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1引言光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础学科, 又是当前物理学领域最活跃前沿之一, 然而光学的发展也是经过一场场磨难和斗争, 其历史被当作自然科学发展史的典范。
光的干涉和衍射现象是光学课程最主要的内容之一, 也是现代光学的基础, 如傅里叶光学, 全息学, 光传输与光波导等的理论基础。
在大学本科层次的光学学习中, 光的反射, 折射现象和成像规律我们学生已比较熟悉, 较容易接受。
但对光的波动性, 干涉和衍射现象, 我们还是比较生疏, 理论解释也比较困难。
本文将通过对光的干涉和衍射现象更加深入的比较和分析, 阐明干涉与衍射现象的意义, 系统归纳总结出了两者的异同，以促进相关概念的学习。
2光的干涉现象“两束（或多束）频率相同, 振动方向一致, 振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加后, 其强度分布与原来两束（或多束）光的强度之和不同的现象称为光的干涉”, 该定义范围广泛, 是光的干涉的广义定义[1]。
为突出“ 相干叠加” 与“ 非相干叠加” 在空间强度分布的明显差别, 很多教科书给出了光的干涉的狭义定义“ 满足一定条件的两束（或多束）光在空间叠加后, 其合振动有些地方固定的加强, 有些地方固定的减弱, 强度在空间有一种周期性变化的稳定分布, 这种现象称为光的干涉” 。
此时, 在叠加区内的屏上一般会形成固定的干涉图样, 其图象不随时间改变。
这种狭义的干涉是我们以下讨论的重点, 也是中学物理所涉及的内容。
波动是振动在介质中的传播, 因此, 光波的叠加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的叠加。
设两波源为1S 和2S , 它们是电矢量振动方向相同, 各自发出频率相同, 初相位不同的光波, 当这两列光波在介质中任一点P 相遇时, 可证明, 它们在该点引起的平均强度为12I I I δ-=++式中, 1I 和2I 分别是发自1S 和2S 的两列光波到达P点的各自的平均强度,δ为两列光波到达P 点时的相位差, 上式右边的第三项称为两列光波的干涉项。
光的干涉与衍射的联系与区别光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性．但是，产生这两种现象的条件是不同的．光的干涉现象需要相干光，即两列振动情况总是相同的光源，在同一介质中相遇．例如从楔形肥皂膜上观察到的钠黄光的明暗相间条纹，或从水面油膜上观察到的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的光就是相干光．而光的衍射现象产生的条件是障碍物或孔的线度与光波波长可以比拟的情况．例如从小孔观察点光源或从狭缝观察线光源就属这种情况．光经过小孔或狭缝产生非直线传播的现象，此时便可在光屏上形成明暗相间的条纹．其次，干涉条纹与衍射条纹也是有区别的，以狭缝为例，干涉条纹是相互平行、等距（宽度相同）的；而衍射条纹是平行而不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄．区别：第一，光的传播方式不同干涉是若干光束的叠加。
当参与叠加的各束光的传播行为可近似用几何光学中直线传播的模型描述时，这个叠加问题是纯干涉问题；若参与叠加的各束光的传播明显地不符合直线传播模型，则属衍射问题。
因此，在一般问题中，干涉和衍射的作用是同时存在的。
例如当干涉装置中的衍射效应不能略去时，则干涉条纹的分布要受到单缝衍射因子的调制，各干涉级的强度不再相等。
第二、光束的数量不同。
干涉是有限几束光的叠加，而衍射则是无穷多次波的相干叠加；前者是粗略的，后者是精细的。
第三、光强分布及条纹间距均匀不同。
出现的干涉和衍射图样都是明暗相间的条纹，但在光强分布（函数）上有间距均匀与相对集中的不同。
第四，数学处理方式不同相干叠加的矢量图由干涉的折线过渡到衍射的连续弧线，由有限项求和过渡到积分运算。
联系：第一，但从根本上讲，干涉和衍射两者的本质都是波的相干叠加的结果，只是参与相干叠加的对象有所区别，没有本质的变化。
