大学物理第15章波动光学

大学物理中的波动光学光的衍射和干涉现象大学物理中的波动光学：光的衍射和干涉现象波动光学是大学物理中的一门重要课程，研究光的传播与干涉、衍射、偏振等现象。

其中，光的衍射和干涉是波动光学中的两个重要现象。

本文将对光的衍射和干涉进行详细讨论和解析，并探讨其在实际应用中的重要性。

一、光的衍射现象光的衍射是指光通过狭缝或障碍物后的传播过程中，光波的干涉和折射产生的现象。

当光波通过一个狭缝时，光波会在狭缝的边缘发生弯曲，进而产生波动的干涉效应。

这个过程称为光的衍射。

光的衍射现象在日常生活中有各种各样的应用。

例如，CD、DVD 和蓝光碟等光盘的读写原理就是基于光的衍射现象。

光的衍射也被广泛应用于显微镜、望远镜和天文学的观测中，使我们能够更清晰地观察微观和宇宙中的远处物体。

二、光的干涉现象光的干涉是指两个或多个光波相互叠加产生干涉的现象。

当两束或多束光波相遇时，它们会发生叠加干涉现象，形成交替出现明暗的干涉条纹。

这种现象称为光的干涉。

光的干涉现象在很多实验中都有应用。

例如，杨氏双缝干涉实验就是利用光的干涉现象来观察和研究波的性质。

干涉技术还被广泛应用于光学测量、图像处理和激光干涉等领域。

干涉技术的应用使得我们可以实现高精度测量、光栅分析和光学干涉计等。

三、衍射与干涉的区别与联系尽管光的衍射和干涉是两个不同的现象，但它们之间有着紧密的联系。

首先，光的衍射和干涉都是由于光波的波动性质而产生的。

其次，它们都是波动光学中干涉和折射效应的体现。

不同之处在于，光的干涉是多个光波相互叠加产生的干涉现象，而光的衍射是光通过狭缝或障碍物后的波动干涉和弯曲现象。

此外，光的干涉通常需要明确的相位差和干涉构成条件，而光的衍射则更多地受到波长、狭缝尺寸和物体形状的影响。

无论是光的衍射还是干涉，在物理学的研究和实际应用中都起着重要的作用。

无论是在光学器件设计、成像技术还是光学测量中，都需要充分理解和应用这些光学现象。

同时，通过对光的干涉和衍射的研究，我们可以更深入地了解光与物质相互作用、光的传播特性和波动性质等问题，有助于推动光学科学和技术的发展。

第十三章 光的干涉13–1 在双缝干涉实验中，两缝分别被折射率为n 1和n 2的透明薄膜遮盖，二者的厚度均为e ，波长为λ的平行单色光垂直照射到双缝上，在屏中央处，两束相干光的位相差 。

解：加入透明薄膜后，两束相干光的光程差为n 1e –n 2e ，则位相差为e n n e n e n )(2)(22121-=-=∆λλλλφ13–2 如图13-1所示，波长为λ的平行单色光垂直照射到两个劈尖上，两劈尖角分别为21θθ和，折射率分别为n 1和n 2，若二者分别形成的干涉条纹的明条纹间距相等，则21,θθ，n 1和n 2之间的关系是 。

解：劈尖薄膜干涉明条纹间距为θλθλn n L 2sin 2≈=（ 很小） 两劈尖干涉明条纹间距相等221122θλθλn n =，所以 2211θθn n =或1221n n =θθ13–3 用一定波长的单色光进行双缝干涉实验时，欲使屏上的干涉条纹间距变大，可采用的方法是： ； 。

解：因为干涉条纹的间距与两缝间距成反比，与屏与双缝之间的距离成正比。

故填“使两缝间距变小；使屏与双缝之间的距离变大。

”13–4 用波长为λ的单色光垂直照射如图13-2示的劈尖膜（n 1＞n 2＞n 3），观察反射光干涉，从劈尖顶开始算起，第2条明条纹中心所对应的膜厚度e = 。

解：劈尖干涉（n 1＞n 2＞n 3）从n 1射向n 2时无半波损失，产生明条纹的条件为2n 2e = k ，k = 0,1,2,3…在e = 0时，两相干光相差为0，形成明纹。

第2条明条纹中心所对应的膜厚度为k = 1，即2n 2e = ，则22n e λ=。

13–5 若在迈克耳孙干涉仪的可动反射镜移动0.620mm 的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用光波的波长为 。

