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1、光的干涉光的干涉托馬斯托馬斯楊楊17731829 1801年，英國(guó)物理學(xué)家托年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯馬斯楊在實(shí)驗(yàn)室里成功的觀察楊在實(shí)驗(yàn)室里成功的觀察到了光的干涉現(xiàn)象到了光的干涉現(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(lèi)是當(dāng)前科學(xué)研究中最活躍的學(xué)科之一。隨著人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)不斷深入，光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了對(duì)自然的認(rèn)識(shí)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(dòng)光學(xué)時(shí)期、量子萌芽時(shí)期、幾何光學(xué)時(shí)期、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期、量子光學(xué)時(shí)期、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期等光學(xué)時(shí)期、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期等5個(gè)時(shí)期。個(gè)時(shí)期。光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)介：光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)
2、介：光是什么？在物理學(xué)的發(fā)展史上，光是什么的問(wèn)題經(jīng)歷過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的爭(zhēng)論，包括牛頓、惠更斯和愛(ài)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(zhēng)論，推動(dòng)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，可能是一個(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(shuō)光是一種波。有的性質(zhì)，那么我們就可以說(shuō)光是一種波。光到底是什么？17世紀(jì)明確形成了兩大對(duì)立學(xué)說(shuō)牛頓牛頓惠更斯惠更斯微粒說(shuō)微粒說(shuō)波動(dòng)說(shuō)波動(dòng)說(shuō)19世紀(jì)初證明了波動(dòng)說(shuō)的正確性由于波動(dòng)說(shuō)沒(méi)有由于波動(dòng)說(shuō)沒(méi)有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得
3、微頓的威望使得微粒說(shuō)一直占上風(fēng)粒說(shuō)一直占上風(fēng)19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛(ài)因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說(shuō)：光具有粒子性這里的光子完全不同于牛頓所說(shuō)的“微?！?5.1光的干涉光的干涉一、雙縫干涉雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波中中間間亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第一一條條亮亮紋紋第第二二條條亮亮紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第一一條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋第第二二條條暗暗紋紋第第三三條條暗暗紋紋白光的干涉圖樣單色激光束單色激光束屏屏等間距等間距雙縫干涉圖樣雙縫干涉圖樣圖樣有何特征？圖樣有何特征？S1S2亮條紋的中心線亮條紋的中心線亮條紋的中心線亮條紋的中心線暗
4、條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線暗條紋的中心線雙縫雙縫中央亮條紋中央亮條紋明暗相間明暗相間亮條紋亮條紋亮條紋亮條紋探究：探究： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件出現(xiàn)明暗相間條紋的條件S1S2光程差：光程差：出現(xiàn)亮條紋的條件出現(xiàn)亮條紋的條件22nr（ n=0，1，2，3）暗條紋暗條紋 /2探究：探究： 出現(xiàn)暗條紋的條件出現(xiàn)暗條紋的條件S1S2光程差：光程差：出現(xiàn)暗條紋的條件出現(xiàn)暗條紋的條件2) 12(nr（ n=0，1，2，3）亮條紋亮條紋暗條紋暗條紋小結(jié)：出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件小結(jié)：出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件22nr212nr（ n=0，1，2，3）（ n=0，1，2，3）白光的干涉圖樣為什么會(huì)
5、是這樣的呢？dlx 條紋間距x、縫寬d和縫屏距離L的關(guān)系：rrrrrrrdxdxLdxLrrdxLrdxLr)(2)2()2()2(,)2(121221222222212222222221xLdrLrrxLdL即：所以有且2,21dLxrxkkr即：對(duì)應(yīng)的相鄰兩亮條紋間距時(shí)，出現(xiàn)亮條紋，取.)321(dLxrxkkr即：對(duì)應(yīng)的相鄰兩暗條紋間距時(shí)，出現(xiàn)暗條紋，取.)321(212因?yàn)?，由結(jié)論可知：各種色光的波長(zhǎng)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。dlx 條紋間距x、縫寬d和縫屏距離L的關(guān)系：二、薄膜
6、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(lái)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)楔性空氣薄層楔性空氣薄層三、應(yīng)用1、干涉法檢查平面的平整度2223練習(xí)：如右圖是用干涉法檢查某種厚玻璃的上表面是練習(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，檢查中所觀察到的干涉條紋是由哪兩個(gè)表面反射的光
7、疊加而成的的光疊加而成的( )( )A Aa a的上表面和的上表面和b b的下表面的下表面B Ba a的上表面和的上表面和b b的上表面的上表面C Ca a的下表面和的下表面和b b的上表面的上表面D Da a的下表面和的下表面和b b的下表面的下表面三、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,那么在這層膜的兩側(cè)反射回去的光就會(huì)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(guò)鏡頭了。為什么我們從來(lái)沒(méi)有看到?jīng)]有反光的鏡頭? 原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)榭梢?jiàn)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
8、。，這種情況下，你在可見(jiàn)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(méi)有了綠光。膜的厚度也可以根據(jù)鏡頭的色彩特性來(lái)決定。 可見(jiàn)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。 2MgF鍍層鍍層薄膜薄膜三、應(yīng)用3、反射膜反射膜一般可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是金屬反射膜，一類(lèi)是全電介質(zhì)反射膜。此反射膜一般可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是金屬反射膜，一類(lèi)是全電介質(zhì)反射膜。此外，還有把兩者結(jié)合起來(lái)的金屬電介質(zhì)反射膜。外，還有把兩者結(jié)合起來(lái)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(jiǎn)單，工作的波長(zhǎng)范圍寬；缺點(diǎn)是光損大，反金屬反射膜的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，工作的波長(zhǎng)范圍寬；缺點(diǎn)是
9、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)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(zhǎng)（或者某一波區(qū)）的反射率，卻破壞了金屬膜中性反射的特射膜增加了某一波長(zhǎng)（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)。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
10、薄膜，就可以增加光學(xué)表面的反射率。最簡(jiǎn)單的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(jiǎn)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)厚度為某每層膜的光學(xué)厚度為某一波長(zhǎng)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(dòng)方向一波長(zhǎng)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(dòng)方向相同。合成振幅隨著薄膜層數(shù)的增加而增加。相同。合成振幅隨著薄膜層數(shù)的增加而增加。 太陽(yáng)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(shuō)法正確的是：練習(xí)：有關(guān)光學(xué)儀器上鏡頭的增透膜，下列說(shuō)法正確的是：A A增透
11、膜是為了減少光的反射損失而增強(qiáng)透光的強(qiáng)度；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 B增透膜的厚度等于入射光在真空中波長(zhǎng)的增透膜的厚度等于入射光在真空中波長(zhǎng)的1/41/4；C C增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的1/41/4；D D 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的1/2；E 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。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(zhǎng)為練習(xí)：將波長(zhǎng)為的單色光從空氣垂直入的單色光從空氣垂直入射到折射率為射到折射率為n的透明介質(zhì)膜上，要使透射的透明介質(zhì)膜上，要使透射光得到加強(qiáng)，薄膜的厚度最少應(yīng)為（光得到加強(qiáng)，薄膜的厚度最少應(yīng)為（ ） A A、/4/4n； B B、/2/2n； C C、/4/4； D D、/2/2
高二物理選修3-4光的干涉
