大学物理授课教案第十四章光的干涉共13页文档
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一、教学目标1. 理解光的干涉现象及其产生条件。
2. 掌握光的干涉现象的实验原理和实验方法。
3. 能够分析光的干涉条纹的分布规律。
4. 培养学生的观察能力、实验操作能力和科学思维方法。
二、教学内容1. 光的干涉现象及其产生条件。
2. 光的干涉实验原理和实验方法。
3. 光的干涉条纹的分布规律。
4. 光的干涉现象在光学中的应用。
三、教学重点1. 光的干涉现象及其产生条件。
2. 光的干涉实验原理和实验方法。
3. 光的干涉条纹的分布规律。
四、教学难点1. 光的干涉现象及其产生条件。
2. 光的干涉条纹的分布规律。
五、教学方法1. 讲授法:系统讲解光的干涉现象、产生条件、实验原理和实验方法。
2. 实验法:通过实验观察光的干涉现象,验证理论,加深理解。
3. 案例分析法:分析光的干涉现象在实际光学中的应用,提高学生的应用能力。
六、教学过程(一)导入1. 回顾光的波动性及其基本概念。
2. 提出问题:什么是光的干涉现象?干涉现象产生的原因是什么?(二)讲解光的干涉现象及其产生条件1. 解释光的干涉现象:频率相同、振动方向一致、相差恒定的两列光波在相遇区域出现稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。
2. 讲解干涉现象产生条件:两列光波频率相同、振动方向一致、相差恒定。
(三)讲解光的干涉实验原理和实验方法1. 介绍杨氏双缝干涉实验:利用双缝将光束分成两束,产生相干光,观察干涉条纹。
2. 讲解实验步骤:搭建实验装置、调整实验参数、观察干涉条纹。
(四)讲解光的干涉条纹的分布规律1. 介绍干涉条纹的分布规律:明暗相间的条纹,亮纹间距与暗纹间距相等。
2. 分析干涉条纹间距与实验参数的关系:条纹间距与光波波长、双缝间距、双缝到屏的距离有关。
(五)案例分析1. 分析光的干涉现象在光学中的应用,如:光谱分析、光学仪器校准等。
2. 鼓励学生思考光的干涉现象在其他领域的应用。
(六)实验演示1. 演示杨氏双缝干涉实验,让学生观察干涉条纹。
2. 讲解实验过程中应注意的问题,如:实验参数的调整、实验现象的观察等。
光的干涉物理教案章节一:光的干涉现象简介教学目标:1. 了解干涉现象的定义和特点。
2. 掌握光波的叠加原理。
教学内容:1. 干涉现象的定义和特点。
2. 光波的叠加原理及干涉条件。
教学步骤:1. 引入干涉现象的概念,引导学生思考干涉现象的特点。
2. 讲解光波的叠加原理,并通过示例说明干涉现象的产生。
3. 总结干涉条件,引导学生理解干涉现象的发生条件。
章节二:双缝干涉实验教学目标:1. 了解双缝干涉实验的原理和装置。
2. 掌握双缝干涉条纹的间距和波长的关系。
教学内容:1. 双缝干涉实验的原理和装置。
2. 双缝干涉条纹的间距和波长的关系。
教学步骤:1. 介绍双缝干涉实验的原理和装置,展示实验图片。
2. 讲解双缝干涉条纹的形成过程,引导学生理解条纹的间距和波长的关系。
3. 进行双缝干涉实验,让学生观察和记录条纹的间距和波长的关系。
章节三:单缝衍射实验教学目标:1. 了解单缝衍射实验的原理和装置。
2. 掌握单缝衍射条纹的间距和波长的关系。
教学内容:1. 单缝衍射实验的原理和装置。
2. 单缝衍射条纹的间距和波长的关系。
教学步骤:1. 介绍单缝衍射实验的原理和装置,展示实验图片。
2. 讲解单缝衍射条纹的形成过程,引导学生理解条纹的间距和波长的关系。
3. 进行单缝衍射实验,让学生观察和记录条纹的间距和波长的关系。
章节四:光的干涉和衍射的应用教学目标:1. 了解光的干涉和衍射在实际应用中的重要性。