解：设迈克耳孙干涉仪空气膜厚度变化为e ，对应于可动反射镜的移动，干涉条纹每移动一条，厚度变化2λ，现移动2300条，厚度变化mm 620.022300=⨯=λ∆e ，则 = 。

大学物理波动光学总结资料波动光学是指研究光的波动性质及与物质相互作用的学科。

在大学物理中，波动光学通常包括光的干涉、衍射、偏振、散射、吸收等内容。

以下是波动光学的一些基本概念和应用。

一、光的波动性质1.光的电磁波理论。

光是由电磁场传输的波动，在时空上呈现出周期性的变化。

光波在真空中传播速度等于光速而在介质中会有所改变。

根据电场和磁场的变化，光波可以分为不同的偏振状态。

2.光的波长和频率。

光波的波长和频率与它的能量密切相关。

波长越长，频率越低，能量越低；反之亦然。

3.光的能量和强度。

光的能量和强度与波长、频率、振幅有关。

能量密度是指单位体积内的能量，光的强度则是表征单位面积内能量流的强度。

二、光的干涉1.干涉的定义。

干涉是指两个或多个光波向同一方向传播时，相遇后相互作用所产生的现象。

2.杨氏双缝干涉实验。

当一束单色光垂直地照到两个很窄的平行缝口上时，在屏幕上会出现一系列互相平衡、互相补偿的亮和暗的条纹，这种现象就叫做杨氏双缝干涉。

3.干涉条纹的间距。

干涉条纹的间距与光波的波长、发生干涉的光程差等因素有关。

4.布拉格衍射。

布拉格衍射是一种基于干涉理论的衍射现象，用于分析材料的晶体结构。

三、光的衍射1.衍射的定义。

衍射是指光波遇到障碍物时出现波动现象，其表现形式是波动向四周传播并在背面出现干涉现象。

2.夫琅和费衍射。

夫琅和费衍射是指光波通过一个很窄的入口向一个屏幕上的孔洞传播时，从屏幕背面所观察到的特征。

孔洞的大小和形状会影响到衍射现象的质量。

3.斯特拉斯衍射。

斯特拉斯衍射是指透过一个透镜后，将光线聚焦到一个小孔上，然后在背面观察到的光的分布情况。

4.阿贝原则与分束学。

阿贝原则是指光学成像的基本原理，根据这个原理，任意一个物体都可以被看作一个点光源阵列。

分束学是将任意一个物体看作一个点光源阵列，在分别聚焦到像平面后重新合成图像。

四、光的偏振1.偏振的定义。

偏振是指光波的电场振动在一个平面内进行的波动现象。

大学物理波动光学-(带目录)大学物理波动光学摘要：波动光学是大学物理课程中重要的组成部分，主要研究光的波动性质及其在介质中的传播规律。

本文主要介绍了波动光学的基本概念、波动方程、干涉现象、衍射现象、偏振现象以及光学仪器等，旨在为读者提供系统的波动光学知识，为进一步学习和研究打下基础。

一、引言波动光学是研究光波在传播过程中所表现出的波动性质的科学。

光波是一种电磁波，具有波动性、粒子性和量子性。

波动光学主要关注光的波动性质，研究光波在介质中的传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象。

波动光学在科学技术、工程应用、日常生活等领域具有广泛的应用，如光纤通信、激光技术、光学仪器等。

二、波动方程波动方程是描述波动现象的基本方程。

光波在真空中的传播速度为c，介质中的传播速度为v。

波动方程可以表示为：∇^2E(1/c^2)∂^2E/∂t^2=0其中，E表示电场强度，∇^2表示拉普拉斯算子，t表示时间。

该方程描述了光波在空间和时间上的传播规律。

三、干涉现象1.极化干涉：当两束相干光波在空间某点相遇时，它们的电场矢量方向相同，相互加强，形成明条纹；当电场矢量方向相反，相互抵消，形成暗条纹。

2.非极化干涉：当两束相干光波在空间某点相遇时，它们的电场矢量方向垂直，相互叠加，形成干涉条纹。

四、衍射现象衍射现象是光波传播过程中遇到障碍物或通过狭缝时产生的现象。

衍射现象的本质是光波的传播方向发生改变，使得光波在空间中形成干涉图样。

衍射现象可以分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种：1.菲涅耳衍射：当光波通过狭缝或障碍物时，光波在衍射角较小的情况下发生的衍射现象。

