《大学物理学》课程教学资源（PPT课件）第12章 光的干涉

第12章光的干涉S12-1光源光的相干性s12-2杨氏双缝干涉实验S12-3光程与光程差s12-4薄膜干涉s12-5劈尖干涉牛顿环S12-6迈克耳逊千涉仪幸日录节回录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 第12章 光的干涉 §12-1 光源 光的相干性 §12-2 杨氏双缝干涉实验 §12-3 光程与光程差 §12-4 薄膜干涉 §12-5 劈尖干涉 牛顿环 §12-6 迈克耳逊干涉仪

S12-1光源光的相干性光源：凡能发光的物体称为光源1、光源的发光机理发光过程是原子的外层电子进行能级跃迁的过程。E2Sr>L>>LV=(E,-E)/hFE,V=(E,-E,)/ h受激辐射自发辐射位相、频率、振动方向与入射光相同，具有相干性间歇性，独立性=》不相于>SI>>不相干-不相干节回录章日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-1 光源 光的相干性 一、光源：凡能发光的物体称为光源 1、光源的发光机理 自发辐射 发光过程是原子的外层电子进行能级跃迁的过程。 间歇性，独立性 =〉不相干 位相、频率、振动方向与入射光相同，具有相干性 E2 E1 E E h 2 1  = − ( )/ 受激辐射 不相干 不相干 E2 E1 E E h 2 1  = − ( )/

S12-1光源光的相干性2、光的颜色与光谱光是一种电磁波，例如平面简谐电磁波：2元r) + @。1E = Ecos[(2元Vt元光强：不同的振幅引起不同的强度感觉IαE2相对强度I=E?颜色：不同频率引起不同的颜色感觉。红紫橙黄青兰绿频3.§盛7.74.75.05.56.36.76.9波长×10"Hznm760622597577492450435390章日录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-1 光源 光的相干性 2、光的颜色与光谱 ) ] 2π 0 cos[(2π 0  E = E t − r + 光是一种电磁波，例如平面简谐电磁波： 光强：不同的振幅引起不同的强度感觉 颜色：不同频率引起不同的颜色感觉。 I E2  0 I E2 = 0 相对强度 红 橙 黄 绿 青 兰 紫 频 3.9 4.7 5.0 5.5 6.3 6.7 6.9 7.7 率 Hz 14 波 10 长nm760 622 597 577 492 450 435 390

S12-1光源光的相干性3、光的单色性单色光：指具有确定的单一频率的光10光单色性的度量：谱线宽度21一束光，设其中心强度为1.处的波长为入，则光强下2降到I/2处所对应的两点处的波长差△入称之为谱线宽度。04aAa2a+22光的相干性1、相干条件：频率相同、振动方向相同、位相差恒定从波的相干性到光的相干性：A2 = A + A2 +2A1A2 cos4 I c A2I=11+12+2/1112cos4g幸日录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-1 光源 光的相干性 3、光的单色性 单色光：指具有确定的单一频率的光 光单色性的度量：谱线宽度 I 0 2 I 0  2   + 2   − O 一束光，设其中心强度为I0处的波长为λ，则光强下 降到I0 /2 处所对应的两点处的波长差Δλ称之为谱线宽度。 二、光的相干性 1、相干条件：频率相同、振动方向相同、位相差恒定 2 1 2 cos 2 2 2 1 2 A = A + A + A A 从波的相干性到光的相干性： 2 I  A I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos

S12-1光源光的相干性1）非相于叠加：即使频率相同、振动方向相同I=11+12+2/1112cos△pdt=1+I22）相干叠加：频率相同、振动方向、位相差恒定1=11+12+2/1112cos4p普通光源与单色光源发出的光都不满足相于条件。2、相干光的获得方法：分波面：杨氏双缝干涉，菲涅耳双棱镜，洛埃镜分振幅：薄膜干涉（劈尖干涉，牛顿环）>SS>相干相干>SS?幸日录节回录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-1 光源 光的相干性 1）非相干叠加：即使频率相同、振动方向相同 2）相干叠加：频率相同、振动方向、位相差恒定 普通光源与单色光源发出的光都不满足相干条件。 1 2 0 1 2 1 2 cos 1 I = I + I + 2 I I d t = I + I     I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos 方法：分波面：杨氏双缝干涉，菲涅耳双棱镜，洛埃镜 分振幅：薄膜干涉（劈尖干涉，牛顿环） 2、相干光的获得 相 干 相 干