第二，从物理角度来看，考虑叠加时的中心问题都是相位差。
总之，干涉和衍射是本质上统一，但在形成条件、分布规律以及数学处理方法上略有不同而又紧密关联的同一类现象。
第十章第十章第十章第十章 波动光学波动光学波动光学波动光学思考题思考题思考题思考题10-1 普通光源中原子发光有何特征？答答答：答：：：因为普通光源是大量不同原子在不同时刻发的光，是自然光，因此不满足干涉条件，所以一 般普通光源观察不到干涉现象。
10-2 如何用实验检验一束光是线偏振光、部分偏振光还是自然光？答答答：答：：：拿一块偏振片迎着这束光，转动偏振片，观察透射光。
（1）视场中光强有变化且有消光现象 的为线偏振光；（2）光强有变化但无消光现象的为部分偏振光；（3）光强无变化的为自然光。
10-3 自然光可以用两个独立的、相互垂直的、振幅相等的光振动表示。
那么线偏振光是否也可以用两个相互垂直的光振动表示？如果可以，则这两个相互垂直的光振动之间关系如 何？10-4 如何用实验测定不透明媒质的折射率？答答答：答：：：光线入射到不透明的媒介上，改变入射角i ，并同时用偏振片测定反射光线的偏振化程度。
当反射光线为完全偏振光时，此时入射角i0 即为布儒斯特角，满足tan 可求得不透明介质的折射率n 。
10-5 如图(a)所示，一束自然光入射在方解石晶体的表面上，入射光线与光轴成一定角度；问将有几条光线从方解石透射 出来？如果把方解石切割成等厚的A 、B 两块，并平行地移 开很短一段距离，如图(b)所示，此时光线通过这两块方解石后有多少条光线射出来？如果把B 块沿沿沿沿光线转过一个角度， 此时将有几条光线从B 块射出来？为什么？i 0n ，测得 i0 即考思考思考思考题题题题10-5图图图图10-6 从普通光源获得两束相干光的一般方法是什么？在光的干涉中决定相遇点产生明纹或暗纹的因素是什么？答答答：答：：：分波阵面法和分振幅法。
波源的相位差和波源到相遇点的光程差决定相遇点产生明纹或暗纹。
10-7 如图所示，设光线a 、b 从周相相同的A 、B 点传至P 点，试讨论：（1）在图中的三种情况下，光线a 、b 在相遇处P 是 否存在光程差？为什么？（2）若a 、b 为相干光，那么在相遇处的干涉情况怎 样？考题思考题思考题思考题 10-7 图图图图10-8 在杨氏双缝实验中，当作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化？（要说明理由）（1）使两缝之间的距离逐渐减小；（2）保持双缝的间距不变，使双缝与屏幕的距离逐渐减小；（3）如图所示，把双缝中的一条狭缝遮住，并在两缝的垂直平分线上放置一块平面反射镜。
光的干涉衍射与偏振光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在传播过程中，光可以发生干涉、衍射和偏振等现象。
本文将就光的干涉衍射与偏振进行探讨，并介绍相关实验和应用。
一、光的干涉1. 干涉现象光的干涉是指两束或多束光波相互叠加产生明暗条纹的现象。
当两束光波相遇时，根据相位差的不同，会出现增强或相消干涉。
光的干涉分为相干光的干涉和非相干光的干涉两种情况。
2. 干涉实验常见的干涉实验有杨氏双缝干涉实验、牛顿环实验等。
其中，杨氏双缝干涉实验通过用一块光栅，或者两条狭缝让光通过后形成干涉条纹，可以直观地观察到干涉的现象。
3. 透明薄膜的干涉透明薄膜的干涉是指光在两个介质交界处发生反射和透射时，由于反射光和透射光路径不同而发生干涉。
常见的例子是油膜的彩色条纹和肥皂泡的彩色环。
二、光的衍射1. 衍射现象光的衍射是指光通过一个孔或经过一个缝隙时，光波传播方向发生偏折的现象。
这是由于光的波动性质造成的。
2. 衍射实验常见的衍射实验有单缝衍射实验、双缝衍射实验等。
其中，双缝衍射实验可以通过两个狭缝让光通过后形成干涉条纹，观察到光的衍射现象。
3. 单缝衍射和多缝衍射单缝衍射和多缝衍射是光的衍射的两种基本情况。
单缝衍射下，光波经过一个狭缝后形成的衍射图样是一组等距的亮暗条纹。
多缝衍射下，光波经过多个狭缝后形成的衍射图样有更加复杂的亮暗条纹。
三、光的偏振1. 偏振现象光的偏振是指光波中的振动方向具有选择性的现象。
一束未偏振的光中的光波振动方向是各种方向都有的，而偏振后的光则只在特定方向上振动。
2. 偏振实验常见的偏振实验有偏振器实验、马吕斯定律实验等。
