哈工大大学物理(马文蔚教材)第15章波动与光学精品PPT课件
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大学物理波动光学一PPT课件
超快光谱技术
介绍超快光谱技术的原理、方法及应 用，如泵浦-探测技术、时间分辨光谱 技术等。
超短脉冲激光技术
详细介绍超短脉冲激光技术的原理、 实现方法及应用领域，如飞秒激光技 术、阿秒激光技术等。
未来光学技术挑战和机遇
光学技术的挑战
阐述当前光学技术面临 的挑战，如光学器件的 微型化、集成化、高性 能化等。
大学物理波动光学一 PPT课件
目录
• 波动光学基本概念与原理 • 干涉原理及应用 • 衍射原理及应用 • 偏振现象与物质性质研究 • 现代光学技术进展与挑战
01
波动光学基本概念与原理
光波性质及描述方法
光波是一种电磁波，具有波动性 质，可以用振幅、频率、波长等
物理量来描述。
光波在真空中的传播速度最快， 且在不同介质中传播速度不同。
01
02
03
04
摄影
利用偏振滤镜消除反射光和散 射光，提高照片清晰度和色彩
饱和度。
液晶显示
利用液晶分子的旋光性控制偏 振光的透射和反射，实现图像
显示。
光学仪器
如偏振光显微镜、偏振光谱仪 等，利用偏振光的特性进行物
质分析和检测。
其他领域
如生物医学、材料科学、环境 科学等，利用偏振光的特性进
行研究和应用。
01
牛顿环实验装置与步骤
介绍牛顿环实验的基本装置和操作步骤，包括凸透镜、平面镜、光源等
。
02
牛顿环测量光学表面反射相移
阐述如何通过牛顿环实验测量光学表面反射相移的原理和方法。
03
等厚干涉原理及应用
探讨等厚干涉的基本原理，以及其在光学测量和光学器件设计中的应用
。
多光束干涉及其应用
大学物理波动光学课件
麦克斯韦电磁理论：19 世纪中叶，英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论，揭示了光是一种 电磁波，为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下，波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支，并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质，干涉可分为两类，分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等
。
一束光的振幅分成两部分（或以上）在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支，它主要关注 光线的方向、成像等，基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质，如光的干涉、衍射等现象 ，而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异，但彼此相互补充，构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时，只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时，光 线才能通过。这就是马吕斯定律，它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
THANKS
感谢观看
分类
根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系，衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射
《大学物理波动》PPT课件
01波动基本概念与分类Chapter波动定义及特点波动定义波动特点机械波电磁波物质波030201波动分类与举例波动方程简介一维波动方程三维波动方程波动方程的解02机械波Chapter机械波形成条件与传播方式形成条件振源、介质、振动方向与波传播方向关系传播方式横波（振动方向与波传播方向垂直）与纵波（振动方向与波传播方向平行）波前与波线波前为等相位面，波线为波的传播方向01020304机械波传播过程中，介质质点不断重复着振源的振动形式周期性振源振动的最大位移，反映波的能量大小振幅相邻两个波峰或波谷之间的距离，反映波的空间周期性波长单位时间内波传播的距离，与介质性质有关波速机械波性质与参数描述平面简谐波及其表达式平面简谐波波动方程波动方程的解03电磁波Chapter电磁波产生原理与传播特性电磁波产生原理电磁波传播特性电磁波谱及其应用电磁波谱电磁波应用电磁波在介质中传播规律折射定律反射定律透射定律衰减规律04光学波动现象Chapter干涉现象及其条件分析干涉现象的定义和分类01干涉条件的分析02干涉现象的应用03衍射现象及其规律探讨衍射现象的定义和分类衍射规律的分析衍射现象的应用偏振现象的定义和分类偏振是光波中电场矢量的振动方向相对于传播方向的不对称性。
