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,第五章 光的波動性,1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊在實(shí)驗(yàn)室里成功的觀察到了光的干涉現(xiàn)象．,光學(xué)是物理學(xué)中最古老的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)前科學(xué)研究中最活躍的學(xué)科之一。隨著人類對自然的認(rèn)識不斷深入，光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了萌芽時(shí)期、幾何光學(xué)時(shí)期、波動光學(xué)時(shí)期、量子光學(xué)時(shí)期、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期等5個(gè)時(shí)期。,光學(xué)的發(fā)展簡介：,光是什么？ 在物理學(xué)的發(fā)展史上，光是什么的問題經(jīng)歷過很長一段時(shí)間的爭論，包括牛頓、惠更斯和愛因斯坦在內(nèi)的大批科學(xué)家均參與其中。正是他們大量的爭論，推動了光學(xué)的發(fā)展。,光的直線傳播,光的反射,光的折射,大量事實(shí)證明，光是直線前進(jìn)的，是一個(gè)微小的粒子。,我們?nèi)绻芸吹焦獍l(fā)生干涉、衍射等現(xiàn)象，具有波特有的性質(zhì)，那么我們就可以說光是一種波。,光到底是什么？……………,17世紀(jì)明確形成了兩大對立學(xué)說,牛頓,惠更斯,,微粒說,,波動說,,19世紀(jì)初證明了波動說的正確性,,由于波動說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng),,19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說：光具有粒子性,,,光既有微粒性也有波動性,,,,,5.1光的干涉,一、雙縫干涉,雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波,1、裝置特點(diǎn)：,2、,屏上形成的明暗相間條紋叫做干涉圖樣,2）雙縫很近 0.1mm,1）雙縫S1、S2到單縫S的距離相等,雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動情況完全相同的光源，叫相干光源(頻率相同),②雙縫的作用：,①單縫的作用：,獲得線光源,第二條亮紋,,第一條亮紋,,第一條亮紋,,第二條亮紋,,白光的干涉圖樣,①明暗相間的彩色條紋； ②中央為白色亮條紋； ③干涉條紋是以中央亮紋為對稱點(diǎn)排列的； ④在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。,,,單色激光束,屏,等間距,雙縫干涉圖樣,圖樣有何特征？,S1,S2,亮條紋的中心線,亮條紋的中心線,雙縫,,中央亮條紋,明暗相間,,,,,,,,,,,,亮條紋,亮條紋,探究： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件,S1,S2,,光程差：,出現(xiàn)亮條紋的條件,（ n=0，1，2，3…）,,,,,,,,,,,暗條紋,探究： 出現(xiàn)暗條紋的條件,S1,S2,,光程差：,出現(xiàn)暗條紋的條件,（ n=0，1，2，3…）,亮條紋,暗條紋,小結(jié)：出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件,（ n=0，1，2，3…）,（ n=0，1，2，3…）,白光的干涉圖樣,①明暗相間的彩色條紋； ②中央為白色亮條紋； ③干涉條紋是以中央亮紋為對稱點(diǎn)排列的； ④在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。,為什么會是這樣的呢？,條紋間距Δx、縫寬d和縫屏距離L的關(guān)系：,P85 發(fā)展空間,因?yàn)? ，由結(jié)論可知：各種色光的波長不相同，由不同的色光作光源，在雙縫寬度和縫、屏寬度相同的情況下，形成的干涉圖樣的條紋間距是各不相同的，紅光的條紋間距最寬，紫光的最窄。,條紋間距Δx、縫寬d和縫屏距離L的關(guān)系：,二、薄膜干涉,單色光成單色條紋；復(fù)色光成彩色條紋,二、薄膜干涉,形成干涉圖樣的原因是：重力作用下，薄膜的厚度隨高度變化，當(dāng)入射光射到肥皂泡液薄膜上時(shí)，由液膜前的兩個(gè)表面反射回來的兩列光是相干光，相互疊加產(chǎn)生干涉。