竞赛课件波动光学与量子理论拾零演示文稿.ppt

竞赛课件波动光学与量子理论拾零演示文稿1页，共74页，星期五优选）竞赛课件波动光学与量子理论拾零2页，共74页，星期五NO入射光线入射光线折射光线折射光线返回返回3页，共74页，星期五 波的特征现象之一波的特征现象之一干涉干涉发生稳定干涉的条件发生稳定干涉的条件频率相同、相差恒定频率相同、相差恒定现象现象振动加强与减弱的区域确定振动加强与减弱的区域确定预期的光干涉现象预期的光干涉现象稳定的稳定的明明（振动加强）、（振动加强）、暗暗（减弱）相间的条纹（减弱）相间的条纹 获得稳定光干涉图样的条件获得稳定光干涉图样的条件让两个频率相同的让两个频率相同的“相干光源相干光源”发出的光在同一空间发出的光在同一空间叠加，用屏在叠加区域接收叠加，用屏在叠加区域接收4页，共74页，星期五 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 观察红色激光的双缝干涉图样观察红色激光的双缝干涉图样 双缝干涉图样特征双缝干涉图样特征 干涉条纹的成因及分布规律干涉条纹的成因及分布规律光程差等于波长整数倍时，两列光波叠加加强光程差等于波长整数倍时，两列光波叠加加强明条纹明条纹光程差等于半波长奇数倍时，两列光波叠加减弱光程差等于半波长奇数倍时，两列光波叠加减弱暗条纹暗条纹成因及分布规律成因及分布规律示示例例分波前干涉分波前干涉 把来自单一频率光源的同一波前设法分开（子波）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并造成光程差从而引起干涉. 薄膜干涉薄膜干涉分振幅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反射加以分解且形成光程差而引起的干涉. 规规律律5页，共74页，星期五。

S1S2SP 中央亮纹中央亮纹Q1第第1暗纹暗纹Q1 第第1暗纹暗纹P1第第1亮纹亮纹P1第第1亮纹亮纹6页，共74页，星期五PS1S2Oxr1r2dD能观察到干涉条纹的情况下能观察到干涉条纹的情况下总是很小，则总是很小，则 Q返回返回7页，共74页，星期五ASS1S2AS8页，共74页，星期五S1S2SM1M2rCr返回返回题题5 5下例下例9页，共74页，星期五SS1M若若S与平面镜距离为与平面镜距离为d,与屏距离为与屏距离为D,则则10页，共74页，星期五SOOff 将焦距为将焦距为f凸透镜切分成上下两半，沿主轴拉开距离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，如图所示，点光源S置于透镜主轴上离左半个透镜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处，该装置可演示两束光的干涉现象画出点光源S经上、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区域下两半透镜后的光束，并用斜线画出两束光发生干涉的区域 11页，共74页，星期五S1S2ODS 如图所示双缝干涉实验中如图所示双缝干涉实验中 A. 若把单缝若把单缝S从双缝从双缝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. 若只减小双缝若只减小双缝S1、S2间的距离，条纹间距将增大间的距离，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，条纹间距将增大若只把红光照射改用绿光照射，条纹间距将增大 本题答案本题答案: ABC12页，共74页，星期五。

狭缝的宽度设为狭缝的宽度设为d，由，由易得易得 在杨氏干涉实验中，波长为在杨氏干涉实验中，波长为600 nm的单色光垂直射到两个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，在光屏上中心峰值与第10条亮线条亮线的距离是的距离是300 mm试求试求 狭缝的宽度；狭缝的宽度； 当将一厚度为当将一厚度为0.02 mm的透明薄膜放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试求薄膜的折射率试求薄膜的折射率 当将一厚度为当将一厚度为0.02 mm的透明薄膜放到其中一个狭缝上时的透明薄膜放到其中一个狭缝上时:S1S2OSLO1y中央亮中央亮纹应满纹应满足足13页，共74页，星期五代入数据有代入数据有 干涉区干涉区AB长长度度约为约为 屏上屏上AB中间有一明纹，上、下两边中间有一明纹，上、下两边各有一明纹，共出现三条明纹各有一明纹，共出现三条明纹 如图所示是双镜干涉实验的装置设双镜的夹角如图所示是双镜干涉实验的装置设双镜的夹角=10-5rad，单色光源单色光源S与两镜相交处与两镜相交处C的距离为的距离为r=0.50 m，单色光波长，单色光波长=500 nm，从两镜相，从两镜相交处到屏幕交处到屏幕 距离距离L=1.50 m求求屏幕上两相邻条纹之间的距离；屏幕上两相邻条纹之间的距离；在屏幕上在屏幕上最多可看到多少条明条纹？最多可看到多少条明条纹？ SM1M2CrL 从光源从光源发发出的光出的光经经平面平面镜镜M1、M2反射后，反射后，产产生明条生明条纹纹的条件是的条件是 由由光路图光路图14页，共74页，星期五。