2. 掌握光的干涉和衍射在现代科技中的应用。
教学内容:1. 光的干涉和衍射在实际应用中的重要性。
2. 光的干涉和衍射在现代科技中的应用。
教学步骤:1. 引导学生思考光的干涉和衍射在实际应用中的重要性。
2. 讲解光的干涉和衍射在现代科技中的应用,如光学显微镜、光学干涉仪等。
3. 进行相关实例分析,让学生了解光的干涉和衍射在实际中的应用价值。
章节五:光的干涉和衍射的数学描述教学目标:1. 了解光的干涉和衍射的数学描述方法。
2. 掌握干涉和衍射的数学计算方法。
教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理;波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。
掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。
掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律,知道起偏、检偏和各种偏振光。
教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。
第十三章 光的干涉一、光线、光波、光子在历史上,光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”,它们各自满足一定的规律或方程,比如光线的传输满足费马原理,传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。
当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =),光的波动性就难以显现,在这种情况下,光可以看成“光线”,称为光线光学,。
光线传输的定律可以用几何学的语言表述,故光线光学又称为几何光学。
光波的传输满足麦克斯韦方程组,光子则满足量子力学的有关原理。
让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学,把电磁波量子化,波动光学就转化为量子光学。
二、费马原理光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播,即(,,)0QPn x y z ds δ=⎰三、光的干涉光矢量(电场强度矢量E )满足干涉条件的,称为干涉光。
类似于机械波的干涉,光的干涉满足:222010*********cos()r r E E E E E ϕϕ=++-1020212cos()r r E E ϕϕ-称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比,所以上式可改写为:12I I I =++(1—1)与机械波一样,只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果,对非干涉光有:1221,cos()0r r I I I ϕϕ=+-=四、相干光的研究方法(一)、光程差法两列或多列相干波相遇,在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。
能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length )。