菲涅耳衍射的衍射图样与狭缝或障碍物的形状、大小以及光波的波长有关。

2.夫琅禾费衍射：当光波通过狭缝或障碍物时，光波在衍射角较大的情况下发生的衍射现象。

夫琅禾费衍射的衍射图样与狭缝或障碍物的形状、大小以及光波的波长有关。

五、偏振现象偏振现象是光波在传播过程中，电场矢量在空间某一方向上振动的现象。

大学物理波动光学知识点总结.doc波动光学是物理学中的重要分支，涉及到光的反射、折射、干涉、衍射等现象。

作为大学物理中的一门必修课程，波动光学是大学物理知识体系重要的组成部分。

以下是相关的知识点总结：1. 光的波动性光可以被看作是一种电磁波。

根据电磁波的性质，光具有波动性，即能够表现出干涉、衍射等现象。

光的波长决定了其在物质中能否传播和被发现。

2. 光的反射光在与物体接触时会发生反射。

根据反射定律，发射角等于入射角。

反射给人们带来很多视觉上的感受和体验，如反光镜、镜子等。

当光从一种介质向另一种介质传播时，光的速度和方向都会发生改变，这个现象称为折射。

光在空气、玻璃、水等介质中的折射现象被广泛应用到光学、通信等领域中。

4. 光的干涉当两束光相遇时，它们会相互干涉，产生干涉条纹。

这是因为两束光的干涉条件不同，它们之间产生了相位差，导致干涉现象。

干涉可以分为光程干涉和振幅干涉。

光经过狭缝或小孔时，其波动性会导致光将会分散成多个波阵面。

这种现象称为衍射。

衍射可以改变光的方向和能量分布，被广泛应用于成像和光谱分析等领域。

6. 偏振偏振是光波沿着一个方向振动的现象，产生偏振的方式可以通过折射、反射、散射等途径实现。

光的偏振性质在光学通信、材料研究等领域有着广泛的应用。

总结波动光学是大学物理学知识体系不可或缺的一部分，它涉及到光的波动性、光的反射、折射、干涉、衍射等现象。

对于工程、光学、材料等领域的学生和研究者来说，深入了解波动光学的基本原理和理论，都有助于提高知识和技术水平。

大学物理波动光学总结引言波动光学是大学物理中的一门重要课程，研究光的传播和干涉衍射现象。

本文将对大学物理中的波动光学进行总结和归纳，内容包括光的波动性质、干涉现象、衍射现象等。

光的波动性质光既具有粒子性质又具有波动性质，可以通过以下实验证明：- 杨氏双缝实验：将一个点光源照射到一个有两条细缝的屏幕上，观察到在屏幕背后的墙上出现一系列亮暗相间的干涉条纹。

实验证明光的干涉现象，说明光具有波动性质。

- 光的衍射现象：光通过某个孔洞或物体边缘时，会沿着扩散波的方式传播，形成衍射图样。

光的衍射现象同样证明了光的波动性质。

干涉现象干涉是两个或多个波相遇时产生的现象，具有以下特点： 1. 干涉是波动性质的直接表现，只有至少两束波才能产生干涉现象。

2. 干涉分为相干干涉和非相干干涉。

相干干涉是指波源的频率和相位相同或相近，非相干干涉指波源的频率和相位差异较大。

3. 干涉现象包括等厚干涉、薄膜干涉、牛顿环等。

等厚干涉等厚干涉是在等厚体（如平行板）两个表面之间形成的干涉现象，具有以下特点： - 干涉条纹的间距是由波长、介质折射率差和等厚体厚度决定的。

- 等厚干涉的应用包括测量薄膜厚度、判断材料性质等。

薄膜干涉薄膜干涉是在薄膜表面和基底表面之间形成的干涉现象，具有以下特点： - 薄膜干涉的颜色随着入射光的颜色和薄膜厚度的改变而改变。

- 薄膜干涉的应用包括光学镀膜、光学仪器等领域。

牛顿环牛顿环是一种由大气中的薄膜产生的干涉现象，具有以下特点： - 牛顿环是由于光的不同波长在大气中的衍射和干涉引起的。

- 牛顿环的中心位置与基座材料的折射率有关，可用于测量折射率。

衍射现象衍射是波传播过程中遇到障碍物或传播介质发生扰动时发生的现象，具有以下特点： 1. 衍射现象是波动性质的直接表现，与波的传播方式密切相关。

2. 衍射现象包括单缝衍射、双缝衍射、衍射光栅等。

单缝衍射单缝衍射是在缝隙较小的板上通过光时产生的衍射现象，具有以下特点： - 单缝衍射的衍射图样主要包括中央最亮的主极大和两侧的次级最暗区。

大学物理物理学波动光学ppt教案•波动光学基本概念与原理•干涉现象及其应用•衍射现象及其应用•偏振光及其应用目录•波动光学实验方法与技巧•课程总结与拓展延伸01波动光学基本概念与原理光具有电磁波的基本性质，包括电场和磁场的振动以及传播速度等。