SudD/2D/2由几何关系得由几何关系得 如图所示，一个会聚透镜的直径如图所示，一个会聚透镜的直径D5 cm，焦距，焦距f50 cm沿其直径分成两半，再分开相距沿其直径分成两半，再分开相距d5 mm，点光源，点光源S到到透镜距离透镜距离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）半之间空隙被遮盖） 返回返回xS1S215页，共74页，星期五等厚干涉等厚干涉 16页，共74页，星期五本题答案本题答案: 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，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，则干涉条纹如图所示，则干涉条纹 A. 间距变大，略向左移间距变大，略向左移 B. 间距变小，略向右移间距变小，略向右移 C. 间距不变，略向左移间距不变，略向左移 D. 间距不变，略向右移间距不变，略向右移17页，共74页，星期五bP1P2P3Q0Q2Q1Q3QiPiaa b甲甲乙乙 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：证明纹路深度可用下式表示： 专题专题专题专题25-例例218页，共74页，星期五。

设设c与与a、b钢钢珠直径相差珠直径相差x，相相邻邻两亮两亮纹间纹间距离距离为为d/8，有有代入数据有代入数据有 用平面验规（玻璃样板）来鉴别轴承用钢珠的直径，以便分类用平面验规（玻璃样板）来鉴别轴承用钢珠的直径，以便分类 钢珠钢珠a、b是合乎标准的，钢珠是合乎标准的，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，发现的汞灯的黄光照射，发现a、b和和c之间出现之间出现9个亮条纹问钢珠个亮条纹问钢珠c比标比标准尺寸小多少？如果变更距离准尺寸小多少？如果变更距离d，条纹数会有变化吗？，条纹数会有变化吗？cabd变更距离变更距离d，薄膜楔顶角变化，条纹数变化，薄膜楔顶角变化，条纹数变化 19页，共74页，星期五 相相邻邻两明两明纹间纹间距距由由题给题给条件，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：单色光波长长5893，金属丝与劈尖顶点间的距离，金属丝与劈尖顶点间的距离L28.880 mm，30条明条纹间的距离条明条纹间的距离为为4.295 mm，求金属丝的直径，求金属丝的直径D L20页，共74页，星期五。

如图所示，在一块平玻璃片如图所示，在一块平玻璃片B上，放一曲率半径为上，放一曲率半径为R的平凸透镜的平凸透镜A，在，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现以接触点O为中心的许多同心环，称为牛顿环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，入射光波长为适合的条件，入射光波长为；确定明、暗环的半径确定明、暗环的半径r 在接触处是明纹还是暗纹？在接触处是明纹还是暗纹？ erRCAB形成牛顿环的明、暗环处，空气层厚度形成牛顿环的明、暗环处，空气层厚度e应满足的条件为：应满足的条件为：明环明环暗环暗环由图所示几何关系得：由图所示几何关系得： 明环半径明环半径暗环半径暗环半径考虑半波损失考虑半波损失, ,在接触处是在接触处是暗斑暗斑 21页，共74页，星期五在在白白光光下下观观察察厚厚度度为为5.210-5 cm的的透透明明薄薄膜膜，白白光光的的入入射射角角（即即与与平平面面法法线线的的夹夹角角）为为31，薄薄膜膜的的折折射射率率为为1.35试试求求在在可可见见光光谱谱（380 nm780 nm）中中，哪哪些些波波长长的的光将在反射中消失？并预测薄膜在反射光下颜色光将在反射中消失？并预测薄膜在反射光下颜色 如图，在反射中消失的光，是因为入射到薄膜上表面如图，在反射中消失的光，是因为入射到薄膜上表面A点的光束，点的光束，一部分被反射，另一部分折射入膜内，在下界面一部分被反射，另一部分折射入膜内，在下界面B处被反射并从上界面处被反射并从上界面C点射出，光线点射出，光线DC也在也在C处反射，两光叠加减弱而致处反射，两光叠加减弱而致.idirABCD膜厚度膜厚度d=520nm，造成两相干光的相差若满足下式，反射光将消失：，造成两相干光的相差若满足下式，反射光将消失： K=1时时K=2时时膜的颜色呈黄绿色膜的颜色呈黄绿色等倾干涉等倾干涉 22页，共74页，星期五。

如图所示，薄膜的两个界面如图所示，薄膜的两个界面OM和和ON构成尖劈，尖劈的夹角构成尖劈，尖劈的夹角较小，光较小，光源源S离劈较近证明光源离劈较近证明光源S发出的光经界面发出的光经界面OM和和ON反射后产生的干涉条纹是以反射后产生的干涉条纹是以O为圆心、为圆心、以以r为半径的圆为半径的圆 P1OrPSMNABP2干涉条纹满足干涉条纹满足 明条明条纹纹是以是以O为圆为圆心、半径心、半径为为的同心的同心圆圆； 暗条暗条纹纹是以是以O为圆为圆心、半径心、半径为为的同心的同心圆圆； 干涉条纹满足干涉条纹满足 等倾干涉等倾干涉 23页，共74页，星期五 为了减少玻璃表面反射光的成分，在玻璃表面上涂一层薄为了减少玻璃表面反射光的成分，在玻璃表面上涂一层薄膜，薄膜的折射率小于玻璃的折射率当入射光包含波长膜，薄膜的折射率小于玻璃的折射率当入射光包含波长1700 nm和和2420 nm情况下，为情况下，为使这两种波长的反射光波最大限度地减弱，在玻璃表面涂有折射率为使这两种波长的反射光波最大限度地减弱，在玻璃表。