其中，偏振器实验可以通过使用偏振片来实现光的偏振，并通过观察光的传播方向和强度的变化来研究偏振现象。
3. 产生和应用偏振光偏振光可以通过偏振片、波片等光学元件产生。
偏振光在日常生活中有许多应用，比如3D电影中的立体效果、太阳眼镜中的消除光线反射等。
综上所述，光的干涉衍射与偏振是光的波动特性的重要表现。
光的衍射和单缝干涉实验光的衍射和干涉是光学中重要的现象，通过实验可以直观地观察到光的波动性质。
本文将介绍光的衍射和单缝干涉实验的原理、装置、实验步骤和结果分析。
一、实验原理1. 光的衍射：光通过狭缝或绕过物体边缘时会发生衍射现象，形成一系列明暗相间的条纹。
光的波动性质导致了衍射的产生。
2. 单缝干涉：当光通过一个非常窄的单缝时，会在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹。
这是因为光波经过缝隙后形成的波前会与其他波前相干干涉，导致干涉条纹的出现。
二、实验装置1. 单缝干涉装置：包括一个光源、一个狭缝、一个屏幕以及支撑狭缝和屏幕的支架。
2. 光源：可以使用激光、单色光源或者白光源等。
激光光源效果最好，但其他单色光源也能实现干涉效果。
3. 狭缝：用于让光通过的窄缝，可以使用狭缝片或者其他具有一定宽度的光阑。
4. 屏幕：用于观察干涉条纹的屏幕，可以是白色纸片或者其他能够反射光的物体。
三、实验步骤1. 准备实验装置：将光源固定在平稳的位置上，确保光线稳定。
将单缝装置放置在光线通道上，并固定在合适的位置。
将屏幕放置在适当位置，并确保能够看清干涉条纹。
2. 调整狭缝宽度：根据需要调整狭缝的宽度，一般来说，狭缝越窄，产生的干涉条纹越清晰。
3. 观察干涉条纹：打开光源，观察屏幕上的干涉条纹。
可以通过适当调整屏幕的位置或者狭缝与屏幕的距离来调整干涉条纹的大小和清晰度。
四、实验结果分析1. 衍射和干涉条纹的特点：光的衍射和干涉实验中所观察到的条纹是一系列明暗相间的弯曲线或直线。
明条纹对应光强较强的区域，暗条纹对应光强较弱的区域。
2. 条纹间距：干涉条纹的间距决定了光波的波长。
通过测量条纹间距和已知波长的光源，可以计算未知波长的光波。
3. 狭缝宽度对条纹的影响：狭缝越宽，条纹间距越大；狭缝越窄，条纹间距越小。
这是因为狭缝宽度的变化会影响光波的传播。
实验中可能会遇到的问题和解决办法：1. 干涉条纹不清晰：可以尝试调整狭缝和屏幕之间的距离，或者重新调整光源的位置，确保光线与实验装置垂直入射。
物理原理波的干涉与衍射物理原理：波的干涉与衍射一、引言波动理论是物理学中重要的研究领域，涉及各种波的行为和性质。
其中，波的干涉和衍射是波动理论中的两个重要现象。
本文将着重介绍波的干涉和衍射的基本原理及其应用。
二、波的干涉1. 干涉现象的定义干涉是指两个或多个波在特定条件下相遇时发生相互作用的现象。
干涉的结果取决于波的干涉相位差。
2. 干涉的分类干涉分为等厚干涉和等倾干涉两种类型。
等厚干涉是指波通过等厚介质产生的干涉现象，如牛顿环。
等倾干涉是指波通过等倾介质产生的干涉现象，如双缝干涉。
3. 干涉的原理干涉原理基于波的叠加原理，即波的合成等于各个波的矢量和。
干涉现象的出现是因为波的相位差引起的干涉条件改变。
4. 干涉的应用（1）干涉仪：干涉仪是利用波的干涉现象测量光的性质和物体的参数的仪器。
常见的干涉仪有迈克尔逊干涉仪和杨氏双缝干涉仪。
（2）涂膜技术：干涉技术可以应用于薄膜的制备和检测，用于提高光学元件的性能。
（3）干涉图案：干涉现象产生的干涉图案可以用于制作光栅、干涉滤波器等。
三、波的衍射1. 衍射现象的定义衍射是指波通过障碍物边缘或在有限孔径中传播时，波的传播方向和波前面发生弯曲和变形的现象。
2. 衍射的原理衍射原理基于海耶-菲涅尔原理，即波传播时，每个波前上的每个点都可以看作是波源，它们产生的次波相互叠加形成新的波前。
3. 衍射的特点（1）衍射现象的出现与波的波长和传播环境有关，有利于波的传播方向的弯曲。
（2）衍射现象在光学中明显，但也存在于其他波动现象中，如声波和水波。
4. 衍射的应用（1）光学衍射：衍射可以用于测量光的波长、制备光栅、研究光学仪器的分辨率等。
（2）声学衍射：衍射可以用于声学测量、超声波成像、喇叭和扩音器的设计等。
（3）电磁波衍射：衍射在天线设计、射频识别技术等方面有重要应用。