根据光波中电场矢量的振动方向不同，偏振可分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振等。
要点一要点二偏振规律的分析偏振现象遵循一定的规律，如马吕斯定律、布儒斯特定律等。
这些规律揭示了偏振光在传播过程中的特点和变化规律。
偏振现象的应用偏振现象在光学、光电子学等领域有着广泛的应用。
例如，利用偏振片可以实现光的起偏和检偏；利用偏振光的干涉和衍射可以制作各种光学器件和测量仪器；同时，偏振也是液晶显示等现代显示技术的基本原理之一。
要点三偏振现象及其应用研究05量子力学中波动概念引入Chapter德布罗意波长与粒子性关系德布罗意波长定义01粒子性与波动性关系02实验验证03测不准原理对波动概念影响测不准原理内容对波动概念的影响波动性与测不准原理关系量子力学中波动方程简介薛定谔方程波动函数的物理意义波动方程的解与粒子性质06波动在科学技术领域应用Chapter超声技术声音传播利用高频声波进行无损检测、医学诊断和治疗等。
《大学物理波动学》ppt课件
电磁波的接收
接收电磁波需要相应的接收装置，如收音机通过天线接收无线电波，并通过调 谐电路选择特定频率的信号进行放大和处理。
04
干涉与衍射现象
干涉现象及条件
01
02
03
干涉现象
两列或多列波在空间某些 区域相遇时，振动加强而 在另一些区域振动减弱的 现象。
干涉条件
两列波的频率相同，相位 差恒定，振动方向相同。
实验步骤
设置声源和接收器，使它们之间存在相对运动；测量接收器接收到的声波频率， 并与声源发出的声波频率进行比较；分析实验结果，得出结论。
电磁波多普勒效应观测技术
观测原理
电磁波多普勒效应与声波多普勒效应类似，当电磁波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的电磁波频 率也会发生变化。
观测技术
利用射电望远镜等设备观测天体辐射的电磁波，通过测量其频率变化来研究天体的运动状态、距离等信息。
《大学物理波动学》ppt课件
contents
目录
• 波动学基本概念与原理 • 机械波 • 电磁波 • 干涉与衍射现象 • 多普勒效应与波动能量传输 • 非线性波动与现代光学技术
01
波动学基本概念与原理
波动现象及分类
机械波
介质中质点间相互作用力引起的波动，如声波、水波等。
电磁波
电场与磁场交替变化产生的波动，如光波、无线电波等。
物质波
微观粒子（如电子、质子等）具有的波动性，又称德布罗意波。
波动参数与描述
波长
相邻两个波峰或波谷之间的距离，用λ 表示。
波速
波在介质中传播的速度，用v表示。 对于机械波，v取决于介质的性质； 对于电磁波，v在真空中为光速c。
频率
单位时间内波源振动的次数，用f表示 。
接收电磁波需要相应的接收装置，如收音机通过天线接收无线电波，并通过调 谐电路选择特定频率的信号进行放大和处理。
04
干涉与衍射现象
干涉现象及条件
01
02
03
干涉现象
两列或多列波在空间某些 区域相遇时，振动加强而 在另一些区域振动减弱的 现象。
干涉条件
两列波的频率相同，相位 差恒定，振动方向相同。
实验步骤
设置声源和接收器，使它们之间存在相对运动；测量接收器接收到的声波频率， 并与声源发出的声波频率进行比较；分析实验结果，得出结论。
电磁波多普勒效应观测技术
观测原理
电磁波多普勒效应与声波多普勒效应类似，当电磁波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的电磁波频 率也会发生变化。
观测技术
利用射电望远镜等设备观测天体辐射的电磁波，通过测量其频率变化来研究天体的运动状态、距离等信息。
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目录
• 波动学基本概念与原理 • 机械波 • 电磁波 • 干涉与衍射现象 • 多普勒效应与波动能量传输 • 非线性波动与现代光学技术
01
波动学基本概念与原理
波动现象及分类
机械波
介质中质点间相互作用力引起的波动，如声波、水波等。
电磁波
电场与磁场交替变化产生的波动，如光波、无线电波等。
物质波
