第十三章光.ppt

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1、第十三章第十三章 光光波粒二象性学说：波粒二象性学说： 认为光既有粒子性、又有波动性认为光既有粒子性、又有波动性. .个别光子的行为表现出粒子性，个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行出表现为波动性；大量光子的行出表现为波动性；频率越大的光子粒子性粒明显，频率越大的光子粒子性粒明显，频率小的光子波动性越明显频率小的光子波动性越明显. .1.光的反射和折射光的反射定律：光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。反射角等于入射角。入射光线入射光线反射光

2、线反射光线法线法线入射角入射角反射角反射角光的折射定律：光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。入射角的正弦与折射角的正弦成正比。1122sinsinn12垂直入射垂直入射在光的折射现象中，光路是可逆的。在光的折射现象中，光路是可逆的。折射率： 光从真空射入某种介质发生折射时，入射光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与反射角的正弦之比，叫做这种角的正弦与反射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率。介质的绝对折射率。cnv研究

3、表明，某种介质的折射率等于光在真空研究表明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度中的传播速度C与光在这种介质中的传播速与光在这种介质中的传播速度度v之比：之比：12cnv12sinsinn12cv测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率2.全反射全反射 光的全反射光的全反射1 光疏介质光疏介质 光密介质光密介质 (1)光疏介质光疏介质 :折射率小的介质叫做光疏介质折射率小的介质叫做光疏介质 .(2)光密介质光密介质 :折射率大的介质叫做光密介质折射率大的介质叫做光密介质 .注注:光疏介质光疏介质 和光密介质是相对的和光密介质是相对的.全反射全反射 当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到当光由

4、光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度某一角度,使折射角达到使折射角达到90时时,折射光线完全消失折射光线完全消失,只剩下反射光线只剩下反射光线.这种现象叫做全反射这种现象叫做全反射.临界角临界角:折射角等于折射角等于90时的入射角时的入射角,叫做临界角叫做临界角. 用用C来表示来表示.全反射的条件全反射的条件:1.光由光密介质光由光密介质 射向光疏介质射向光疏介质 .2.入射角大于或等于临界角入射角大于或等于临界角.光由玻璃射向空气时的对照图光由玻璃射向空气时的对照图视频视频光从介质射入空气（真空）时，发生全反光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角射的临界角C与介质的折射率的

5、关系：与介质的折射率的关系：例题例题全反射棱镜视频全反射棱镜视频高锟高锟 因在因在“有关光在纤维中的有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面传输以用于光学通信方面”做出突破性成就，获颁做出突破性成就，获颁2009年年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖 。 光纤视频光纤视频波的干涉波的干涉杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验双缝干涉实验双缝干涉实验干涉图样干涉图样3、现象：、现象：中央亮纹中央亮纹明条纹形成的原因明条纹形成的原因S1S2PP中央亮纹由于S1S2到中央亮纹的距离是相等的, 又由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，那么,当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是

6、波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故出现亮纹双缝S1S2屏幕光程差光程差x= 0 x= 0光程差光程差x= S1PS2PP1 第一亮纹双缝S1S2屏幕S1S2P1 取取P P点上方的点点上方的点P P1 1，从，从S S1 1S S2 2发出的光到发出的光到P P1 1点的光程差，正好等点的光程差，正好等于一个波长于一个波长x= Sx= S1 1S S2 2=，当其中一条光传来的是波峰时，另，当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一一条传来的也一定是波峰，其中一

7、条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在条传来的也一定是波谷，在P1P1点总是波峰与波峰相遇或波谷与点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅波谷相遇，振幅A AA1+A2A1+A2为最大，为最大，P1P1点总是振动加强的地方，点总是振动加强的地方，故出现亮纹。故出现亮纹。第一条亮纹的形成原因分析第一条亮纹的形成原因分析光程差光程差x= =双缝S1S2屏幕P1 第一亮纹第一亮纹 x=P 中央亮纹中央亮纹 x=0P2 第二亮纹第二亮纹 x=2P3 / 第三亮纹第三亮纹 x=3P3 第三亮纹第三亮纹 x=3P3 / 第二亮纹第二亮纹 x=2P3 / 第一亮纹第一亮纹 x=当光程差当光程差x