设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ,则,n c v νλνλ==,两式相除得n vcλλ=,定义介质的折射率为: c n v=得 n nλλ=可见,一定频率的光在折射率为n 的介质中传播时波长变短,为真空中波长的1n倍.光程定义为光波在前进的几何路程d 与光在其中传播的介质折射率n 的乘积nd .则光程差为(1)nd d n d δ=-=-由光程差容易计算两列波的相位差为21212r r δϕϕϕϕϕπλ∆=-=-- (1—2)1ϕ和2ϕ是两个相干光源发出的光的初相。
物理教案-光的干涉教案章节:一、光的干涉现象【教学目标】1. 了解光的干涉现象的定义和特点。
2. 掌握光的干涉现象产生的条件。
【教学内容】1. 光的干涉现象的定义和特点:当两束或多束相干光波重叠时,它们会在空间中形成明暗相间的干涉条纹,这种现象称为光的干涉现象。
光的干涉现象具有明显的周期性和稳定性。
2. 光的干涉现象产生的条件:(1)相干光的产生:相干光是指光波的波长、振幅、相位等参数相同或相位差保持不变的光。
只有相干光之间才能产生稳定的干涉现象。
(2)光波的叠加:当两束或多束相干光波重叠时,它们的光波相位会相互叠加,从而产生干涉现象。
【教学方法】1. 采用多媒体演示文稿,展示光的干涉现象的图片和视频,让学生直观地了解光的干涉现象。
2. 通过实验或模拟实验,让学生亲自观察和体验光的干涉现象,加深对光的干涉现象的理解。
【教学评估】1. 课堂问答:提问学生关于光的干涉现象的定义和特点,以及光的干涉现象产生的条件,检查学生对教学内容的理解程度。
教案章节:二、双缝干涉实验【教学目标】1. 了解双缝干涉实验的原理和操作。
2. 掌握双缝干涉实验中干涉条纹的分布规律。
【教学内容】1. 双缝干涉实验的原理:当相干光通过两个狭缝时,会在屏幕上形成干涉条纹。
这是因为光波通过狭缝后,会发生叠加,形成干涉现象。
2. 双缝干涉实验的操作:(1)准备一台光源,如激光器,产生相干光。
(2)将相干光通过两个狭缝,观察屏幕上的干涉条纹。
3. 双缝干涉实验中干涉条纹的分布规律:(1)干涉条纹的间距:干涉条纹的间距与狭缝间距和入射光的波长有关。
间距越大,说明光波的波长越长。
(2)干涉条纹的形状:干涉条纹通常是明暗相间的,且宽度相等。
【教学方法】1. 演示双缝干涉实验的操作,让学生了解实验原理和步骤。
2. 通过实验或模拟实验,让学生亲自观察和测量干涉条纹的间距和形状,分析干涉条纹的分布规律。
【教学评估】1. 课堂问答:提问学生关于双缝干涉实验的原理和操作,以及干涉条纹的分布规律,检查学生对教学内容的理解程度。
§12.2 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉实验是1801年,英国人托马斯⋅杨首次从实验上研究了光的干涉现象,也是首次把光的波动学说建立在坚实的实验基础之上。
一、实验装置:单色平行光通过狭缝s 形成一列柱面波。
此面波又透过狭缝s 1和s 2后形成两列柱面波。
由惠更斯原理知,s 1和s 2可以看成为此两列波的波源。
这两列波在空间发生重叠而产生干涉,即在屏幕上出现明暗相间的条纹(平行于缝s 1和s 2)。
二、干涉条纹的分析:1.明暗条纹的条件光源s 发出波长为 λ 的色光。
波场中场点的干涉情况决定于该处两分振动的位相差。
(屏幕上任一点P 的光的振动由s 1和s 2传来的光的合成。
) 由s 1和s 2 “发出”的光振动同相。
( s 与缝s 1和s 2等距,s 1和s 2处于同一波面上。
) P 点光振动的位相差由s 1和s 2 到该处的路程差决定。
路程差: 在2r 上截取1r QP =,则Q S r r 212=-.在d D >>近似条件下,有P S P S 12||和P S Q S 21⊥,从而对 2cos 4cos 222000p p I I I I ϕϕ∆=∆+=, 求平均后,得:000214I I I I +=⨯=。
