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光学
基态
激发态
普通光源的发光机制:
实 验 装 置
杨氏双缝干涉实验:
减弱
加强
条纹间距
若 变化,则 将怎样变化?
一双缝实验中两缝间距为0.15mm,在0.1m处测得两条5级暗纹之间的距离为3.6mm,求所用单色光的波长。若改用450nm波长的单色光照射,在距屏幕中心1.05mm处会出现第几级条纹?
例1:
两条5级暗纹之间的距离为9个条纹宽度
出现四级暗纹
一双缝实验中两缝间距为0.15mm,在0.1m处测得第1级和第10级暗纹之间的距离为36mm,求所用单色光的波长。
练习11:
用白光光源进行双缝实验,用纯红色滤光片遮盖一条缝,纯蓝色滤光片遮盖另一条缝;
思考:
进行下列操作,双缝干涉条纹将怎样变化?
将整套装置浸入水中;
无干涉现象
用声波代替光波;
用两根灯丝代替双缝;
无干涉现象
无干涉现象
条纹变窄
光程:
光程:
光程差:
将光在介质中传播的路程折算成在真空中传播的路程。
*
P
*
增强
减弱
例2:
在真空中波长为λ的单色光,在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B,若A、B两点位相差为3π,则此路径AB的光程为 [ ]
(A)1.5λ (B)1.5nλ
(C)3λ (D)1.5λ/n
A
例3:
S1,S2为两相干波源,它们到P点的距离分别r1和r2,路径S1P垂直穿过一块厚度为t1,折射率为n1的介质板,路径S2P垂直穿过一块厚度为t2,折射率为n2的介质板,其余部分可看做真空,这两条路径的光程差等于 ( )
(A)
(B)
(C)
(D)
薄膜干涉:
当光线垂直入射时
应用:
增透膜、增反膜
劈尖干涉:
明纹
暗纹
等厚干涉
特点:
棱边为暗纹
相邻条纹对应的厚度差:
劈尖干涉:
条纹宽度:
例4:
在半导体光刻技术中,需要先在硅片上镀一层 薄膜。为测量膜厚度,可将 加工成劈形膜形状。已知 的折射率为n1,劈形膜的长度为L,用波长为λ的单色光垂直照射。结果在显微镜下共读出N条干涉明纹。则膜的厚度是多少?
练习12:
用波长为λ的单色光垂直照射折射率为 n2 的劈形膜,图中各部分折射率的关系为 n1 n2 n3,观察反射光的干涉条纹,从劈形膜顶开始向右数第 5 条暗纹中心所对应的厚度。
菲涅耳半波带法:
暗纹
菲涅耳半波带法:
明纹
在单缝夫琅和费衍射实验中,屏上第三级暗纹对应于单缝处波面可划分为 个半波带,若将缝宽缩小一半,原来第三级暗纹处将是第 级 纹。
例5:
明
在单缝夫琅和费衍射实验中,波长为λ的单色光垂直入射在宽度a=5λ的单缝上,对应于衍射角φ的方向上若单缝处波面恰好可分成5个半波带,则衍射角φ= 。屏幕上与该衍射角对应处出现 级 纹。
例6:
明
干涉相消(暗纹)
干涉加强(明纹)
(介于明暗之间)
中央明纹中心
菲涅耳半波带法:
光强分布:
用白光光源进行实验。
思考:
进行下列操作,单缝衍射条纹将怎样变化?
将整套装置浸入水中;
将单缝稍稍向上平移;
中央明纹两侧出现彩色条纹
条纹不变
条纹上移
条纹变窄
将透镜稍稍向上平移;
使用大焦距透镜且将屏幕移到新的焦平面上;
将屏幕向后平移;
条纹消失
条纹变宽
在单缝夫琅和费衍射实验中,波长为 的单色光的第三级明纹与波长为630nm的单色光的第二级明纹恰好重合,试计算波长 。
练习13:
干涉与衍射的区别:
干涉是有限束光的相干叠加,而衍射是无数个子波的相干叠加
干涉中不同级次条纹光强是一样的,而衍射中不同级次条纹的光强是不同的
干涉条纹是等间距的,而衍射中中央明纹的宽度是其他条纹宽度的两倍
双缝干涉与单缝衍射明暗条纹的条件是相反的。
迈克尔孙干涉仪
单色光源
近代物理
例1:
计算下列情况下辐射体的辐射能谱峰值对应的波长λm:
(1)人体皮肤的温度为35℃
(2)点亮的白炽灯中,钨丝的温度为2000k
(3)太阳表面的温度约为5800k
普朗克公式:
普朗克量子假设:(1918诺贝尔物理学奖)
在辐射场中有大量包含各种频率的谐振子,一个频率为 的谐振子的能量不能是连续的,只能是能量元(又称能量子) 的整数倍,即 ,其中n只能取正整数。能量元 ,h为普朗克常数。这就是著名的“能量量子化”假设。
光电效应的实验规律:
1、存在截止(红限)频率ν0;
2、光电流的强度与入射光强有关;
3、遏止电压的大小与入射光强无关;
4、光电效应是瞬间响应的;
爱因斯坦光量子理论:(1921年诺贝尔物理学奖)
1、光子能量:
逸出功
2、当电子最大动能
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