8、= nx= n时出现亮纹时出现亮纹当光程差x= n，那么,当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在Pn点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，Pn点总是振动加强的地方，故出现亮纹Q1 第一暗纹Q1 当其中一条光传来的是波峰，另当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，一定是波峰，Q Q1 1点总是波峰与波点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，谷相遇，振幅最小，Q Q1 1点总是振点总是振动减弱的地方，故

9、出现暗纹。动减弱的地方，故出现暗纹。/2S1S2/2双缝S1S2屏幕P 中央亮纹暗条纹形成的原因暗条纹形成的原因取取P点上方的点点上方的点Q1，与两个狭缝，与两个狭缝S1、S2路程差路程差x= S1S2/2x= /2双缝S1S2屏幕Q2 第二暗纹Q 1 第一暗纹Q3 第三暗纹Q3 / 第三暗纹Q2 / 第二暗纹Q1 / 第一暗纹x=5/2x=/2x=3/2x=5/2x=3/2x=/2当光程差当光程差x= x= 半波长的奇数倍时出现暗纹半波长的奇数倍时出现暗纹 亮纹：路程差亮纹：路程差 x = nx = n（ n= 0n= 0, ,1 1，2 2，等），等）结论结论：产生明暗条纹的条件产生明暗条

10、纹的条件暗纹：路程差暗纹：路程差 x=（2n-1)/2 (n=1,2,3,等）等）路程差为波长的整数倍。路程差为波长的整数倍。路程差为半波长的奇数倍。路程差为半波长的奇数倍。xx条纹间距条纹间距( (条纹宽度条纹宽度) )的含义：亮纹和亮纹之间的距离或暗纹的含义：亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离和暗纹之间的距离 我们所说的亮纹是指最亮的我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。暗和最暗之间的距离。 亮（暗）纹间距的公式Lxd 实

11、验目的：实验目的：1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；2、观察双缝干涉图样；、观察双缝干涉图样；3、测定单色光的波长。、测定单色光的波长。实验原理：实验原理： 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉单色光通过单缝后，经双缝产生稳定干涉图样，图中相邻两条亮纹间距图样，图中相邻两条亮纹间距x、双缝间距、双缝间距d、双缝到屏的距离双缝到屏的距离L、单色光的波长、单色光的波长满足：满足：实验器材：实验器材： 双缝干涉仪、米尺、测量头。双缝干涉仪、米尺、测量头。d =xLLx =d实验步骤：实验步骤： 计算红光的波长。计算红光的波长。x dL 1axn 216XXx

12、d =xL5.光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射泊松亮班泊松亮班 一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多寸跟波长差不多 取一个不透光的屏，取一个不透光的屏，在它的中间装上一个在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放在缝后适当距离处放一个像屏一个像屏 激光束调节狭缝宽窄像屏光的衍射光的衍射单缝衍射条纹的特征单缝衍射条纹的特征1 1、中央亮纹宽而亮、中央亮纹宽而亮2 2、两侧条纹

13、具有对称性，亮纹较窄、较暗、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗观察下列衍射图样，分析衍射规律：观察下列衍射图样，分析衍射规律：不同缝宽的单缝衍射不同色光的单缝衍射光的衍射光的衍射1 1、波长一定时，、波长一定时， 单缝窄的中央条纹宽，单缝窄的中央条纹宽， 各条纹间距大各条纹间距大 2 2、单缝不变时，、单缝不变时， 光波波长大的（红光）中央亮纹越宽，光波波长大的（红光）中央亮纹越宽， 条纹间隔越大条纹间隔越大 3 3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮条纹为白色，两侧、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮条纹为白色，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，内侧为紫色为彩色条纹，且外侧呈红色，内侧为紫色单缝衍射规律单缝