四、其他分波面干涉装置1.Fresnel 双面镜实验2.装置 S 点光源(或线光源,与两镜交线平行) M 1和M 2:镀银反射镜,夹角β很小。
两反射镜把 S 发的光分成两部分,可以看作是两个虚光源S 1和S 2发出的光。
相位分析:同一光源,利用两反射镜改变波阵面方向、是分波面。
∴有固定的位相差。
从两虚光源看,位相差为()p S p S 212-λπ。
条纹位置:可直接利用Young 双缝干涉的结果, 作代换:ββR R d d 2sin 2≈=→,R D D +→1。
得明纹位置:λβR RD K x 21+±=; 条纹间距:λβ+=∆R RD x 21。
结果分析:R D +1和R 量级相同,λ又很小,为使∆y 较大, ∴ β必须小。
光的干涉》教案-新人教选修第一章:光的干涉现象1.1 教学目标1. 了解干涉现象的定义和特点2. 掌握双缝干涉和单缝衍射的实验现象及原理3. 能够分析干涉条纹的分布规律和特点1.2 教学内容1. 干涉现象的定义和特点2. 双缝干涉实验现象及原理3. 单缝衍射实验现象及原理4. 干涉条纹的分布规律和特点1.3 教学方法1. 讲授法:讲解干涉现象的定义、特点和原理2. 演示法:展示双缝干涉和单缝衍射实验现象3. 讨论法:分析干涉条纹的分布规律和特点1.4 教学资源1. 教案、PPT课件2. 双缝干涉和单缝衍射实验器材1.5 教学过程1. 导入:介绍干涉现象的定义和特点2. 讲解:讲解双缝干涉和单缝衍射的实验现象及原理3. 演示:展示双缝干涉和单缝衍射实验现象4. 分析:分析干涉条纹的分布规律和特点5. 练习:解答相关问题第二章:干涉仪的制作和使用2.1 教学目标1. 了解干涉仪的制作原理和过程2. 掌握干涉仪的使用方法和技巧3. 能够进行干涉实验并分析实验结果2.2 教学内容1. 干涉仪的制作原理和过程2. 干涉仪的使用方法和技巧3. 干涉实验的步骤和注意事项2.3 教学方法1. 讲授法:讲解干涉仪的制作原理和使用方法2. 演示法:展示干涉仪的制作过程和实验操作3. 实验法:进行干涉实验并分析实验结果2.4 教学资源1. 教案、PPT课件2. 干涉仪器材3. 实验指导书2.5 教学过程1. 导入:介绍干涉仪的制作原理和过程2. 讲解:讲解干涉仪的制作原理和使用方法3. 演示:展示干涉仪的制作过程和实验操作4. 实验:进行干涉实验并分析实验结果第三章:光的干涉测量3.1 教学目标1. 了解光的干涉测量原理和方法2. 掌握光的干涉测量技术及应用3. 能够分析干涉测量结果和误差3.2 教学内容1. 光的干涉测量原理和方法2. 干涉仪在科学研究和工业生产中的应用3. 干涉测量结果的分析和误差估计3.3 教学方法1. 讲授法:讲解光的干涉测量原理和方法2. 演示法:展示干涉仪在科学研究和工业生产中的应用3. 讨论法:分析干涉测量结果和误差3.4 教学资源1. 教案、PPT课件2. 干涉仪器材3. 相关科研和工业生产案例3.5 教学过程1. 导入:介绍光的干涉测量原理和方法2. 讲解:讲解光的干涉测量原理和方法3. 演示:展示干涉仪在科学研究和工业生产中的应用4. 分析:分析干涉测量结果和误差5. 练习:解答相关问题第四章:杨氏双缝干涉实验4.1 教学目标1. 理解杨氏双缝干涉实验的原理2. 掌握杨氏双缝干涉条纹的分布规律3. 能够运用杨氏双缝干涉实验测量光的波长4.2 教学内容1. 杨氏双缝干涉实验的原理2. 杨氏双缝干涉条纹的分布规律3. 杨氏双缝干涉实验在测量光的波长中的应用4.3 教学方法1. 讲授法:讲解杨氏双缝干涉实验的原理和条纹分布规律2. 演示法:展示杨氏双缝干涉实验的操作和结果3. 实验法:学生自行操作进行杨氏双缝干涉实验4.4 教学资源1. 教案、PPT课件2. 