3.10 干涉.ppt

* * 10.1 波的叠加与干涉 10.2 分波阵面干涉 10.3 光程与光程差 10.4 分振幅干涉 10.5 驻波 教学内容: 第10章 波的干涉 1 理解波的相干条件及获得相干光的方法，能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件. 2 掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变. 3 能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置. 4 了解迈克耳孙干涉仪的工作原理. 教学基本要求: 振动合成 设一质点同时参与如下两振动： 可用三角函数法、 旋转矢量法 求合振动。 沿同一直线的两个简谐振动的合成 回顾 利用旋转矢量法求合振动 两个同方向同频率简谐运动合成后仍为简谐运动，角频率不变 ω 1）相位差 讨论 2）相位差 3）一般情况 1）相位差 相互加强 2）相位差 相互削弱 1)几列波相遇后仍保持它们原有的特性（频率、波长、振幅、传播方向）不变，互不干扰。 2)在相遇区域内任一点的振动为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。 x y 一般而言，波的叠加较复杂 10.1 波的叠加与干涉 1. 波的叠加 2. 波的干涉 频率相同、振动方向相同、有恒定的相位差的两列波相遇时，使某些地方振动始终加强，或始终减弱的现象。 相干波条件 1)两列波振动方向相同； 2)两列波频率相同； 3)两列波有稳定的相位差。 满足这三个条件的两列波称为相干波 ? 干涉加强、减弱条件 为同方向同频率振动合成。 有两个相干波源S1及S2，其振动方程为 当此两列波发出的波在空间P点相遇时，两列波在P点引起的振动表达式分别为： 1)加强条件 当 时，波程差为 当波程差为波长的整数倍时加强。 合振幅为 2)减弱条件 当 时，波程差为 当波程差为半波长的奇数倍时减弱 干涉现象的强度分布 由于波的强度正比于振幅的平方，而 所以两列波叠加后的强度为： 叠加后波的强度随着两列相干波在空间各点所引起的振动相位差的不同而不同。当I1=I2时，有： 机械波易做到，光波不易满足。 原因：与光源发光机制有关 原子能级跃迁产生光波列 波列长度 ；大致 ； 偏振 光源中许多原子、分子能级跃迁各自独立，产生的 光波在频率、振动方向、位相上各不相同，故两个独立 光源产生的光不是相干光（如两盏灯） 3. 相干波的获得 振动方向相同、频率相同、相位差恒定是两列波能够相干的必要条件。 光是电磁波。可见光波长 ?获得相干光的方法 原则：将一波列光分成两束，经不同路径后相遇，产生干涉 （1）分波振面法 洛埃镜干涉 暗点 （半波损失 ） 双缝干涉 p S * （2）分振幅法 透明薄膜 丰富多彩的干涉现象 水膜在白光下 白光下的肥皂膜 蝉翅在阳光下 蜻蜓翅膀在阳光下 白光下的油膜 肥皂泡玩过吗? 测油膜厚度 平晶间空气隙干涉条纹 等倾条纹 牛顿环(等厚条纹) 例10.1 设S1、S2为两个相干波源，两者相距四分之一波长，如图所示。S1比S2的相位超前?/2。若两列波在S1、S2连线方向上的强度相同，且不随距离变化，求在S1、S2连线上 (1) S2右侧各点的合成波的强度如何？ (2) S1左侧各点的合成波的强度如何？ 解：（1） 设S2右侧任一点P与S2的距离为x，则r2=x, r1=x+?/4;而两波源的相位差为 ?2-?1=-?/2，所以这两列波在P点引起的振动的相位差为 所以S2右侧各点的干涉加强，其合振幅恒为A=2A0。因为波的强度I?A2,所以合成波的强度I=4I1。 所以S1左侧各点的干涉相消，其合振幅恒为0,所以合成波的强度也为0。 （2） 设S1左侧任一点Q与S1的距离为x，同样的方法可求得这两列波在P点引起的振动的相位差为 杨氏在1801年首先用实验的方法研究了光的干涉现象，为光的波动理论确定了实验基础。 10.2 分波阵面干涉 r1 r2 S1 S2 S 纵截面图 特点：等间距、亮暗相间条纹 1.杨氏双缝干涉 屏上出现与缝平行的明暗相间条纹 1) 现象： 2) 明暗条纹位置分布 加强（明纹、极大） 减弱（暗纹、极小） 点波程差： δ o 中央明纹 明纹 暗纹 x d D δ o 明纹 暗纹 3) 条纹间距 a.相邻明纹间距： b.相邻暗纹间距：