光是一种电磁波光的波动性表现光的波粒二象性光具有干涉、衍射、偏振等波动性质，这些性质是光作为波动现象的重要表现。

光既具有波动性质，又具有粒子性质，这种波粒二象性是量子力学中的基本概念。

030201光的波动性质1 2 3描述光波传播的基本方程，包括振幅、频率、波速等参数。

波动方程波速等于波长乘以频率，这一关系在波动光学中具有重要意义。

波速、波长、频率关系不同波长的光在介质中传播速度不同，导致光的色散现象。

色散现象波动方程与波速、波长、频率关系光的偏振现象及原理偏振现象光波中电场矢量的振动方向对于光的传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。

偏振光的产生通过反射、折射、双折射和选择性吸收等方法可以获得偏振光。

偏振光的检测通过偏振片、尼科耳棱镜等可以检测偏振光。

干涉和衍射现象概述干涉现象01两列或几列光波在空间某些区域相遇时相互加强，在某些区域相互减弱，形成稳定的强弱分布的现象。

产生干涉的条件是波的频率相同，振动方向一致，相位差恒定。

衍射现象02光绕过障碍物继续向前传播的现象叫做光的衍射。

产生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长相差不大或比波长小。

干涉和衍射的应用03干涉和衍射现象在光学测量、光学信息处理等领域有广泛应用。

02干涉现象及其应用03干涉条纹特点等间距、等光程差、明暗相间。

01双缝干涉实验装置与原理通过双缝的相干光源产生干涉现象，观察干涉条纹的分布和变化。

02干涉条件分析满足相干条件的光源，如单色光、点光源等，以及合适的双缝间距和屏幕距离。

双缝干涉实验及条件分析光在薄膜上下表面反射后产生干涉现象，形成彩色条纹。

薄膜干涉原理肥皂泡、油膜等薄膜干涉现象的观察和分析。

习题1313.1选择题（1）在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ ](A) 使屏靠近双缝．(B) 使两缝的间距变小．(C) 把两个缝的宽度稍微调窄．(D) 改用波长较小的单色光源． [答案：C]（2）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[ ] (A) 间隔变小，并向棱边方向平移． (B) 间隔变大，并向远离棱边方向平移． (C) 间隔不变，向棱边方向平移．(D) 间隔变小，并向远离棱边方向平移． [答案：A]（3）一束波长为λ的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为[ ] (A) λ / 4 ． (B) λ / (4n )．(C) λ / 2 ． (D) λ / (2n )． [答案：B]（4）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n ，厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了[ ](A) 2 ( n -1 ) d ． (B) 2nd ． (C) 2 ( n -1 ) d +λ / 2． (D) nd ．(E) ( n -1 ) d ． [答案：A]（5）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是 ［ ］(A) λ / 2 ． (B) λ / (2n )． (C) λ / n ． (D) λ / [2(n-1)]． [答案：D]13.2 填空题 （1）如图所示，波长为λ的平行单色光斜入射到距离为d 的双缝上，入射角为θ．在图中的屏中央O 处(O S O S 21=)，两束相干光的相位差为________________． [答案：2sin /d πθλ]（2）在双缝干涉实验中，所用单色光波长为λ＝562.5 nm (1nm ＝10-9 m)，双缝与观察屏的距离D ＝1.2 m ，若测得屏上相邻明条纹间距为∆x ＝1.5 mm ，则双缝的间距d ＝__________________________．[答案：0.45mm]（3）波长λ＝600 nm 的单色光垂直照射到牛顿环装置上，第二个明环与第五个明环所对应的空气膜厚度之差为____________nm ．(1 nm=10-9 m)[答案：900nm ]（4）在杨氏双缝干涉实验中，整个装置的结构不变，全部由空气中浸入水中，则干涉条纹的间距将变 。

