(清华大学课件)波动光学2

２．为什么每个周期的元素为２，８，８，１８， １８…
３．为什么有过渡族元素和稀土元素？
这些问题都必须从原子结构去了解．只有对原 子结构有了彻底的认识，才能从本质上认识元素周 期表。
四、 课堂小结
元素周期表的排布原则 元素性质的周期性变化
五、布置作业
1. 小论文：元素周期表对发现新元素有何作用？ 2. 预习下一节，思考 3. （1）一个电子的状态需由几个量子数确定？如
• 三．各元素的原子壳层结构 • 1．第一周期：从n=1的K壳层填起。 • 2．第二周期：从n=2的L壳层填起。 • 3．第三周期：从n=3的M壳层填起。
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特点
１．按周期表排列的元素，原子序数＝核外电子数 ＝质子数或原子核的电荷数。
２．共有七个周期，每个周期元素２、８、８、 １8、１８、３２、２8。
３．有过度族元素和稀土元素。
４．竖的称为列或族，有８左下部大半是金属，右上半部分是非金属。
何确定电子状态的量子数？ 4. （2） 泡利不相容原理与能量最低原理的物理意
义。
§7.2 元素周期表
• 一．元素周期表 • 将元素按核电荷数的大小排列起来，其物理、化学性
质将出现明显的周期性。 • 同族元素的性质基本相同。 • 玻尔：原子内的电子按一定的壳层排列，每一壳层内
的电子都有相同的主量子数，每一个新的周期是从电 子填充新的主壳层开始，元素的物理、化学性质取决 于原子最外层的电子即价电子的数目。 • 二．电子填充壳层结构的原则 • 1．泡利不相容原理：在一个原子中，不可能有两个或 两个以上的电子具有完全相同的状态(完全相同的四个 量子数)。 • 2．能量最小原理：电子按能量由低到高的次序填充各 壳层。

r x x0 2 y y0 2 z z0 2
发散柱面波波函数：
会聚柱面波波函数：
结论：平面波可以看成是构成空间任何复杂波动的基元波。
1 波动光学基础
1.2 光波的函数表述
1.2.4.波前与波面
• １.波前函数
•
广义波前：光波场内任意考察面（平面、曲面）。
•
波前函数：光波场内任意考察面（平面、曲面）上的复振幅分布函数。
S (b) 球面波
θ θθ
图10-10只考虑平面上的复振幅分布时，共轭波有两个
•
若考虑某一平面的复振幅分布，则产生其共轭复振幅
的共轭波有两个。
•例：传播方向平行于xoz平面，且与z轴夹角为θ的平面波在z=0平面上 波前函数的共轭波前函数．
1 波动光学基础
1.2 光波的函数表述
作业三：入射光波是圆频率为ω的平面波
•和
E
E0
cos
k
r t
H H0 cos k r t
E
E0
cos
kr
t
H
r H0
cos kr t
r
• 其中：
•
k 和ω分别为波的空间角频率和时间角频率(又称
•
圆频率)。
E0 , H0
E0 , H0 rr
称为振动的振幅矢量; 把上式中余弦
函数的宗量称为振动的相位。
1 波动光学基础
• 真空中光速
C 1 2.99792 108 m / s
0 0
• 介质中光速
C C rr n
• 介质折射率
n rr
• 对光学波段，近似有 r 1 ，故 n εr
•
折射率是随光波的频率改变的．

一束光分解为振动面垂直的两束光。
S2
E
2、杨氏双缝干涉实验装置
1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个 波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现 象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了 光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。
3、双缝干涉的光程差
两光波在P点的光程差为 = r2-r1
?人的眼睛不能区分自然光与偏振光用于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器2偏振片是一种人工膜片对不同方向的光振动有选择吸收的性能从而使膜片中有一个特殊的方向当一束自然光射到膜片上时与此方向垂直的光振动分量完全被吸收只让平行于该方向的光振动分量通过即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件叫做偏振片
绪言
一、光学的研究内容 二、光的两种学说
薄膜干涉属于分振幅法
1、等倾干涉：
实验装置
在空气（或真空）中放入上
下表面平行，厚度为 e 的均 匀介质 n
光a与光 b的光程差为：
n(AB BC) (AD / 2)
光a有半波损失。
a
iD
b
n
A r
C e
B
由折射定律和几何关系可得出：
sin i nsin
AD ACsin i AC 2e tan n AB BC e / cos 代入 n(AB BC) (AD / 2)
光的干涉和衍射现象表明了光的波动性， 而光的偏振现象则显示了光是横波。光波作为 一种电磁波也包含两种矢量的振动，即电矢量 E和磁矢量H，引起感光作用和生理作用的是其 中的电矢量E，所以通常把E矢量称为光矢量， 把E振动称为光振动。
§8－1 光波及其相干条件
一、光波
1．光波的概念：

条纹在接收 屏上的位置
暗纹中心 明纹中心
xk
=
kfλ
a
x
k+1=
(
k
+1) a
f
λ
Δ x = x k+1
x
k
=
fλ
a
其它各级明条纹的宽度为中央明条纹宽度的一半。 14
17.3.1 单缝夫琅禾费衍射
明纹
条纹在屏幕上的位置与波长成正比，如果用白光做光源，中央为 白色明条纹，其两侧各级都为彩色条纹。该衍射图样称为衍射光谱。
δφ
20
s1* s2*
17.3.2圆孔夫琅禾费衍射
D 0
在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角度，
称为最小分辨角0 。
圆孔衍射的第一级极小值由下式给出：
最小分辨角为：
21
17.3.2圆孔夫琅禾费衍射
1
最小分辨角的倒数 称为光学仪器的分辨率R
0
1
D
=
θ 0 1.22 λ
由式
看出缝越窄（ a 越小），条纹
分散的越开，衍射现象越明显；反之，条纹向中央靠拢。
当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹，这就是透镜所形成线光源的象。 显示了光的直线传播的性质。
结论
几何光学是波动光学
时的极限情况。
当 a大于 ，又不大很多时会出现明显的衍射现象
例题17-8 15
17.3.1 单缝夫琅禾费衍射
障碍物
中央明区集中了衍射光能的
接收屏
第一暗环对应的衍射角 称为艾里斑的角半径 （它标志着衍射的程度）
理论计算得：
式中
17
为圆孔的直径，
17.3.2圆孔夫琅禾费衍射
若透镜L2焦距为 f, 艾里斑的线半径为：