物理竞赛-光学.ppt

中心点的明暗程度介于明纹与暗纹之间。各级明环的油膜厚度为： 2)当油膜继续扩展时，油膜厚度不断减小，最外圈的明环半径不断扩大，明环的数目不断减少，间距增大。中心点由半明半暗向暗、明、暗、明……连续交替变化，直至整个油膜呈现一片明亮区域。 * 天津农学院机电系机械教研室 例 一油轮漏出的油(折射率n1=1.20)污染了某海域, 在海水(n2=1.30)表面形成一层薄薄的油污。 (1)如果太阳正位于海域上空，一直升飞机的驾驶员从机上向正下方观察，他所正对的油层厚度为460 nm,则他将观察到油层呈什么颜色? (2)如果一潜水员潜入该区域水下，并向正上方观察，又将看到油层呈什么颜色？ * 天津农学院机电系机械教研室 波长（nm） 颜色 ～400 紫外光 400～435 紫光 435～480 蓝光 480～490 铜绿色光 490～500 蓝绿色光 500～560 绿光 560～580 黄绿色光 580～595 黄光 595～610 酸橙色光 610～750 红光 750～ 红外线 * 天津农学院机电系机械教研室 解 (1) 绿色 已知 n1=1.20 n2=1.30 d=460nm (1) 驾驶员观察到油层呈什么颜色? (2) 潜水员看到油层呈什么颜色？ * 天津农学院机电系机械教研室 (2)透射光程差 红光 紫光 紫红色 一水平放置、折射率为1.50的玻璃片上面有一小滴折射率为1.36的油。油滴会缓慢地摊展成中央厚边缘薄的圆形膜，在太阳光下借助读数显微镜从正上方观察。试问：（1）摊展过程中边缘、内部干涉条纹如何移动？内部干涉条纹数目、间距如何变化？（2）边缘明暗程度如何，呈什么颜色？（3）当中央膜厚为0.476微米时，中心呈什么颜色？（2012天津物理竞赛试题） 某透明物质对空气的全反射临界角是450，问：(1) 此物质折射率？(2) 此物质起偏角？(3) 当光从透明物质内射向分界面时起偏角又是多少？(4) 有一束光强为I0、振动方向在入射面内的线偏光以布儒斯特角（入射角）投向该透明物质，反射光、折射光的光强各为多少？（忽略吸收）（2012天津物理竞赛试题） * * * * 天津农学院机电系机械教研室 一 圆孔衍射 艾里斑 ：艾里斑半径 圆孔衍射 光学仪器的分辨率 艾里斑半角宽度 明暗相间同心圆环 * 天津农学院机电系机械教研室 艾里斑半径 艾里斑半角宽度 * 天津农学院机电系机械教研室 瑞利准则 第一个爱里斑边沿与第二个爱里斑中心重合 —— 恰能分辨 二、 光学仪器分辨率 物镜 ~ 圆孔 物点的象 ~ 衍射图样 (爱里斑) * 天津农学院机电系机械教研室 二 瑞利判据 恰能分辨 不能分辨 能分辨 第一个爱里斑边沿与第二个爱里斑中心重合 —— 恰能分辨。 * 天津农学院机电系机械教研室 例 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问 (1)人眼的最小分辨角有多大？ (2)若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？ 解 (1) (2) * 天津农学院机电系机械教研室 缝宽 a 挡光部分 b 光栅常数 d=a+b 刻痕，遮光 未刻，缝，透光 光栅： 平行、等宽、等间距的多狭缝 透射光栅: 刻痕玻璃 衍射光栅 * 天津农学院机电系机械教研室 r1 r2 ? dsin? ? P x o d S S1 S2 单缝 d’ 光栅多缝干涉 衍射角 任意相邻两缝光线 干涉加强 光栅为明的条件 * 天津农学院机电系机械教研室 缺级条件： k 级主明纹消失（缺级） 缺级： 干涉主极大处，恰好是单缝衍射暗纹处 光栅干涉极大： 单缝衍射极小： 干涉 衍射 * 天津农学院机电系机械教研室 如： * 天津农学院机电系机械教研室 光栅的分辨本领 光谱的分辨本领是指把波长靠得很近的两条谱线分辨清楚的本领。其定义为： 其中 例(第19届): 某光栅的光栅常数d=10－3cm, 每个透光缝的宽度a = d/3。 (1)以?＝600.0nm单色平行光正入射,透过光栅后,最多能观察到多少条谱线？ (2)以?1＝589.0nm和?2＝589.6nm复合平行光正入射, 透过光栅后,恰能分辨这两个波长的二级谱线, 试问此光栅有多少条刻缝？ 解: (1)由光栅方程 d·sin? = k? 得 由缺级条件: d/a =3, 可知k=±3, ±6, ……,±15为缺级 则最多可见到的谱线条数为 (2?16+1)－10＝23 (19) (2)由光栅的分辨本领(k级谱线分辨本领与光栅刻缝 数N的关系)：