微观粒子（如电子、质子等）具有的波动性，又称德布罗意波。
波动参数与描述
波长
相邻两个波峰或波谷之间的距离，用λ 表示。
波速
波在介质中传播的速度，用v表示。 对于机械波，v取决于介质的性质； 对于电磁波，v在真空中为光速c。
频率
单位时间内波源振动的次数，用f表示 。
大学物理物理学波动光学PPT课件
一束光分解为振动面垂直的两束光。
S2
E
2、杨氏双缝干涉实验装置
1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个 波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现 象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了 光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。
3、双缝干涉的光程差
两光波在P点的光程差为 = r2-r1
?人的眼睛不能区分自然光与偏振光用于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器2偏振片是一种人工膜片对不同方向的光振动有选择吸收的性能从而使膜片中有一个特殊的方向当一束自然光射到膜片上时与此方向垂直的光振动分量完全被吸收只让平行于该方向的光振动分量通过即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件叫做偏振片
绪言
一、光学的研究内容 二、光的两种学说
薄膜干涉属于分振幅法
1、等倾干涉：
实验装置
在空气（或真空）中放入上
下表面平行，厚度为 e 的均 匀介质 n
光a与光 b的光程差为：
n(AB BC) (AD / 2)
光a有半波损失。
a
iD
b
n
A r
C e
B
由折射定律和几何关系可得出：
sin i nsin
AD ACsin i AC 2e tan n AB BC e / cos 代入 n(AB BC) (AD / 2)
光的干涉和衍射现象表明了光的波动性， 而光的偏振现象则显示了光是横波。光波作为 一种电磁波也包含两种矢量的振动，即电矢量 E和磁矢量H，引起感光作用和生理作用的是其 中的电矢量E，所以通常把E矢量称为光矢量， 把E振动称为光振动。
§8－1 光波及其相干条件
一、光波
1．光波的概念：
大学物理《波动》课件
t 1.0s
波形方程
y 1.0 cos( π - π x) 2
1.0 sin(π x)
y/m
1.0
o
2.0
x/m
-1.0
t 1.0 s 时刻波形图
第二节 波动学基础
3） x 0.5m 处质点的振动规律并做图 . y (1.0m) cos[2 π( t - x ) - π] 2.0s 2.0m 2
x 0.5m 处质点的振动方程
y (1.0m)cos(π t - π)
y
y/m
3
1.0
3*
2
4
4O
2
0 * 1.0 * 2.0 * t / s
1 -1.0*1
*
x 0.5 m 处质点的振动曲线
第二节 波动学基础
讨 论 1）给出下列波函数所表示的波的传播方向
和 x 0 点的初相位.
y -Acos2π ( t - x )
-
x)
2π T 2π
C
B
u B
TC
2π d dC
第二节 波动学基础
3 ） 如图简谐波 以余弦函数表示，
求 O、a、b、c 各
点振动初相位.
(-π ~ π )
t =0 A y
Oa
-A
A
O
y o π
O
A
O
y
a
π 2
O A
u
b c
A
y
y
t=T/4
x
b 0
c
-π 2
§8.5 波的干涉与衍射
波程差 r2 - r1
k k 0,1,2,
A A1 A2 振动始终加强
3 ) (k 1 2) k 0,1,2,
大学物理波动光学PPT课件
例2：例11-2
n3 n2 n1
23
n1
氟化镁 n2
玻璃
d
n3 n2
第11页/共44页
11.2 光的衍射
衍射现象： 只有当波长与障碍物的线度可比拟 时，才能观察到明显的衍射现象。
惠更斯-菲涅尔原理 子波干涉 夫琅和费单缝衍射：光源、单缝、屏幕距离无穷远 缝宽a、波长λ、焦距f、衍射角φ
S
L1 R
入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失。折射光 没有半波损失。
第7页/共44页
光程
真空中: C、 介质中: C' 、 '
同一束光在不同的介质中频率不变。
C C' '
n C C' '
'
n
2 r 2 nr '
即光在介质中传播r的波程与其在真空中
传播nr的波程产生的相位差相同.