14、衍射规律光的衍射光的衍射 不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果圆屏衍射圆孔衍射钢针的衍射衍射光栅衍射光栅 衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的排列起来形成的光学仪器。可分为透射排列起来形成的光学仪器。可分为透射光栅和反射光栅光栅和反射光栅(a) N=1(b)N=2(c) N=3(d)N=4干涉现象与衍射现象产生的原因及区别干涉现象与衍射现象产生的原因及区别1.产生原因产生原因 干涉现象和衍射现象都是由于光的叠加而产生的。对干涉现象和衍射现象都是由于光的叠加而产生的。对衍射现象来说，

15、小孔处的光源可以看成无数个子波源，衍射现象来说，小孔处的光源可以看成无数个子波源，它们在空间也会叠加，振动加强的点产生明条纹，振动它们在空间也会叠加，振动加强的点产生明条纹，振动减弱的点产生暗条纹。减弱的点产生暗条纹。 干涉现象中每一个小孔（缝）也能发生衍射，衍射现干涉现象中每一个小孔（缝）也能发生衍射，衍射现象中各子光源也能发生干涉，即象中各子光源也能发生干涉，即“干中有衍，衍中有干中有衍，衍中有干干”。我们称。我们称双缝为干涉，单缝或多缝为衍射双缝为干涉，单缝或多缝为衍射。2.二者区别二者区别（1）产生条件不同）产生条件不同光的干涉要求频率相同的两列相干光相遇叠加。光的干涉要求频率相同的两

16、列相干光相遇叠加。只要狭缝或孔足够小，任何光都能发生衍射。只要狭缝或孔足够小，任何光都能发生衍射。（2）条纹宽度不同）条纹宽度不同干涉条纹是等宽、等距的，而衍射条纹中央最宽，干涉条纹是等宽、等距的，而衍射条纹中央最宽，两侧的亮纹逐渐变窄。两侧的亮纹逐渐变窄。（3）光强分布不同）光强分布不同干涉条纹，从中央明条纹往两侧光强变化很小。衍干涉条纹，从中央明条纹往两侧光强变化很小。衍射条纹的光强分布主要集中在中央亮纹，两侧的亮射条纹的光强分布主要集中在中央亮纹，两侧的亮纹逐渐变暗。纹逐渐变暗。（4）条纹的变化情况不同）条纹的变化情况不同干涉条纹间距与波长成正比。衍射条纹与波长有关，干涉条纹间距与波长成

17、正比。衍射条纹与波长有关，但缝宽影响更大。但缝宽影响更大。6.光的偏振光的偏振证明：光是一种横波证明：光是一种横波7.光的颜色光的颜色 色散色散白光的干涉图样白光的干涉图样白光的单缝衍射条纹白光的单缝衍射条纹光的色散：光的色散： 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象含有多种颜色的光被分解为单色光的现象太阳光谱太阳光谱吸收光谱吸收光谱薄膜干涉薄膜干涉 现象：现象： 水平水平明暗相间条纹明暗相间条纹相干光的来源：相干光的来源：肥皂薄膜前肥皂薄膜前表面反射表面反射光波光波 与与后表面反射后表面反射 光光波波相互叠加产生干涉相互叠加产生干涉视频视频薄膜干涉的应用薄膜干涉的应用1.1.干涉法检查平面干涉

18、法检查平面 原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片，使其间原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片，使其间形成一个楔形的空气薄层当用单色光从上面照射时，形成一个楔形的空气薄层当用单色光从上面照射时，入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是从反射光中看到干涉条纹从反射光中看到干涉条纹2.2.增透膜增透膜 原理：当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的原理：当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光，增大透半波长，因而相互抵消，达到减小反射光，增大透射光的作用射光的作用因为人的视觉最敏感的色光为因为人的视觉最敏感的色光为绿光，所以增透膜的厚度为绿绿光，所以增透膜的厚度为绿光在光在增透膜中波长增透膜中波长的的1/4。以。以增大绿光的透射强度。增大绿光的透射强度。因为红光与紫光反射强度大，因为红光与紫光反射强度大，所以所以照相机的镜头常呈淡照相机的镜头常呈淡紫色或蓝色紫色或蓝色照相机和望远镜照相机和望远镜