物理学17(干涉1)汇.ppt

1 光学的三个分支: 1、几何光学---光的微粒说(代表人物:牛顿) 认为光是从发光体发出的微粒流,沿直线传播。用几何的方法研究光学系统的成像规律。 2、波动光学--波动说(代表人物:惠更斯、菲涅耳等) 认为光是在以太中传播的电磁波。研究光的干涉、衍射、偏振等现象及其规律。 3、量子光学--量子说(代表人物:爱因斯坦等) 认为光是具有一定能量和动量的光量子(光子)。研究光的发生、光与物质相互作用的规律。 2第十二章光的干涉我开了两盏灯,为什么没看见干涉条纹? 干涉是有条件的! 频率相同、振动方向相同、位相差恒定。相干条件: 干涉现象是波动的重要特征之一; 日常生活中很难观察到光的干涉现象? 两束光波在空间相遇,形成稳定的明暗条纹分布的现象叫光的干涉现象。▲光的干涉现象: 杨氏双逢干涉实验 3 一、获得相干光的方法可见光(400 -760 nm )是原子的能量状态发生改变时发出的。原子的能量只能具有一些离散值,称为原子的能级。最简单的原子---氢原子的能级如图: eV E6. 13 1?? eV 2?? eV 3?? 0??EE 1…基态 E 2、E 3、…激发态原子吸收外界能量从低能态跃迁到高能态处于激发态的原子是不稳定的,自发的跃迁到较低的能态;原子从高能态跃迁到低能态时辐射一列光波近代物理学认为: 1、光源发光的微观机制 4 每一次发光是一有限长度的具有一定频率和振动方向的一个波列。(基态) n=1 n=2 n=3 n=4 1? 2?(1)两次发出的光子频率不同。(2)两次发出的光子即使频率相同, 振动方向不同。 1、同一原子先后发出的两列波,不满足相干条件; 2、同一光源两个原子发出的两列波,不满足相干条件; 3、两个独立的光源发出的两列波,不满足相干条件。结论: 5 2、获得相干光的方法将一个原子发出的一个波列,设法分成两部分,再将他们叠加起来。基本原理: 分波面法将同一波列的波面分成两部分, 1、2两束光满足相干条件。 S 12 分振幅法反I透I 入I透反入III??将同一波列入射在两种媒质的分界面上形成反射和折射两束光(分振幅A), 入射光和反射光满足相干条件。 6 二、杨氏双缝干涉实验双缝干涉是历史上第一次观察到的光的干涉现象的实验。该实验标志着光的波动说的开端。早期装置改进装置托马斯托马斯- - 杨杨( (英英) ) 1773-1829 1773-1829 7 S 1s 2sD xo 1、实验现象条件 Dd ??Dx ?? 1r2r P d单色平行光 8 2、明暗纹条件 S 1 S 2 是同一波面上的两个子波源,满足相干条件。 20 10???两列相干波在 P 点相干叠加, P 点的光强决定于两列波到达 P 点的位相差。)rr( 2 12 20 10?????????? 12rr????????????,2,1,0k明条纹(加强) ?????,3,2,1k暗条纹(减弱) 1s 2sD xo 1r 2r ?P s波程差?k?2 )1k2( ???????加强减弱?k2??)1k2(??9 3、明暗纹位置 2d D)1k2( ????????,2,1,0k明条纹中心位置?????,3,2,1k暗条纹中心位置相邻条纹中心间距 k1kxxx?????d Dk??d Dx??????? xd D o 1r2r ?x 1s2s ?? sin d??? tgDx?? sin D?d D? 10 4、双缝干涉条纹特点 1、条纹间距---- 明条纹间距= 暗条纹间距明暗条纹交替均匀分布,对称分布在中央明条纹( 0 级明条纹)两侧 4、???x3、 d 1x??5、 Dx?? 2、条纹分布: ??d Dx?