l
dl
I I0
ln I l
I0
I I 0 e l
dl
I0
I
c I I0e cl
朗伯-比尔定律
第29页/共44页
令透射比 吸收度 消光系数
T I e cl I0
A logT cl loge
loge
比色计 分光光度计 光谱分析
A cl
第30页/共44页
本章小结
➢ 干涉：杨氏双缝干涉 薄膜干涉、半波损失、光程
I
0
一级光谱
ab
三级光谱 二级光谱
第40页/共44页
sin
光谱分析
由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成 分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分 析出元素的含量．
《波动光学》ppt课件
物理意义
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
大学物理-波动光学-波动光学(ppt模板)
2ne
k
3
空气
1
2
n 1=1
k 0, 0 1.70 106 m k 1, 1 5.67 107 m k 2, 2 3.40 10 m
7
肥皂膜
空气
e
n=1.33 n 1=1
绿色
5 4
由反射光减弱的条件得: 2ne ( 2k 1 ) 2 2 k 0 ,1 ,2 ,
获得相干光的途径（方法）
分波阵面法
从同一波阵面上的不同部分产生的次级波满足相干条件。
分振幅法 利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅 (能量)较小的两束相干光。
分波阵面法 分振幅法
P
S*
S *
P · 薄膜
3、光程与光程差
c u (1).光在折射率为n 的介质中的传播速度： n (2).光在折射率为n 的介质中的波长： n n
波动方程
x y A cos[ ( t ) ] ut x Acos[ 2 ( ) ] T
两列频率相同，振动方向 平行，相位相同或相位差恒定 的波（相干波）相遇时，使某 些区域振动始终加强，而另一些区域振动始 终减弱的现象 3 、干涉的讨论 设两列相干波的波源 s1 和 s2 其振动方程 r1
5 4
四、常见的两种等厚薄膜干涉 1．劈尖干涉 （1）装置：图示G1下表面和G2上 表面形成劈尖中间为空气（n=1）— 空气 劈尖 G1 （2）干涉条纹 n G2 光线垂直入射，反射光 (1)(2)的干涉，光程差 2nd S（1） 2 （为什么） （2） （明） k n 2nd （暗）
（光在介质界面反射时相位突变引起）
2
2024版大学物理学(全套课件下册)马文蔚
态的变化过程。
宇宙的基本规律和演化
03
研究宇宙的大尺度结构、天体演化、宇宙起源和演化等基本问
题。
物理学的研究方法和意义
实验方法 通过实验手段观测和测量物理现象， 验证物理规律和理论。
理论方法
通过数学和物理理论，建立物理模型 和理论框架，解释和预测物理现象。
计算方法
利用计算机进行数值模拟和计算，研 究复杂物理系统的性质和行为。
物理学的意义
物理学的研究不仅有助于人类认识自 然规律，也为其他科学和工程领域提 供了基础理论和技术支持。
大学物理学的课程内容和要求
课程内容
大学物理学通常包括力学、热学、 电磁学、光学、近代物理等基础 内容，以及一些拓展内容，如相 对论、量子力学等。
课程要求
学生需要掌握基本的物理概念、 原理和定律，具备分析和解决物 理问题的能力，同时培养实验技 能和科学思维方法。
利用几何光学原理设计的仪 器，如显微镜、望远镜、照
相机等。
利用全反射原理实现光信号 在光纤中的长距离传输，具 有传输容量大、抗干扰能力
强等优点。
利用受激辐射原理产生高强 度、高单色性、高方向性的 光束，广泛应用于工业加工、
医疗、科研等领域。
利用光学系统对信息进行变 换和处理，如全息照相、光
学计算机等。
02
03
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物 理量。
毕奥-萨伐尔定律
计算电流元在空间中产生 磁场的定律。
磁场对电流的作用
探讨磁场对通电导线的作 用力，即安培力。
电磁感应
1 2
法拉第电磁感应定律 描述磁场变化时会在导体中产生感应电动势的定 律。
楞次定律
判断感应电流方向的定律，即感应电流的磁场总 是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
