2020年南师附中高中物理竞赛辅导课件17波动光学(4)

2020高中物理竞赛

江苏省苏州高级中学竞赛讲义

第十章 波动光学

第四次课： 2学时

1 题目： §10.10 光的偏振性 马吕斯定律

§10.11 反射光和折射光的偏振

2 目的：

理解自然光、偏振光和部分偏振光的概念。了解偏振光的获得和检验方法。理解马吕斯定律和布儒斯特定律。

一、引入课题：

光波是特定频率的电磁波，在这种电磁波中，引起视觉效应和激起光化学作用的主要是电场矢量，因此，电场矢量又叫光矢量。由于电磁波是横波，对于电矢量，磁矢量具有单一对应关系且具有同步性，所以在讨论光振动时，从中任取一个即可。我们取电矢量代表光波，光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向垂直，光波的这一基本特征就叫做光的偏振。

二、讲授新课：

§10.10 光的偏振性 马吕斯定律(Polarization of light)

一、线偏振光 光矢量所在的平面表示光波的振动面，这种光振动只限于某一个确定的方向的光叫平面偏振光，亦称线偏振光。

1 线偏振光：光波中的光矢量(E)只沿单一方向振动的光称作线偏振光 (linear

polarized light)。

2 振动面：由光矢量的振动方向和光的传播方向组成的面。

若光矢量在振动面内，则线偏振光又称平面偏振光。

3 线偏振光的分解：

线偏振光的光振动可沿两个相互垂直的方向分解。

Ex = E cos

Ey = E sin

依赖于x, y方向的选取。

4 线偏振光的表示法

·

面对光的传播方向看 E 播 传 方 向

振 动 面 x

o

(a)

(b)

线偏振光的振动方向

E Ey

Ex y

x 

o

线偏振光的分解

· · · · ·

光振动垂直板面

线偏振光的表示法 光振动平行板面

二、自然光(非偏振光)

1 普通光源发光的是自然光

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第十章 波动光学

第一次课： 2学时

1 题目： §10.1 电磁波 光的电磁本性

§10.2 相干光

2 目的：

1 了解电磁场和电磁波的一般概念。了解电磁波的性质及电磁波谱。

2 了解获得相干光的方法。

一、引入课题：

人们对光（这里主要指可见光）的规律和本性的认识经历了漫长的过程。最早也是最容易观察到达规律是光的直线传播。在机械观的基础上，人们认为光是一些微粒组成的，光线就是这些微粒的运动路径。但人们已觉察到许多光现象可能需要用波动来解释，如牛顿环。与牛顿同时代的惠更斯明确提出光是一种波动，直到进入19世纪，才由托马斯.杨和菲涅尔从实验和理论上建立起一套比较完整的光的波动理论。19世纪中叶光的电磁理论的建立使人们对光波的认识更深入了一步，19世纪末麦克耳孙的实验及爱因斯坦的相对论更完善了光的波动理论。本书关于光的波动规律基本上还是近200年前托马斯.杨和菲涅尔的理论。但许多应用实例是现代化的。正确的基本理论是不会过时的，而且它的应用将随时代的前进而不断翻新，现代的许多高新技术中的精密测量与控制就应用了光的干涉和衍射原理。激光的发明也是40年前的事情。人们对光的理论的认识也没有停止，20世纪初从理论和实验上证实了光具有粒子性，波动光学本身也在不断发展，光孤子就是一例。

本章主要光的波动理论及一些应用。

二、讲授新课：

§ 10.1 电磁波 光的电磁本性

一、麦克斯韦方程组

麦克斯韦于1865年首先将电场和磁场的各种基本规律归纳为一组基本方程，现在称之为麦克斯韦方程组。

1．静电场的高斯定理

静电场是有源场

2 静电场的环路定理

静电场是保守场

3 磁场的高斯定理

磁场是无源场

4 磁场的环路定理

磁场是非保守场

5 变化的磁场产生电场

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第十章 波动光学

§10.2 相干光

一、光源的发光特性

光源(light source)的最基本发光单元是分子、原子。

1 普通光源：自发辐射

波列：一个原子每一次发光只能发出一段长度有限、频率一定和振动方向一定的光波，这一段光称为一个波列。这一跃迁过程所经历的时间很短，约为10-8s。

一个原子发光是间歇的，不同原子发光是独立的

独立指前后发光间隔、频率、相位关系、振动方向和传播方向均独立。普通光由光源中许多原子发出的相互独立的波列组成。

2 激光光源：受激辐射 原子能级及发光跃迁 基态 激发态 nE自发辐射 P 2 1 发光时间 ～10-8秒

 = (E2-E1)/h

E1 E2 能级跃迁辐射 波列

波列长L =  c

辐射跃迁与波列

跃迁

激光发出的波列完全相同。

3 光矢量

光一般指的是电磁波谱中可见光区域的电磁波；可见光波长范围：076－0.40m。光密介质和光疏介质是由折射率划分的。

电场强度E和磁场强度H的同步振动构成了电磁波。电磁波中能引起视觉和使感光材料感光的原因主要是振动着的电场E。所以将我们关心的电场振动称为光振动，场强称为光矢量。若两束光的光矢量满足相干条件，则它们是相干光，相应的光源叫相干光源。

二、相干和非相干叠加

光波方程（波函数）

式中：

E——任意时刻的电振动位移 Ф0——初相位

E0——电振动振幅 λ——光波波长

ω——圆频率 r——讨论点到原点距离

上式对应的光波是理想的平面简谐波，是一个无限长的余弦波。

光波的光强：光强即光波的能流密度

即

同频率的两列光波叠加

合振幅

E10E20E012  = (E2-E1)/h

学而思网校

1 2013-2014学年度物理中考二轮复习专题卷-光学综合专题

学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题()

1、下列说法不正确的是（ ）

A．只有红色的物体才会发出红外线

B．红外线具有热效应

C．紫外线最显著的性质是它能使荧光物质发光

D．过量的紫外线照射对人体有害

2、如右图所示，A为信号源，B为接收器，A、B间有一真空区域。当信号源A分别发射出次声波、可见光、红外线和紫外线信号时，接收器B不能接收到的信号是：（ ）

A．可见光 B．红外线 C．次声波 D．紫外线

3、红外线和紫外线的应用非常广泛。下列仪器中，属于利用紫外线工作的是（ ）

A．电视遥控器 B．医用“B超”机

C．验钞机 D．夜视仪

4、下列关于图中所示光学现象的描述或解释正确的是：

A．图甲中，小孔成的是倒立的虚像，是光的直线传播的应用

B．图乙中，人配戴的凹透镜可以矫正近视眼，是利用了凹透镜的会聚的作用

C．图丙中，太阳光通过三棱镜会分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光

D．图丁中，漫反射的光线杂乱无章不遵循光的反射定律

5、如图所示，对下列光学现象的描述或解释，正确的是( )

A．“手影”是由光的折射形成的 学而思网校

2 B．“海市蜃楼”是由光的反射形成的

C．小女孩在平而镜中看到的是自己的虚像

D．在漫反射中，不是每条光线都遵循光的反射定律

6、如图所示是十字路口处安装的监控摄像头，它可以拍下违章行驶的汽车照片，A、B是一辆汽车经过十字路口时，先后拍下的两张照片，下列说法正确的是（ ）

A．摄像头成像的原理与电影放映机原理相同

B．可以看出汽车此时是靠近摄像头

C．照片中车的外表很清晰，但几乎看不见车内的人，这是因为车内没有光