,三、應(yīng)用,1、干涉法檢查平面的平整度,視頻：干涉的應(yīng)用,牛頓環(huán),,,,楔性空氣薄層,標(biāo)準(zhǔn)樣板,被檢測平面,光在空氣層的上下表面發(fā)生反射,這兩束反射光發(fā)生干涉.,如果被檢測表面的平整的,將看到與底線平行的干涉條紋.,原因是厚度相等的地方，光程差一樣、干涉情況一樣，即某一處反射回來的兩列波疊加，若光振動加強(qiáng)，產(chǎn)生亮點(diǎn)，那些與這處厚度相等的地方都是亮點(diǎn)，這些亮點(diǎn)組成彼此平行的亮紋,反之是暗紋,三、應(yīng)用,1、干涉法檢查平面的平整度,,,,,,,,例、如圖所示，是用干涉法檢查某厚玻璃的上表面是否平整的裝置，所用單色光做光源，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的？ A、a的上表面和b的下表面 B、a的上表面和b的上表面 C、a的下表面和b的上表面 D、 a的下表面和b的下表面,C,,練習(xí)：如右圖是用干涉法檢查某種厚玻璃的上表面是否平的裝置，所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由哪兩個(gè)表面反射的光疊加而成的( ) A．a(chǎn)的上表面和b的下表面 B．a(chǎn)的上表面和b的上表面 C．a(chǎn)的下表面和b的上表面 D．a(chǎn)的下表面和b的下表面,三、應(yīng)用,2、增透膜,在鏡頭前面涂上一層增透膜(一般是 ,微溶于水),如果膜的厚度等于某單色光在增透膜中波長的四分之一時(shí),那么在這層膜的兩側(cè)反射回去的光就會發(fā)生干涉，形成暗條紋,從而相互抵消,你在鏡頭前將看不到一點(diǎn)反光，因?yàn)楦鶕?jù)能量守恒，這束光已經(jīng)全部穿過鏡頭了。 為什么我們從來沒有看到?jīng)]有反光的鏡頭? 原因很簡單，因?yàn)榭梢姽庥衅叻N顏色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顧到一種顏色的光讓它完全進(jìn)入鏡頭。 一般情況下都是讓綠光全部進(jìn)入的，這種情況下，你在可見光中看到的鏡頭反光其顏色就是紅色、藍(lán)紫色，因?yàn)檫@反射光中已經(jīng)沒有了綠光。 膜的厚度也可以根據(jù)鏡頭的色彩特性來決定。 可見增透膜的作用是減少反射光的強(qiáng)度，從而增加透射光的強(qiáng)度，使光學(xué)系統(tǒng)成像更清晰。,,,,,鍍層薄膜,,,,,,三、應(yīng)用,3、反射膜,反射膜一般可分為兩大類，一類是金屬反射膜，一類是全電介質(zhì)反射膜。此外，還有把兩者結(jié)合起來的金屬電介質(zhì)反射膜。 金屬反射膜的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡單，工作的波長范圍寬；缺點(diǎn)是光損大，反射率不可能很高。為了使金屬反射膜的反射率進(jìn)一步提高，可以在膜的外側(cè)加鍍幾層一定厚度的電介質(zhì)層，組成金屬電介質(zhì)反射膜。需要指出的是，金屬電介質(zhì)射膜增加了某一波長（或者某一波區(qū)）的反射率，卻破壞了金屬膜中性反射的特點(diǎn)。 全電介質(zhì)反射膜是建立在多光束干涉基礎(chǔ)上的。與增透膜相反，在光學(xué)表面上鍍一層折射率高于基體材料的薄膜，就可以增加光學(xué)表面的反射率。最簡單的多層反射是由高、低折射率的二種材料交替蒸鍍而成的,每層膜的光學(xué)厚度為某一波長的四分一。在這種條件下，參加疊加的各界面上的反射光矢量，振動方向相同。合成振幅隨著薄膜層數(shù)的增加而增加。,太陽灶用反射膜,練習(xí)：有關(guān)光學(xué)儀器上鏡頭的增透膜，下列說法正確的是： A．增透膜是為了減少光的反射損失而增強(qiáng)透光的強(qiáng)度； B．增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的1/4； C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的1/4； D． 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的1/2； E．因?yàn)樵鐾改ず穸纫话氵x適合綠光反射相互抵消的厚度，紅光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色。,練習(xí)：將波長為λ的單色光從空氣垂直入射到折射率為n的透明介質(zhì)膜上，要使透射光得到加強(qiáng)，薄膜的厚度最少應(yīng)為（ ） A、λ/4n； B、λ/2n； C、λ/4； D、λ/2,