(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振
1 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(pk)，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
(,,)0QPnxyzds
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:
222010201020212cos()rrEEEEE
1020212cos()rrEE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:
1212212cos()rrIIIII (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()0rrIII
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。
用惠更斯原理解释波的传播规律
根据惠更斯原理，波在传播过程中通过衍射和干涉现象展现出特定的传播规律。惠更斯原理是由法国物理学家惠更斯在18世纪提出的。
惠更斯原理认为，波在传播过程中会扩展成以波前为起点的大量次级波。这些次级波会沿着最短路径传播，即光在传播过程中会沿直线传播。这样波就可以沿着传播路径传送能量。
当波前遇到一个障碍物时，波会弯曲沿着边缘传播。这种现象称为衍射。衍射使得波能够围绕障碍物传播，从而达到空间中其他区域。
在波的传播过程中，当两个或多个波相交时，它们会相互干涉。根据干涉现象的性质，有可能会加强或削弱波的振幅，形成波纹或波峰的叠加。
惠更斯原理可以解释光的传播，特别是光的衍射和干涉。它提供了一种理论基础，以解释波如何在空间中展开，并影响光在传播过程中的行为。
利用惠更斯原理可以解释波的传播规律，包括直线传播、衍射和干涉现象。这个原理为我们理解波的传播提供了重要的理论基础。
光的衍射发展史
摘要：光的衍射是光的波动性的重要标志之一，从衍射的发现到衍射的应用经历了几百年的时间，期间花费许多科学家的心血，他们发挥了惊人的智慧，为光学的发展作出了巨大贡献。
关键词：【干涉现象】【发现】【惠更斯-菲涅耳原理】【应用】【发展】
【原因】
背景：
光的衍射是光的波动性的重要标志之一，光在传播过程中所呈现的衍射现象，进一步揭示了光的波动本性。同时衍射也是讨论现代光学问题的基础。 波在传播中表现出衍射现象，既不沿直线传播而向各方向绕射的现象。
论述：
1.光的干涉现象
光的干涉现象是几束光相互叠加的结果。实际上即使是单独的一束光投射在屏上，经过精密的观察，也有明暗条纹花样出现。例如把杨氏干涉实验装置中光阑上两个小孔之一遮蔽，使点光源发出的光通过单孔照射到屏上，仔细观察时，可看到屏上的明亮区域比根据光的直线传播所估计的要大得多，而且还出现明暗不均匀分布的照度。光通过狭缝，甚至经过任何物体的边缘，在不同程度上都有类似的情况。把一条金属细线（作为对光的障碍物）放在屏的前面，在影的中央应该是最暗的地方，实际观察到的却是亮的，这种光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫做光的衍射。
光的衍射现象的发现，与光的直线传播现象表现上是矛盾的，如果不能以波动观点对这两点作统一的解释，就难以确立光的波动性概念。事实上，机械波也有直线传播的现象。超声波就具有明显的方向性。普通声波遇到巨大的障碍物时，也会投射清楚的影子，例如在高大墙壁后面就听不到前面的的声响。在海港防波堤里面，巨大的海浪也不能到达。微波一般也同样是以直线传播的。衍射现象的出现与否，主要决定于障碍物线度和波长大小的对比。只有在障碍物线度和波长可以比拟时，衍射现象才明显的表现出来。声波的波长可达几十米，无线电波的波长可达几百米，它们遇到的障碍物通常总远小于波长，因而在传播途中可以绕过这些障碍物，到达不同的角度。一旦遇到巨大的障碍物时，直线传播才比较明显。超声波的波长数量级小的只有几毫米，微波波长的数量级也与此类似，通常遇到的障碍物都远较此为大，因而它们一般都可以看作是直线传播。
第4节 波的衍射和干涉
【测控导航】
考点 题号
1.衍射现象及发生明显衍射的条件 1、2、3、7
2.对干涉现象的理解 5
3.振动加强点和减弱点的判断 6、9、10
4.波的叠加 4、8
1.下列事实属于明显的衍射现象的是( AC )
A.池塘里的水波,遇到突出水面的小石块,小石块对波的传播没有影响
B.水波前进方向上有一障碍物,其后面没有水波传播过去
C.水波前进方向上有一带孔的屏,水波通过小孔传播到屏后的区域
D.板胡的声音比弦声更响
解析:波绕过障碍物(或小孔)继续传播的现象叫衍射现象,故A、C选项正确;因为水波没有绕过障碍物,所以B选项错误;声音是否响亮不是波的衍射所决定的,故D错.
2.一位学生坐在教室内朗读课文,一位在楼道里走动的人虽不见读书人却听到了读书声,其主要原因是( C )
A.教室的墙壁能传播声波 B.教室的墙壁能反射声波
C.发生了声波的衍射现象 D.发生了声波的干涉现象 解析:“闻其声不见其人”是波的衍射现象,C正确.
3.在水波槽的衍射现象中,若打击水面的振子振动频率是5 Hz,水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s,为观察到显著的衍射现象,小孔直径d应为( D )
A.10 cm B.5 cm
C.d>1 cm D.d<1 cm
解析:在水波槽中激发的水波波长为:λ== m=0.01 m=1 cm,若要产生显著的衍射现象,可取小孔的直径小于波长.
4.(2014甘肃会宁五中期中检测)如图所示,为两个相干波源产生的干涉图样,以下说法正确的是( AD
)
A.b点振动减弱,d点振动减弱
B.a点振动加强,c点振动减弱
C.经过时间t=T/2后,a点振动减弱,c点振动加强
D.经过时间t=T/2后,a点振动加强,c点振动加强
解析:由图可知,b点、d点为振动减弱点,a点和c点为振动加强点,选项A正确,B错误;振动加强点的振动始终加强,振动减弱点的振动始终减弱,选项C错误,D正确.
