波动大学物理教程.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 中国人民大学物理系徐靖编 中国人民大学物理系徐靖编 中国人民大学物理系徐靖编 中国人民大学物理系徐靖编 中国人民大学物理系徐靖编 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 中国人民大学物理系徐靖编 光矢量： 光振动： 光强： 相对光强： 光波： 交变电磁场在空间传播 中国人民大学物理系徐靖编 9.4.5 光速 折射率 光在介质中的波长与在真空中的波长的关系 中国人民大学物理系徐靖编 9.5.1 惠更斯原理 惠更斯在1678年提出关于波面传播的原理. 即: 波面上每一点都可以看成是发射子波的波源，各自发出球面子波，在以后某一时刻，这些子波面的包络面就是该时刻的波面. §9.5 波的相干叠加 中国人民大学物理系徐靖编 9.5.2 波的叠加原理 从实验事实可得波的叠加原理：几列波同时在介质中传播，不管是否相遇，它们都保持各自原有的振幅、波长和频率独立地传播，互不影响；而在相遇处，介质中各质元的位移等于各列波单独传播时在该处引起位移的矢量和. 波传播的独立性： 两不同形状的正脉冲 大小形状一样的正负脉冲 ? 中国人民大学物理系徐靖编 9.5.3 波的相干叠加 两列波在介质中相遇叠加，一般合振动复杂且振幅随时间变化. 波叠加时在空间出现稳定的振动加强和减弱的分布叫波的干涉。 水波盘中水波的干涉 中国人民大学物理系徐靖编 相干条件: （1）振动方向相同； （2）频率相同； （3）两列波引起的分振动有固定相位差. 满足相干条件的两列波叫相干波，能产生相干波的波源称为相干波源. 中国人民大学物理系徐靖编 中国人民大学物理系徐靖编 9.5.4 光程 光程差 真空中： ? · · r a b 介质中： · · a b n r ?? 介质 ?? — 介质中波长 ? — 真空中波长 为方便计算光经过不同介质时引起的相差， 引入光程的概念。 中国人民大学物理系徐靖编 为介质中与路程 r相应的光程。 这表明，光在介质中传播路程 r ? — 真空中波长 传播路程 nr 引起的相位差相同。 我们称 nr 由此得到关系： [例]计算图中光通过路程 r1 和 r2 在P点的相差。 n S1 S2 r1 r2 d P · 和在真空中 中国人民大学物理系徐靖编 §9.6 光的干涉 3.从普通光源获得相干光 思路：将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束，再引导其相遇叠加 (1) 分波阵面法 将同一波面上两不同部分作为相干光源 (2)分振幅法（分振幅~分能量） 将透明薄膜两个面的反射（透射）光作为相干光源 ① ② ③ ⑤ ④ 中国人民大学物理系徐靖编 一、分波面两束光的干涉 1、杨氏双缝实验 Thomas Young 1773--1829 英国医生、科学家托马斯.杨1801年用双缝干涉实验证明了光的波动性，并首先测出太阳光的平均波长： 该实验对光的波动说的复苏起到关键作用，在物理学史上占重要地位。 “尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是百无一失的。我……遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。” 中国人民大学物理系徐靖编 当同一束光的两部分从不同的路径，精确地或者非常接近地沿同一方向进入人眼，则在光线的路程差是某一长度的整数倍处，光将最强，而在干涉区之间的中间带则最弱，这一长度对于不同颜色的光是不同的。 原稿中的插图和论述 装置（原理图）： 单缝 双缝 屏 中国人民大学物理系徐靖编 明暗纹条件 屏 单缝 双缝 d 明 暗 明 暗 k 取值与条纹级次一致 中国人民大学物理系徐靖编 条纹特点 * * k =+1 k =-2 k =+2 k = 0 k =-1 k =+1 k =-2 k =+2 k =-1 … … I 因为人眼分辨本领有限。光强太小处～暗。 思考：为什么暗纹看上去也有宽度？ 条纹宽度 ：相邻两明（暗）纹中心间距。 中国人民大学物理系徐靖编 条纹形态： 平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹 条纹亮度： 条纹宽度： 条纹变化： 双缝间距越小，条纹越宽 屏幕距双缝越远，条纹越宽 632.8nm的氦氖激光器产生的干涉条纹 589.3nm的钠黄光产生的干涉条纹 中国人民大学物理系徐靖编 练习： 在双缝干涉实验中，用折射率n＝1.58的玻璃膜覆盖一条缝，屏上第7条明纹移动到原来中央明纹处，入射光波长550nm，求玻璃膜厚度。 解：条纹下移，玻璃膜附加光程差为 中国人民大学物理系徐靖编 1.一般性讨论 ① ② ③ ⑤ ④ 介质 薄膜 光波 入射光 (1) 反射