812-2杨氏双缝干涉实验1801年，英国人托马斯·杨首次从实验获得了两列相于的光波，观察到了光的于涉现象，是士大最美物理实验之北画！托马斯·杨双缝干涉实验·杨：1801年完成千溢倾环，精密测量光波长：1803年解释释牛牛顿校镀实验卡文迪许扭秤测量方有力下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-2 杨氏双缝干涉实验 1801年，英国人托马斯杨首次从实验获得了两列相干的光波，观察到了光的干涉现象， 是十大最美物理实验之一。 杨氏双缝用于电子干涉 托马斯·杨双缝干涉实验 托马斯·杨：1801年完成干涉实验，解释牛顿环，精密测量光波长；1803年解释 了衍射现象。 著作《自然哲学讲义》

812-2杨氏双缝干涉实验装置与现象观测屏光源单缝双缝分波面法获得相干光干涉现象：在屏幕上出现明暗相间的、平行于缝的条纹。节日录章日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-2 杨氏双缝干涉实验 一、装置与现象 光 源 单缝 双缝 观 测 屏 分波面法获得相干光 干涉现象：在屏幕上出现明暗相间的、平行于缝的条纹

812-2杨氏双缝干涉实验定量分析cos△Φ = 1相干相长，明条纹I =1+12+2/1112 cos4pcos△Φ =-1相干相消，暗条纹2元明条纹2k元Ap= (Φ20 -P10) +(rz-n)1=0[(2k +1)元暗条纹波程差Tris.Ix12DD>>d波程差：r-r~S,C=dsinの~dtanの=dD章日录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-2 杨氏双缝干涉实验 二、定量分析 I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos cos 1  =  cos 1  = −  相干相长，明条纹 相干相消，暗条纹 ( ) 2 = ( 20 − 10) + r 2 − r 1      0 波程差   d D D d  x P O S S1 S2 C 1 r 2 r 波程差： 2 1 2 sin tan x r r S C d d d D −  =  =   2 (2 1) k k    =   + 明条纹 暗条纹

812-2杨氏双缝干涉实验1、明暗条纹的条件元(k=0,1,2)明纹r2r1=±2k相长条件2元(k= 1,2,3,.)暗纹r2 -ri=(2k-1)相消条件2xr-i=d明暗纹位置：波程差：DdD2x=kx=ka少第k级明纹位置Ddd元D元第k级暗纹位置x=(2k-1)x=(2k-1)ID22dD两相邻明（暗）纹间距：4x=xk+1-xk=dAx与k无关，条纹等间距分布。幸日录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-2 杨氏双缝干涉实验 1、明暗条纹的条件 相长条件 2 2 1 2  r − r =  k (k = 0,1,2,.)明纹 2 2 1 (2 1)  相消条件 r − r = k − (k = 1,2,3,.)暗纹 明暗纹位置： 波程差： D x r 2 − r 1 = d   d D x k x k D d =  =  两相邻明（暗）纹间距：   d D x = xk+1 − xk = 2 (2 1) 2 (2 1)   = −  = −  d D x k x k D d 第k级明纹位置 第k级暗纹位置 x与k无关，条纹等间距分布

812-2杨氏双缝干涉实验讨论：(1)波长、缝间距、缝屏距的影响波长越长，干涉越显著D缝间距越小，干涉越显著元4x =d屏越远，干涉越显著白光入射节口录章日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §12-2 杨氏双缝干涉实验 波长越长，干涉越显著 缝间距越小，干涉越显著 屏越远，干涉越显著   d D x = 讨论：（1）波长、缝间距、缝屏距的影响 S S1 S2 白 光 入 射