杨氏双缝干涉实验器材3. 实验指导书4.5 教学过程1. 导入:回顾光的干涉现象和双缝干涉实验2. 讲解:详细讲解杨氏双缝干涉实验的原理和条纹分布规律3. 演示:展示杨氏双缝干涉实验的操作和结果4. 实验:学生自行操作进行杨氏双缝干涉实验第五章:薄膜干涉现象5.1 教学目标1. 理解薄膜干涉现象的原理2. 掌握薄膜干涉条纹的分布规律3. 能够分析薄膜干涉现象在实际应用中的例子5.2 教学内容1. 薄膜干涉现象的原理2. 薄膜干涉条纹的分布规律3. 薄膜干涉现象在实际应用中的例子5.3 教学方法1. 讲授法:讲解薄膜干涉现象的原理和条纹分布规律2. 演示法:展示薄膜干涉现象的操作和结果3. 讨论法:分析薄膜干涉现象在实际应用中的例子5.4 教学资源1. 教案、PPT课件2. 薄膜干涉现象实验器材3. 相关实际应用案例5.5 教学过程1. 导入:回顾光的干涉现象和薄膜干涉现象2. 讲解:详细讲解薄膜干涉现象的原理和条纹分布规律3. 演示:展示薄膜干涉现象的操作和结果4. 讨论:分析薄膜干涉现象在实际应用中的例子5. 练习:解答相关问题第六章:迈克尔逊干涉仪6.1 教学目标1. 理解迈克尔逊干涉仪的原理2. 掌握迈克尔逊干涉仪的使用方法3. 能够利用迈克尔逊干涉仪进行光的波长测量6.2 教学内容1. 迈克尔逊干涉仪的原理2. 迈克尔逊干涉仪的使用方法3. 迈克尔逊干涉仪在测量光的波长中的应用6.3 教学方法1. 讲授法:讲解迈克尔逊干涉仪的原理和使用方法2. 演示法:展示迈克尔逊干涉仪的操作和结果3. 实验法:学生自行操作进行迈克尔逊干涉仪实验6.4 教学资源1. 教案、PPT课件2. 迈克尔逊干涉仪器材3. 实验指导书6.5 教学过程1. 导入:回顾光的干涉现象和迈克尔逊干涉仪2. 讲解:详细讲解迈克尔逊干涉仪的原理和使用方法3. 演示:展示迈克尔逊干涉仪的操作和结果4. 实验:学生自行操作进行迈克尔逊干涉仪实验第七章:激光干涉仪7.1 教学目标1. 理解激光干涉仪的原理2. 掌握激光干涉仪的使用方法3. 能够利用激光干涉仪进行精密测量7.2 教学内容1. 激光干涉仪的原理2. 激光干涉仪的使用方法3. 激光干涉仪在精密测量中的应用7.3 教学方法1. 讲授法:讲解激光干涉仪的原理和使用方法2. 演示法:展示激光干涉仪的操作和结果3. 实验法:学生自行操作进行激光干涉仪实验7.4 教学资源1. 教案、PPT课件2. 激光干涉仪器材3. 实验指导书7.5 教学过程1. 导入:回顾光的干涉现象和激光干涉仪2.重点和难点解析1. 双缝干涉和单缝衍射实验现象的演示和分析:这是理解干涉现象的基础,学生需要通过实验观察和理论分析,掌握干涉条纹的形成原理和分布规律。
教学对象:大学物理专业学生教学时间:2课时教学目标:1. 理解光的干涉现象,掌握干涉的基本原理。
2. 熟悉杨氏双缝干涉实验,理解其原理和操作步骤。
3. 掌握光程差的概念,理解其与干涉条纹的关系。
4. 了解等厚干涉和等倾干涉现象,并能分析其实验结果。
教学重点:1. 光的干涉现象和原理。
2. 杨氏双缝干涉实验的原理和操作步骤。
3. 光程差与干涉条纹的关系。
教学难点:1. 光程差的概念及其与干涉条纹的关系。
2. 等厚干涉和等倾干涉现象的分析。
教学过程:第一课时一、导入1. 复习光的波动性,介绍光的干涉现象。
2. 引出干涉现象的产生条件,如相干光源、稳定的相位差等。
二、讲解光的干涉原理1. 介绍干涉现象的基本原理,如相干光源、稳定的相位差、光程差等。
2. 讲解光程差的概念,包括光程和光程差的关系。
3. 分析光程差与干涉条纹的关系,如光程差等于零时出现亮条纹,光程差等于半个波长时出现暗条纹。
三、讲解杨氏双缝干涉实验1. 介绍杨氏双缝干涉实验的原理和操作步骤。