大学物理波动光学部分专选课件
一、光源
10.1 光的相干性 光程
1、光（可见光）指真空中波长为4000~7600 Å 的电磁波。
7A 6 ~ 6 0 A 3 ~ 6 0 0 A 0 ~ 5 0 0 A 7 ~ 5 0 0 A 0 ~ 4 0 0 A 5 ~ 4 0 0 A 3 ~ 4 0 0 A 0 0
红
橙
黄
绿
青 兰紫
光是横波 真空中 c 1 3108m/s
用白光光源产生彩色干涉条纹
k3 k2
5. 零级明条纹的位置
实
s1
验
d o
装
s2
置
k 1 k 2k 3
r1
r2
p x
D
____
____
由图可知，由于____S0S1 ____S0S2 ，因此零级明条纹位于观察屏中心
x=0处。如果 S0S1 S0S2 ，则零级明条纹将发生上下移动。例如，
当光源S0沿竖直方向上移时，零级明条纹将下移。
2、分振幅法： 利用光的反射和折射将一束光分为两部分。
s1
P
s
s2
分波阵面法
分振幅法
四、光程 光程差:
1.光程 当光在 某一媒质中（n）传播、通过路径 r 时，
振动相位的改变量为
2 r n
n
unc
n
n
2 n r2nr
1
u
r
2
定义：若光在折射率为n 的介质中传播的几何距离为r ， 则光程为 nr 。
激光光源的特点：其发光机理是受激辐射 。每个原子发出的光 波列的频率、初相位、振动方向都相同。相干性好
二 、光的单色性和相干性 1、光的单色性
1）单色光：具有单一 频率（波长）的光。 2）复色光：含有很多不同频率的光。 3）准单色光：由一些波长相差很小的单色光组合而成的光。
2024版大学物理物理学波动光学ppt教案
大学物理物理学波动光学ppt教案•波动光学基本概念与原理•干涉现象及其应用•衍射现象及其应用•偏振光及其应用目录•波动光学实验方法与技巧•课程总结与拓展延伸01波动光学基本概念与原理光具有电磁波的基本性质，包括电场和磁场的振动以及传播速度等。
光是一种电磁波光的波动性表现光的波粒二象性光具有干涉、衍射、偏振等波动性质，这些性质是光作为波动现象的重要表现。
光既具有波动性质，又具有粒子性质，这种波粒二象性是量子力学中的基本概念。
030201光的波动性质1 2 3描述光波传播的基本方程，包括振幅、频率、波速等参数。
波动方程波速等于波长乘以频率，这一关系在波动光学中具有重要意义。
波速、波长、频率关系不同波长的光在介质中传播速度不同，导致光的色散现象。
色散现象波动方程与波速、波长、频率关系光的偏振现象及原理偏振现象光波中电场矢量的振动方向对于光的传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。
偏振光的产生通过反射、折射、双折射和选择性吸收等方法可以获得偏振光。
偏振光的检测通过偏振片、尼科耳棱镜等可以检测偏振光。
干涉和衍射现象概述干涉现象01两列或几列光波在空间某些区域相遇时相互加强，在某些区域相互减弱，形成稳定的强弱分布的现象。
产生干涉的条件是波的频率相同，振动方向一致，相位差恒定。
衍射现象02光绕过障碍物继续向前传播的现象叫做光的衍射。
产生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长相差不大或比波长小。
干涉和衍射的应用03干涉和衍射现象在光学测量、光学信息处理等领域有广泛应用。
02干涉现象及其应用03干涉条纹特点等间距、等光程差、明暗相间。
01双缝干涉实验装置与原理通过双缝的相干光源产生干涉现象，观察干涉条纹的分布和变化。
02干涉条件分析满足相干条件的光源，如单色光、点光源等，以及合适的双缝间距和屏幕距离。
双缝干涉实验及条件分析光在薄膜上下表面反射后产生干涉现象，形成彩色条纹。
薄膜干涉原理肥皂泡、油膜等薄膜干涉现象的观察和分析。
大学物理波动光学教学课件
偏振的应用与技术
01
光学成像技术
利用偏振现象可以改良光学成像的质量，如通过使用偏振眼镜来消除反
射光的影响，提高观看3D电影的视觉效果等。
02
光纤通讯技术
在光纤通讯中，利用偏振复用技术可以提高传输速率和传输效率，同时
也可以实现更远距离的传输。
03
光学信息处理技术
利用偏振现象可以实现光学信息处理，如光学图像处理、光学模式辨认
实验三：光的偏振实验
实验目的
通过实验视察和分析光的偏振现象，了解光的电磁性质。
实验原理
利用偏振片将自然光转化为偏振光，视察不同角度下偏振光的强度变化。
实验三：光的偏振实验
实验步骤