四、干涉与衍射的区别干涉和衍射是波的两种重要现象，它们之间存在一些区别：（1）干涉是在波的传播方向上相交的两个或多个波相互作用，衍射是波通过障碍物边缘或有限孔径时发生的波的弯曲与变形。
光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束光波相互叠加时产生的明暗条纹现象。
衍射是指光波遇到障碍物或通过狭缝时发生弯曲和扩展的现象。
光的干涉和衍射是光学中的两个重要现象，它们揭示了光的波动性。
一、光的干涉1.干涉现象的产生：当两束或多束光波相遇时，它们的振动方向相同时会相互增强，振动方向相反时会相互减弱，从而产生干涉现象。
2.干涉条纹的特点：干涉条纹具有等间距、亮度相等、相互对称等特点。
3.干涉的条件：产生干涉现象的条件是光波的相干性，即光波的波长、相位差和振动方向相同。
4.干涉的应用：干涉现象在科学研究和生产实践中具有重要意义，如激光干涉仪、干涉望远镜等。
二、光的衍射1.衍射现象的产生：当光波遇到障碍物或通过狭缝时，光波会发生弯曲和扩展，产生衍射现象。
2.衍射条纹的特点：衍射条纹具有不等间距、亮度变化、中心亮条纹较宽等特点。
3.衍射的条件：产生衍射现象的条件是光波的波动性，即光波的波长较长，与障碍物或狭缝的尺寸相当。
4.衍射的应用：衍射现象在科学研究和生产实践中具有重要意义，如衍射光栅、衍射望远镜等。
三、干涉与衍射的联系与区别1.联系：干涉和衍射都是光波的波动性现象，它们都具有明暗条纹的特点。
2.区别：干涉是两束或多束光波相互叠加产生的现象，衍射是光波遇到障碍物或通过狭缝时发生弯曲和扩展的现象。
干涉条纹具有等间距、亮度相等的特点，衍射条纹具有不等间距、亮度变化的特点。
四、教材与课本参考1.人教版初中物理八年级下册《光学》章节。
2.人教版高中物理必修1《光学》章节。
3.人教版高中物理选修3-4《光学》章节。
4.其它版本的中学生物理教材《光学》章节。
通过以上知识点的学习，学生可以了解光的干涉和衍射的基本概念、产生条件、特点及应用，为深入研究光学奠定基础。
习题及方法：1.习题：甲、乙两束光从空气射入水中，已知甲光的折射率大于乙光，问甲、乙两束光在水中的干涉条纹间距是否相同？解题思路：根据干涉现象的产生条件和干涉条纹的特点，分析甲、乙两束光在水中的干涉条纹间距是否相同。
光的干涉和衍射的实例干涉和衍射是光学中两个重要的现象，它们揭示了光的波动特性，并在实际应用中有着广泛而深远的影响。
本文将通过几个实例来说明光的干涉和衍射现象，并探讨它们在科学研究和技术应用中的意义。
一、双缝干涉实例双缝干涉实验是研究光的干涉现象的经典实例。
它通过在一块屏幕上开两个非常接近的小孔（双缝），将一束光照射到屏幕上，观察在屏幕上形成的干涉条纹。
这些条纹的出现是由于光波通过两个小孔传播形成的相干光波在屏幕上相互干涉而产生的。
双缝干涉实验展示了光的波动性质，并通过观察干涉条纹的分布情况，可以推断出光的波长。
在实践中，双缝干涉还被用于研究波动现象和光学仪器的校准。
二、杨氏双缝干涉仪杨氏双缝干涉仪是另一个重要的光学实验装置，它利用了双缝干涉的原理。
杨氏干涉仪通常由一个光源、一个狭缝发射光线和一个屏幕组成。
狭缝前有两个非常接近的小孔，使得经过狭缝透过的光形成了相干光波，这些相干光波在屏幕上产生干涉。
杨氏干涉仪的实验结果既可以用来研究光的干涉现象，也可以用来测量光的波长和光学元件的特性。
该实验装置在科学研究、光学测量和光学教学中都有广泛应用。
三、单缝衍射实例除了干涉现象外，衍射现象也是光学中的重要内容。
单缝衍射是研究光的衍射现象的常见实例。
通过将光线通过一个狭缝，然后在屏幕上观察到呈现出中央明亮、周围暗的衍射图样。
单缝衍射实验提供了光的波动性的直接证据，同时也展示了光的衍射特性。
这个实例在光学仪器校准、宽缝成像系统设计和大气光学中的研究中非常重要。
四、霍尔效应除了上述实例外，光的干涉和衍射现象还在许多其他领域中得到应用。
其中一个重要的应用是光电领域中的霍尔效应。
霍尔效应利用了细小的光干涉和衍射现象，通过在半导体中施加外加电场和磁场，使光束出现光学干涉现象。
通过测量光束在半导体中的明暗变化，可以得到有关半导体材料的光学特性和电子特性的重要信息。
霍尔效应的实际应用包括传感器技术、半导体器件的设计和光学仪器的校准等。