2. 分析实验中的关键参数,如双缝间距、屏幕与双缝的距离等。
3. 通过实验结果,理解光程差与干涉条纹的关系。
四、课堂小结1. 总结光的干涉现象和原理。
2. 强调光程差与干涉条纹的关系。
第二课时一、复习上节课内容1. 回顾光的干涉现象和原理。
2. 复习杨氏双缝干涉实验的原理和操作步骤。
二、讲解等厚干涉和等倾干涉现象1. 介绍等厚干涉和等倾干涉现象的定义。
2. 分析等厚干涉和等倾干涉的实验原理和操作步骤。
3. 通过实验结果,理解等厚干涉和等倾干涉现象的特点。
三、课堂讨论1. 学生分组讨论,分析实验结果,总结等厚干涉和等倾干涉现象的特点。
2. 教师引导学生分析实验结果,讲解等厚干涉和等倾干涉现象的原理。
四、课堂小结1. 总结等厚干涉和等倾干涉现象的特点。
2. 强调光的干涉现象在实际应用中的重要性。
五、布置作业1. 完成课后习题,巩固所学知识。
2. 查阅相关资料,了解光的干涉现象在科学技术中的应用。
第五篇波动光学第十四章光的干涉§14-1 光源光的单色性和光的相干性光是一种电磁波(横波),用振动矢量(电场强度),(磁场强度)来描述。
光波中,产生感觉作用与生理作用的是E,故常将E称为光矢量,E的振动称为光振动。
在以后,将以讨论E振动为主。
一、光源:发光物体二、光的单色性单色光:具有单一频率的光(实际上不存在)。
复色光:具有多种频率的光(如:太阳光、白炽灯等)。
三、光的相干性每一列光波是一段有限长的、振动方向一定、振幅不变(或缓慢变化)的正弦波。
每一列波称为一个波系,同一原子不同时刻发出的波列其振动方向及频率也不一定相同,位相无固定关系,不同原子同一时刻发射的波列也是这样。
两个光波的干涉的实质是同一波列分离出来的两列波的干涉。
我们把能够产生干涉现象的最大光程差(折射率与几何路程之积称为光程)称为相干长度,显然它等于一个波列的长度。
激光的相干长度很长,所以它是很好的相干光源。
§14-2 杨氏双缝实验 双镜及洛埃镜实验一、杨氏双缝实验 1、定性分析如图所示,在单色光平行光前放一狭缝S ,S 前又放有两条平行狭缝1S 、2S ,它们与S 平行并等距,这时1S 、2S 构成一对相干光源。
从S 发出的光波波阵面到达1S 和2S 处时,再从1S 、2S 传出的光是从同一波阵面分出的两相干光。
它们在相遇点将形成相干现象。
可知,相干光是来自同一列波面的两部分,这种方法产生的干涉称为分波阵面法。
2、干涉条纹的位置如图所示,1S 、2S 为两缝,相距d ,E 为屏,距缝为D ,O 为1S 、2S 连线与E 交点,P 为E 上的一点,距O 为x ,距1S 、2S 为1r 、2r ,由1S 、2S 传出的光在P 点相遇时,产生的波程差为:位相差为:λδπϕ2=∆,作P S B S 21⊥,可知,(θ很小d<<D ), 即 Dxd =δ。
(1)亮纹位置:当πϕk 2±=∆时,即),2,1,0(Λ=±=k k λδ时,P 为亮纹,可有 λk Dxd±=,),2,1,0k (Λ= (14-1) k=0对应O Λ,2,1,0=k 依次为一级、二级…明纹,明纹关于中央亮纹对称,相邻明纹间距为:即: dD x λ=∆(等间距)。
(2)暗纹位置:当πϕ)12(-±=∆k 时,即2)12(λδ-±=k 时,P 为暗纹,可有2)12(λ-±=k D x d),2,1k (Λ= (14-2) 暗纹关于OdD x λ=∆(等间距)。
结论:(1)相邻明纹间距=相邻暗纹间距=(常数)dD λ。
(2)干涉条纹是关于中央亮纹对称分布的明暗相间的干涉条纹。
(3)对给定装置 ↑∆↑→x λ,↓∆↓←x λ用白光照射双缝时,则中央明纹(白色)的两侧将出现各级彩色明条纹。
同一级条纹中,波长小的离中央明纹近,波长长的离中央明纹远。
