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更高更妙的物理:专题25__波动光学与量子理论拾零
专题25 波动光学与量子理论拾零
本专题简略介绍波动光学、量子物理学的若干知识与方法。
人们发现光的干涉、衍射与偏振等现象以及测出水中光速小于空气中的光速使光的波动
说有了重要的实验论据;麦克斯韦建立的电磁理论,进一步指出光是一种电磁波:实验测得
1
的光速与电磁波在真空中的传播速度的理论值c 很好地相符;与电磁波一样,光
0 0
是一种横波,可见光是波长在400 ~ 760nm 、频率在4.31014 ~ 7.5 1014Hz 之间的电磁
波,各种色光具有一定的频率。
频率相同、相差恒定的两列光波相遇会发生干涉现象,历史上著名的获得相干光源的干
涉实验有:
杨氏双缝实验 这是最早以明确形式确立光波叠加原理,用
光的波动性解释干涉现象的一个实验。杨氏实验示意图如图所示,
根据惠更斯原理,认为双缝 和 是两个发射子波的波源,它们
S S
1 2
都是从同一个光源 而来并位于同一个子波波面,故它们的相位
S
总是相同而能构成相干光源。如图所示,若双缝间距离为 ,缝
d
屏到光屏 间距为 ,光屏上任一点 到双缝的距离为 、 ,
EE D P r r
1 2
从 和 到达 的光程差为
S S P
1 2
l r r d sin,
2 1
式中 表示 对双缝中点的张角,如图所示。若光程差等
PO
于波长整数倍,即 , , 点为亮点。
d sin k k 01,,2, P
通常能观察到干涉条纹的情况下 总是很小,则
x
,故光屏上各级亮纹高中心 的
d s i n d t an d k O
D
距离为
D
x k ,k 01,,2,
d
若光程差满足 , , 点为暗点,则各级暗纹离中心 的
d sin (2k 1) k 1,2,3 P O
2
距离为
D
x (2k 1) ,k 1,2,3
2d
D
两相邻明条纹或暗条纹间距x ,即能观察到的干涉条纹是等距离分布的。
d
菲涅
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