1. 准备实验器材：自然光源、偏 振片、检测器等。 2. 将自然光源通过偏振片转化为 偏振光。
实验三：光的偏振实验
3. 在检测器上视察不同角度下偏振光 的强度变化。
随着计算机技术和数值计算方法的不断进步，未 来波动光学的研究将会更加深入，有望解决一些 当前难以解决的问题。
未来波动光学将会与量子力学、光子学等领域更 加紧密地结合，有望开辟新的研究领域和应用场 景。
谢谢您的凝听
THANKS
VS
实验结果与分析：通过实验视察到不 同角度下偏振光的强度产生变化，分 析得出这是由于光的电磁性质导致的 。
06
总结与展望
总结
波动光学的基本概念
这部分内容主要介绍了波动光学的定义 、研究内容和研究意义。
波动光学的基本原理和方法
重点讲授了波动光学的基本原理、光 的干涉、衍射和偏振等基本概念，以
及波动光学的基本实验方法。
实验二：光的衍射实验
实验步骤
1. 准备实验器材：单色光源、单缝或圆 孔衍射装置、屏幕等。
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15
F F 22 sc in2o 2 F 1s sF 1 i c n1o 1 d s d xd0 22yt
y
1
2和1很小CO 2 S CO 1 S 1
F2
2
F1F2 F
F1
sin2 tg2 d dy x |xdx
sin 1 tg1 d dy x|x F(d dy x |xdx d dy x |x)dd x d22 y t|x
yAco stux0
10
表示波射线上不同质点在不同时刻的位移
----行波
波动方程不仅表示波射线上给定点的振动情况，某 时刻波形，初位相及比原点落后的相位，
还反映了振动状态的传播，波形的传播，能量的传播，
由 yAco2s(Tt x)0
看出t或x每增加T或λ,相位重复出现，反映了时间和空间的周期性。
例：
x x+dx
x
d ( dy ) dx dx
F
d2y dt 2
x
2 y x2
F
2 y t2
2 y 1 2 y 对比 x2 u2 t2
t
得 u
F
15-3 波的能量
16
一 波动能量的传播
设在棒中传播的一维简谐波的表达式
yAc os(t x)
u
x 处点质元 dm dV sd的x动能:
d
W k1 2d
m v21d
y(x,t)Acostux0
定义角波数 k 2 u
6
y (x ,t) A co t s k( x0 )
沿负方向传播的波的方程 同一振动状态X处比0处超前t=x/u
y(x,t)Acostux0
y(x,0)Acosux0
y (x ,t) A co t s k( x0 ) y(0,ux)Aco sux0
定义 波矢 k
例：
( r ,t) A co t k s r (0 )
(r,t)Ac
r
ots(k r0)
“+” 会聚球面波 “-” 发散球面波
二 波函数的物理意义
7
1、当 x 一定时, 例: x = x0 = 常数
yAco stux0
yAco stxu00
令常数 x0
u
0 1
y A cot s1 ----x0处简谐振动运动方程
yAcos2
x
9
------ t=0 时各质点的位移
T 2） t 0 4
yAcosT42x
3） t 0
T 2
yAcosT22x
t0 = T 波形恢复原样 而在一个 T 内波形向右移动了
T 这个物理量从时间 y
上反映了波的周期性 O
t T/4
t 0
t2T/4 x
t3T/4
3、x , t 都变
ty 10 0.1 0uc01 o 12 s 0([0 t 0 11 02 x2)0 0 3]0t =0uMT处u2φM=2-π(4/m 2 )
三 波动微分方程
x xdx 13 dx
取小质元 a b = d x 体积为 d V = s d x
质量为 d m = s d x
ab
设质元被拉伸形变：
x2 E t2
dm2t2ysdx2t2y
由波函数 y(x,t)Acostux0 可得
对比上式
纵波波速 u 1
E
E为杨氏模量
2y 1 2y
横波波速 u 2
G
三维情况：
G为剪切模量
x2 u2 t2
2 1 2 0
u2 t2
式中 2x22y22z22 称为 拉普拉斯算子
建立弦微小振动的波动微分方程
u
求：波函数和波长
0.05
解：设 由图y AA c0.1o 0(cs(tm [)u x)0] 0
M 10
x(m)
如何确定 ω φ0 ? 由初始条件：y0=A/2 v0<0
如何确定 ω ?