(4)杨氏干涉属于分波阵面法干涉。
例14-1:以单色光照射到相距为0.2mm 的双缝上,缝距为1m 。
(1)从第一级明纹到同侧第四级的明纹为7.5mm 时,求入射光波长;(2)若入射光波长为οA 6000,求相邻明纹间距离。
解:(1)明纹坐标为 dD k x λ±=,由题意有:(2)当οA 6000=λ时,相邻明纹间距为 二、菲涅耳双面镜实验 1、定性分析:在杨氏双缝实验中,仅当缝1S 、2S 、S 都很窄时,才能保证1S 、2S 处的振动有相同的位相,但这时通过狭缝的光强过弱,干涉条纹常常不够清晰,1818年,菲聂耳进行了双镜实验,装置如下:由狭缝光源S 发出的光波,经平面镜1M ,2M 反射后(分波阵面法),成两束相干光波,在E 上形成干涉条纹。
1M 和2M 夹角ε很小,所以,S 在双镜1M ,2M 中所成的虚象1S 、2S 之间的距离很小。
从1M ,2M 反射的两束光相干,可看作从1S 、2S 发出的,这相当于杨氏干涉一样。
2、明暗条纹位置明纹:),2,1,0(Λ=±=k dD kx λ; 暗纹:),2,1(2)12(Λ=-±=k dD k x λ; 明(暗)条纹相邻间距:dD x λ=∆。
在此,d=?D=?设θ221=∠OS S ,可有Θ1S 、2S 、S 在同一圆周上,∴θ=∠21SS S Θ 1SS 沿1M 法向,2SS 沿2M 法向,∴ 1SS 与2SS 夹角为1M 和2M 夹角,即εθ=,三、洛埃镜实验 1、定性分析洛埃镜实验不但能显示光的干涉现象,而且还能显示由光疏媒质(折射率小的媒质)射向光密媒质(折射率较大的媒质)而反射回来的光有位相突变。
如图所示装置,'MM 为一块涂黑的玻璃体,作为反射镜。
从狭缝1S 射出的光一部分(图中①表示)直接射到屏E 上,另一部分经'MM 反射后(图中以②表示)到达E 上,反射光可看作是由虚光源发出的,1S 、2S 构成一对相干光源,在E 的光波相遇区域内发生干涉,出现明暗相间的条纹。
可见,这也相当于杨氏干涉一样。
(洛埃镜干涉仍属于分波阵面法)另外,若把E 放在'EM 位置,在E 与镜交点处似乎应出现明纹(因为从1S 、2S 发出的光到了交点'M 经过波程相等),但实际上是暗纹,这表明直接射到屏上的光与由镜反射的光在'M 处位相相反,即位相差为π。
因为直接射向的光不可能有位相突变,所以只能由空气经镜子反射的光才能有位相突变,即它位相突变π。
由波动理论知道,相位差突变π相当于波多走了半个波长,所以这种现象称为半波损失。
折射率n :21n n >,(1n :光密媒质;2n :光疏媒质)2、明暗纹位置考虑到反射光有半波损失,所以波程差为(1)明纹:)0,3,2,1(2=⇐==+=δλλδΛk k Ddx 时P 点为明纹 dD k d D k x 2)12()21(λλ-=-=⇒。
(2)暗纹:),3,2,1(2)12(2Λ=-=+=k k D dx λλδ时, P 点为暗纹 dD k x λ)1(-=⇒。
相邻明(暗)纹间距=d D λ⇒,即dD x λ=∆。
(杨氏、双镜、洛埃镜都属于分波阵面干涉)§14-3 光程及光程差 薄透镜的一个性质一、光程 1、定义:设光在真空中速度为c ,频率为υ,波长λ。
它在折射率为n 的介质中传播时,速度为v ,波长为'λ(频率不变)。
当光从1S 、2S 传至P 点相遇时,波程差为 '122λπϕr r -=∆(介质中),即 nλλ='。
结论:介质中波长是真空中波长的n1倍。
可见,ϕ∆不仅是简单地决定于几何路程差)(12r r -定义:折射率与几何路程之积称为光程,即nr 。
2、光程意义光在介质中走过r 路程所用的时间为vr t =∆,在t ∆时间内,光在真空中走过路程为光在真空中走过距离=nr vrc t c ==∆⋅(介质中光程)可见,光在介质中某一光程即为相同时间内光在真空中传播的距离。
