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,第五章 光的波動性,1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊在實驗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)歷了萌芽時期、幾何光學(xué)時期、波動光學(xué)時期、量子光學(xué)時期、現(xiàn)代光學(xué)時期等5個時期。,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,大量事實證明，光是直線前進(jìn)的，是一個微小的粒子。,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,雙縫干涉實驗證明光是一種波,1、裝置特點：,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,因為 ，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，由液膜前的兩個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，那些與這處厚度相等的地方都是亮點，這些亮點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,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反光，因為根據(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，因為可見光有七種顏色，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，因為這反射光中已經(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)點是制備工藝簡單，工作的波長范圍寬；缺點是光損大，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。 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．因為增透膜厚度一般選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,