大学物理波动光学总结光学是物理学中的一个重要分支，涉及到光的传播和相互作用。

其中，波动光学是光学中的一块重要内容。

波动光学研究的是光的波动性质，探究光的传播和现象。

1. 光的波动性质光既可以被看作粒子，也可以被看作波动。

然而，在波动光学中，我们主要探究的是光的波动性质。

光的波动包括波长、频率、振幅等方面。

波长是指光波的一个周期所对应的距离。

频率则代表了单位时间内光波的周期数。

振幅是指光波振动的最大值。

2. 光的干涉现象光的干涉是波动光学研究领域中的重要内容。

干涉是指两个或多个光波叠加形成干涉图样的现象。

干涉现象可以分为两种类型：建立在同一光源上的相干光干涉和来自不同光源的非相干光干涉。

在干涉实验中，我们通常会使用干涉仪来观察干涉现象，如杨氏双缝实验、劈尖实验等。

3. 杨氏双缝实验杨氏双缝实验是波动光学中著名的实验之一，用于研究光的干涉现象。

实验中，一束单色光射在一块挡板上，挡板上有两条细缝。

通过这两条细缝，光波通过后形成干涉图样。

干涉图样具有一系列亮纹和暗纹，亮纹表示光的干涉增强区域，暗纹则表示光的干涉减弱或完全抵消的区域。

4. 劈尖实验劈尖实验也是一个常见的波动光学实验，用于研究光的干涉现象。

该实验中，一束单色光通过一个小孔射到屏幕上，形成一个波前。

在波前上放置一个劈尖，劈尖上有一只细缝。

细缝缝宽约为光的波长数量级，从而使光通过细缝后发生衍射，形成一系列干涉图样。

通过这些干涉图样，我们可以研究光的波动性质。

5. 衍射现象衍射是波动光学中的重要现象之一。

通过衍射实验，可以观察到光波通过细缝等物体后，逐渐分散出来，形成一系列交替的明暗区域。

这些明暗区域就是衍射图样。

衍射图样的形态取决于光的波长、衍射物体的大小和形状。

6. 光的偏振现象在波动光学中，我们还需要了解光的偏振。

光的偏振是指光波中的电矢量在空间中的偏振方向。

常见的光偏振现象有线偏振光和圆偏振光。

线偏振光是指光波中的电矢量在空间中只沿一个方向振动；而圆偏振光则是指电矢量在空间中以圆周方式振动。

第十五章波动光学(Wave Optics)光学研究光的传播、本性以及它和其他物质相互作用。

几何光学：以光的直线传播规律为基础，主要研究各种成像光学仪器的理论波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，特别是干涉、衍射和偏振的理论量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律重点：(1)相干光的获得、相干条件、光程、透镜、半波损失；(2)杨氏双缝干涉（相干条件、条纹特点）；(3)等倾干涉、薄膜干涉（相干条件）；(4)等厚干涉、劈尖（相干条件、条纹特点）、牛顿环（相干条件、圆环半径）、迈克尔逊干涉仪、一些应用；(5)菲涅耳半波带法、单缝衍射（衍射公式、条纹特点）；(6)圆孔衍射（艾里斑半角宽度）、光学仪器的分辨率、最小分辨角；(7)衍射光栅的光栅方程、缺级、光谱的宽度；(8)光的偏振状态（自然光、线偏光、部分偏振光）、偏振片的起偏与检偏、马吕斯定律(9)反射光和折射光的偏振、布儒斯特定律(10)双折射§15—1 相干光 一、相干波1．相干波源：频率相同、振动方向相同、位相差恒定 干涉现象：两列相干波相遇时，某些地方始终振动加强，另一些地方始终振动减弱的现象。

2．P 点的振动是两个同方向同频率简谐振动的叠加由简谐振动的矢量表示法可知，合振动的振幅与两个分振动的位相差有关πϕk 2±=∆),2,1,0( =k 时，A 最大 干涉相长 πϕ)12(+±=∆k ),2,1,0( =k 时，A 最小 干涉相消由波函数)2c o s (])(c o s [ϕλπωϕω+-=+-=r t A u r t A y 可得，P 点的两分振动的相位差为：)(21212r r ---=∆λπϕϕϕ如果两相干波源的初相位相等21ϕϕ=，相干条件简化为： 波程差12r r r -=∆λk r ±=∆),2,1,0( =k 相长 2)12(λ+±=∆k r ),2,1,0( =k 相消二、相干光 1．光是一种电磁波电磁波是横波，E 、H都与传播方向垂直对人眼、感光仪器起作用的是E 矢量，因此E 矢量称为光矢量，E矢量的振1S 2S P1r 2r动称为光振动。