大学物理课件-波动光学.ppt

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1、物理学波动光学物理教研室 陈亮物理学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物理教研室 陈亮物理学 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 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.电磁波是横波电磁波是横波物理教研室 陈亮物理学P21 相干光相干光普通光源发光普通光

2、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原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激激发发态态跃迁跃迁自发辐射自发辐射物理教研室 陈亮物理学p杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验物理教研室 陈亮物理学暗纹暗纹明纹明纹明暗条纹的位置明暗条纹的位置条纹位置与波长的关系条纹位置与波长的关系：物理教研室 陈亮物理学条纹间距（宽度）：条纹间距（宽度）：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

3、明条纹亮度相同。各级明条纹亮度相同。物理教研室 陈亮物理学洛埃镜实验洛埃镜实验PML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 ，相当于反射，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。折折射光没有半波损失射光没有半波损失。物理教研室 陈亮物理学光程光程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。物理教研室 陈亮物理学光程：光程：nr光程差：光程差：=n2r2-n1

4、r1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：例1：例11-1物理教研室 陈亮物理学薄膜干涉薄膜干涉当当 时时 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.注意注意物理教研室 陈亮物理学例2：例11-2增透膜增透膜 23玻璃玻璃物理教研室 陈亮物理学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

5、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、衍射角物理教研室 陈亮物理学衍射角衍射角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决定物理教研室 陈亮物理学ABAB分割为两个半波带分割为两个半波带：半波带法半波带法半波带半波带：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。物理教研室 陈亮物理学单缝衍射明、暗条纹的条件：单缝衍射明、暗条纹的条件：各级明条纹亮度各级明条纹亮度物理教研室 陈亮物理学光栅衍射光

6、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.衍射角衍射角物理教研室 陈亮物理学狭缝宽度：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物理教研室 陈亮物理学 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

7、横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝11.3 11.3 光的偏振光的偏振物理教研室 陈亮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

8、关系。二二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的。物理教研室 陈亮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。振动面振动面物理教研室 陈亮物理学 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

9、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。偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器物理教研室 陈亮物理学检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器物理教研室 陈亮物理学马吕斯定律马吕斯定律NM检偏器检偏器起偏器起偏器NM物理教研室 陈亮物理学例例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

10、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.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 .经过检偏器后经过检偏器后物理教研室 陈亮物理学立体电影原理立体电影原理物理教研室 陈亮物理学物理教研室 陈亮物理学物理教研室 陈亮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/

11、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物理教研室 陈亮物理学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：物理教研室 陈亮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 物理教研室 陈亮物理学 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、

12、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 物理教研室 陈亮物理学11-2、11-11作业作业物理教研室 陈亮物理学EHC电电 磁磁 波波物理教研室 陈亮物理学400450500550600650760nm 紫紫 蓝蓝 绿绿 黄黄 橙橙 红红可可 见见 光光 谱谱物理教研室 陈亮物理学条纹位置与波长的关系：条纹位置与波长的关系：物理教研室 陈亮物理学光光 强强 分分 布布 图图物理教研室 陈亮物理学圆孔衍射圆孔衍射单缝衍射单缝衍射*光的衍射现象光的衍射现象*物理教研室 陈亮物理学菲涅尔衍射和夫琅和费衍射菲涅尔衍

13、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在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅和和费费衍衍射射菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射缝缝 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远物理教研室 陈亮物理学单缝衍射各级条纹亮度单缝衍射各级条纹亮度物理教研室 陈亮物理学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.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称为色散色散现象物理教研室 陈亮物理学 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（

14、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物理教研室 陈亮物理学连续光谱连续光谱连续光谱连续光谱固体热辐射固体热辐射固体热辐射固体热辐射线光谱线光谱线光谱线光谱原子发光原子发光原子发光原子发光带光谱带光谱带光谱带光谱分子发光分子发光分子发光分子发光按光谱结构分按光谱结构分光光 谱谱 分分 类类物理教研室 陈亮物理学按光谱机制分类按光谱机制分类按光谱机制分类按光谱机制分类发射光谱发射光谱发射光谱发射光谱样品光源样品光源样品光源样品光源分光器分光器分光器分光器纪录仪纪录仪纪录仪纪录仪吸收光谱吸收光谱吸收光谱吸收光谱连续光源连续光源连续光源连续光源样品样品样品样品分光器分光器分光器分光器纪录仪纪录仪纪录仪纪录仪物理教研室 陈亮