S1,S2,亮条纹的中心线,亮条纹的中心线,双缝,中央亮条纹,明暗相间,亮条纹,亮条纹,探究： 出现明暗相间条纹的条件,S1,S2,光程差：,出现亮条纹的条件,（ n=0，1，2，3）,暗条纹,探究： 出现暗条纹的条件,S1,S2,光程差：,出现暗条纹的条件,（ n=0，1，2，3）,亮条纹,暗条纹,小结：出现亮条纹和暗条纹的条件,（ n=0，1，2，3）,（ n=0，1，2，3）,白光的干涉图样,明暗相间的彩色条纹； 中央为白色亮条纹； 干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； 在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。,为什么会是这样的呢？,条纹间距x、缝宽d和缝屏距离L的关系：,P85 发展空间,因为 ，由结论可知：各种色光的波长不相同，由不同的色光作光源，在双缝宽度和缝、屏宽度相同的情况下，形成的干涉图样的条纹间距是各不相同的，红光的条纹间距最宽，紫光的最窄。,条纹间距x、缝宽d和缝屏距离L的关系：,二、薄膜干涉,单色光成单色条纹；复色光成彩色条纹,二、薄膜干涉,形成干涉图样的原因是：重力作用下，薄膜的厚度随高度变化，当入射光射到肥皂泡液薄膜上时，由液膜前的两个表面反射回来的两列光是相干光，相互叠加产生干涉。,三、应用,1、干涉法检查平面的平整度,视频：干涉的应用,牛顿环,楔性空气薄层,标准样板,被检测平面,光在空气层的上下表面发生反射,这两束反射光发生干涉.,如果被检测表面的平整的,将看到与底线平行的干涉条纹.,原因是厚度相等的地方，光程差一样、干涉情况一样，即某一处反射回来的两列波叠加，若光振动加强，产生亮点，那些与这处厚度相等的地方都是亮点，这些亮点组成彼此平行的亮纹,反之是暗纹,三、应用,1、干涉法检查平面的平整度,例、如图所示，是用干涉法检查某厚玻璃的上表面是否平整的装置，所用单色光做光源，检查中所观察到的干涉条纹是由下列两个表面反射的光线叠加而成的？ A、a的上表面和b的下表面 B、a的上表面和b的上表面 C、a的下表面和b的上表面 D、 a的下表面和b的下表面,C,练习：如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由哪两个表面反射的光叠加而成的( ) Aa的上表面和b的下表面 Ba的上表面和b的上表面 Ca的下表面和b的上表面 Da的下表面和b的下表面,三、应用,2、增透膜,在镜头前面涂上一层增透膜(一般是 ,微溶于水),如果膜的厚度等于某单色光在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的光就会发生干涉，形成暗条纹,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光，因为根据能量守恒，这束光已经全部穿过镜头了。 为什么我们从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单，因为可见光有七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头。 一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是红色、蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光。 膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。 可见增透膜的作用是减少反射光的强度，从而增加透射光的强度，使光学系统成像更清晰。,镀层薄膜,三、应用,3、反射膜,反射膜一般可分为两大类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。此外，还有把两者结合起来的金属电介质反射膜。 金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽；缺点是光损大，反射率不可能很高。为了使金属反射膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜。需要指出的是，金属电介质射膜增加了某一波长（或者某一波区）的反射率，却破坏了金属膜中性反射的特点。 全电介质反射膜是建立在多光束干涉基础上的。与增透膜相反，在光学表面上镀一层折射率高于基体材料的薄膜，就可以增加光学表面的反射率。最简单的多层反射是由高、低折射率的二种材料交替蒸镀而成的,每层膜的光学厚度为某一波长的四分一。在这种条件下，参加叠加的各界面上的反射光矢量，振动方向相同。合成振幅随着薄膜层数的增加而增加。,太阳灶用反射膜,练习：有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正确的是： A增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度； B增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的1/4； C增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4； D 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/2； E因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。,练习：将波长为的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为（ ） A、/4n； B、/2n； C、/4； D、/2,
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