二、光程差由上可知,ϕ∆取决于光程差(=光程之差。
)用δ表示光程差,则)(12r r n -=δ, 三、薄透镜不引起附加光程差在此简单说明光波通过薄透镜传播时的光程情况。
以后讲干涉,折射现象等都用透镜来观察。
根据光程情况,当光波的波阵面(如图)ABC 与某一光轴垂直时,平行于该光轴的近轴光线通过透镜会聚于一点F ,并在 这点互相加强产生亮点。
这些光线F 点互相 加强表明,它们位相相同。
因为在ABC 面上 各光线位是相同的,所以可知光线经过L 没产 生附加光程差,只是改变了光线方向。
对于厚透镜可产生球差,慧差等。
1S P图 14-6§14-4 薄膜干涉一、薄膜干涉 1、含义如图所示,一折射率率为n 的透明薄膜,处于折射率为'n 的均匀介质中)('n n >,膜厚为e ,从面光源(扩大光源)上S 点发出的光线'1以入射角i 射到膜上A 点后,分成两部分,即反射光和折射光,到薄膜中在膜下表面B 处又反射之后经C 处折射到介质'n 中,即2光。
显然,1、2光是平行的,经透镜L 会聚后在P 点。
因为,1、2光是来自同一入射光的两部分(从波列的角度说明一下),因此,1、2光的振动方向相同,频率相同,在P 点的位相差固定。
所以,二者产生干涉,。
一束光经薄膜二表面反射和折射分开后,再相遇而产生的干涉称为薄膜干涉。
因为1、2各占入射光'1的一部分,所以此种干涉称为分振幅干涉。
如:日常生活中看到的油膜、肥皂膜上呈现的彩色条纹都属于薄膜干涉。
2、干涉明暗条件干涉结果如何是从1、2光在P 处位相差入手。
Θ1、2光在A 处位相不同,∴位相差仅由1、2光从A 点分开后到P 点 会过程中的光程差。
设AN NC ⊥,ΘL 不产生光程差,∴从N 到P 及从C 到P 光程相差,可知:其中 i n n r sin sin 2'=,i n n n i nn r 22'2222'sin 1sin 1cos -=-=。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+==+-=)(),2,1,0k (21k 2)(),2,1k (k 2i sin n n e 222'2暗纹)(明纹ΛΛλλλδ (14-3) (k 取值要说明一下)。
说明:(1)为什么只取两束光来讨论薄膜干涉?如图所示,设此入射角时反射系数为5%,第一次入射强记做100,经A 处反射后强度为5,在A 出折射光强度为95,在B 处反射光强为4.75,经C 处反射强度为0.238,经C 处折射光强度为0.012,经C 处折射光强为0.451,经D 处反射强度为0.012 ,经E 处折射光强为0.011。
可知,1、2光振幅(强度∝振幅平方),选加后有明显的加强或减弱现象,故能看到明显的干涉现象。
而3与1、2光比较振幅相差很大,它们迭加后,3光贡献很小,故对干涉无明显贡献,只改 善1、2光即可(一般透明介质反射系数都较小)。
(2)顾名思义,薄膜干涉要求膜要薄。
这是因为原子发出的波列有一定的长度,如果膜过厚,则1、2光到P 点时不能相遇,这就谈不上干涉。
所以要求膜要薄。
能看到干涉现象的最大光程差叫做相干长度,实际上它是波列的长度(激光的相干长度可达几十米到几十公里)。
我们说的薄膜的厚度是相对的,它取决于光的相干长度,如一块较厚的玻璃板,对普通光(如灯光,日光等)都不能看作“薄膜”,都不能形成干涉。
面对激光则它可以看作薄膜。
(3)薄膜干涉为分振幅法干涉。
(4)半波损失问题:规定(本书),在1、2光中若有一光未有半波损失,则在δ 中就加2λ;在1、2光中均有或均没有半波损失,则δ中不加2λ项。
(5)当复合光入射时,干涉条纹为彩色的。