-0.10 Φ0=π/3
t =0 x=0
Φ0= π/3
由M M点 点状0 态 t经 M yMo =03M vM2>1 0 5 0 6 s1ΦsM与 = 0 -π点 /2t0状 0AA 态 A/2 相y 同
机械波产生的条件
二 横波与纵波
共性：波动性
1）波源
2
2）弹性媒质
3
三 常用的概念
4
周期： T
(时间)频率：1/T 2/T
波长：
空间频率： ~1/ 波数： k 2
波速： u v
T
2
相速：
波面： 波前
波线：波的传播方向 各向同性介质，波线与波面垂直
球面波：
平面波：
15-2 平面简谐波的波函数
5
2
V y 2
t
1 2A2si2n(tx)dV
2
u
弹性势能
dWp
1Kdy2
2
弹性势能
dWp
1Kdy2
2
17
E F s y x
FEysKdy K Es 1
x
dx
dpE 1 2K d2y 1 2E d sd x2y 1 2Ed d s2x x d2y
一 平面简谐波的波函(r数,t) ----- 波函数
设一维平面简谐波以相速 u 沿 x 轴正向传播, t时刻波形如图
y
u
O
P
x
O 点的振动位移为
P 点的振动位移为
( op = x )
y(0 ,t)A co t s (0)
y(x,t)Acostux0
或 y(x,t)Aco2sT t x0y(0,0)y(x,u x)Aco0 s
11
已知：图示为波源（x=0处）振动曲线 y(cm)
且波速u=4m/s, 方向沿x轴正向. 0.5
求：t=3s时波形曲线（大致画出）
解： y(cm) 0.5
u=4m/s
0 1234
t(s
-0.5
0 4 8 12 -0.5
x(m)
例2 正向波在t =0时的波形图 y (cm)
t =0时
12
波速u=1200m/s
y
y dy
xy 受弹性力 F
xdxydy受弹性力 FdF
(FdF)Fdm2t2y
利用胡克定律有： FEl Ey (应力与应变成正比）
E为杨氏模量
s
E
协l强
协变
x
y
为应力：
或协强
F s
因此 F Es y
x 以看出倔强系数
K
Es
x
dx
F Es y x
dFEsx2y2 dx
14
2 y 2 y
第十五章 波 动
1
波动
振动在空间的传播过程（一定运动形态的传播过程）
{机械波
波动 电磁波 概率波（微观粒子波动性）
15-1 机械波的几个概念
例：抖动绳子 扰动的传播（行走）
行波
y Ox
一次扰动（脉冲）的传播
u
脉冲波
O点: y0 f (t)
P
x
P点:
y f (t x) u
脉冲波波函数
一 机械波的形成
2
yAcTos2t
T
1
t每增加T，y不变
反映了振动的时间周期性
2、当 t=t0=常数
8
yAcost0ux0
令 t00 1
yAco ( st00)2 x
Acos1
2
x
x每增加λ，ξ（或y)不变
反映了波的空间周期性
------ t0 时刻各点振动周相不同
t0时刻的波形
当 0 = 0 1） t0= 0