【2021全国高中物理组】物理竞赛课件25:波动光学与量子理论拾零
77页1、波动光学与量子理论拾零,人类对光的本性的认识进程,牛顿支持的“微粒说”,光是从光源发出的高速直线运动的弹性微粒流,解释光的直进性,解释光的反射定律,解释光的折射定律,解释几束光互相交叠穿越的现象,惠更斯的“波动说”,光是光源的某种机械振动以波的形式在“光以太”中的传播,光的干涉、衍射现象及水中光速的测定支持了波动说,介质,?,解释光的直进性,解释光的反射定律,解释光的折射定律,解释几束光互相交叠穿越的现象,麦克斯韦“电磁说”,光是一种电磁波,爱因斯坦“光子说”,光是一份一份不连续的能量(光子流),波粒二象性,光既有波动性的一面,又有粒子性的一面,解释,干涉规律,电磁波,衍射规律,粒子性,波粒二象性,N,O,入射光线,折射光线,折射定律,返回,?,光的干涉,波的特征现象之一干涉,发生稳定干涉的条件频率相同、相差恒定,现象振动加强与减弱的区域确定,预期的光干涉现象稳定的明(振动加强)、暗(减弱)相间的条纹,获得稳定光干涉图样的条件,让两个频率相同的“相干光源”发出的光在同一空间叠加,用屏在叠加区域接收。,杨氏双缝干涉, 观察红色激光的双缝干涉图样, 双缝干涉图样特征,有明暗相间的条纹,条纹
2、间距相等,光到达的范围比“直线传播”时大, 干涉条纹的成因及分布规律,光程差等于波长整数倍时,两列光波叠加加强明条纹,光程差等于半波长奇数倍时,两列光波叠加减弱暗条纹,成因及分布规律,示例,分波前干涉,把来自单一频率光源的同一波前设法分开(子波)并造成光程差从而引起干涉.,薄膜干涉,分振幅干涉,利用同一入射光波的振幅(光强)通过两个表面的先后反射加以分解且形成光程差而引起的干涉.,规律,S1,S2,S,P 中央亮纹,Q1第1暗纹,Q1 第1暗纹,P1第1亮纹,P1第1亮纹,成因,P,S1,S2,O,x,r1,r2,d,能观察到干涉条纹的情况下总是很小,则,Q,规律,返回,菲涅尔双棱镜干涉,A,S,A,S,分波前干涉示例1,S,M1,M2,r,C,r,菲涅尔双镜干涉,分波前干涉示例2,返回题5,下例,洛埃镜干涉,S,M,若S与平面镜距离为d,与屏距离为D,则,分波前干涉示例3,S,O,O,f,f,将焦距为f凸透镜切分成上下两半,沿主轴拉开距离f,如图所示,点光源S置于透镜主轴上离左半个透镜f处,该装置可演示两束光的干涉现象画出点光源S经上、下两半透镜后的光束,并用斜线画出两束光发生干涉的
3、区域,分波前干涉示例4,S1,S2,O,如图所示双缝干涉实验中 A. 若把单缝S从双缝S1、S2中心轴位置稍微上移,屏上中央亮纹位置略下移 B. 若只减小双缝S1、S2间的距离,条纹间距将增大 C. 若只在两条狭缝与屏之间插入一块两面平行的玻璃砖,条纹间距将减小 D. 若只把红光照射改用绿光照射,条纹间距将增大,分波前干涉示例5,本题答案: ABC,狭缝的宽度设为d,由,易得,在杨氏干涉实验中,波长为600 nm的单色光垂直射到两个 非常靠近的狭缝光屏离双缝的距离为1.00 m,在光屏上中心峰值与第10条亮线 的距离是300 mm试求 狭缝的宽度; 当将一厚度为0.02 mm的透明薄膜放 到其中一个狭缝上时,光屏上的中心峰值移动了30 mm试求薄膜的折射率,小试身手题3,当将一厚度为0.02 mm的透明薄膜放到其中一个狭缝上时:,O1,y,中央亮纹应满足,代入数据有,干涉区AB长度约为,屏上AB中间有一明纹,上、下两边各有一明纹,共出现三条明纹,从光源发出的光经平面镜M1、M2反射后,产生明条纹的条件是,由,光路图,S,由几何关系得,如图所示,一个会聚透镜的直径D5 cm,焦距f50
4、cm沿其直径分成两半,再分开相距d5 mm,点光源S到 透镜距离u1 m作图并计算离透镜多远处可以观察到干涉条纹?(透镜两半之间空隙被遮盖),小试身手题4,返回,S1,S2,衍射光学元件 衍射光学 光束整形 光束整形器 高帽 https:/ 分束器 长焦 扩散器 激光打孔 激光玻璃切割,薄膜干涉,等厚干涉,本题答案: C,如图所示,用干涉法检查工件表面的质量,产生的干涉条纹是一组平行的直线若劈尖的上表面向上平移一小段距离,如图所示,则干涉条纹 A. 间距变大,略向左移 B. 间距变小,略向右移 C. 间距不变,略向左移 D. 间距不变,略向右移,薄膜干涉示例1,b,a,利用空气劈尖的等厚干涉条纹可测量精密加工工件表面极小 的纹路的深度在工件表面上放一平板玻璃,使其形成空气楔,如图甲所示,以 单色光垂直照射玻璃表面,在显微镜中观察干涉条纹由于工件表面不平,观察 到的条纹如图乙,试根据纹路弯曲的方向,说明工件表面上纹路是凹还是凸?并 证明纹路深度可用下式表示: ,凹,专题25-例2,设c与a、b钢珠直径相差x,相邻两亮纹间距离为d/8,有,代入数据有,薄膜干涉示例2,用平面验规(玻璃样板)
5、来鉴别轴承用钢珠的直径,以便分类 钢珠a、b是合乎标准的,钢珠c则略小一些将它们放在两块样板之间并用 =0.58 m的汞灯的黄光照射,发现a、b和c之间出现9个亮条纹问钢珠c比标 准尺寸小多少?如果变更距离d,条纹数会有变化吗?,变更距离d,薄膜楔顶角变化,条纹数变化,;,相邻两明纹间距,由题给条件,,如图所示,为了测量金属丝的直径,把金属丝夹在两块平玻 璃板之间,使空气层形成劈尖如用单色光垂直照射,就得到等厚干涉条纹测 出干涉条纹间的距离,就可以算出金属丝的直径某次的测量结果为:单色光波 长5893,金属丝与劈尖顶点间的距离L28.880 mm,30条明条纹间的距离 为4.295 mm,求金属丝的直径D,小试身手题6,如图所示,在一块平玻璃片B上,放一曲率半径为R的平凸透镜A,在A、B之间形成空气薄层,当平行光垂直射向平凸透镜时,可以观察到透镜表面出现以接触点O为中心的许多同心环,称为牛顿环 确定形成牛顿环的明、暗环处空气层厚度e适合的条件,入射光波长为; 确定明、暗环的半径r 在接触处是明纹还是暗纹?,小试身手题7,e,r,R,C,A,B,形成牛顿环的明、暗环处,空气层厚度e应满足
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