物理光学

实验：用双缝干涉测量光的波长
2.测定单色光的波长
(1)安装好测量头､调节至可清晰观察到干涉条纹.
(2)条纹间距用测量头测出,如图测量头由分划板,目镜,手 轮等构成,转动手轮,分划板会左右移动,测量时应使分 划板中心刻线对齐某条亮条纹中心,记下此时手轮上的 读数a1,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一条亮条纹 中央,记下此时手轮的读数a2;并记下两次测量的亮(或 暗)条纹数n.则相邻两条亮(或暗)条纹间距
条条亮 条条
亮亮纹 亮亮
纹纹
纹纹
第 第第第 第第 三 二一一 二三 条 条条条 条条 暗 暗暗暗 暗暗 纹 纹纹纹 纹纹
条纹间距
由结论可知：各种色光的波长不相同，由不同的色光作光源，在双缝宽度和缝、屏宽度相 同的情况下，形成的干涉图样的条纹间距是各不相同的，红光的条纹间距最宽，紫光的最窄。
..
白光的干涉图样
标准样板
楔性空气薄层
被检测平面
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
3 2 2
2
左凹右凸
薄膜干涉的应用（二）——牛顿环
中心为暗纹
薄膜干涉的应用（三）——增透膜
镀层 薄膜
在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两 个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增 强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
光的衍射
入射光波 衍射屏(障碍物)
观察屏
衍 射 图 样
狭缝
圆孔
圆屏
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。
单缝衍射
取一个不透光的屏，在它的中 间装上一个宽度可以调节的狭 缝，用平行的单色光照射，在 缝后适当距离处放一个像屏 。
用白光做衍射实验时，得到的条纹是彩色的。这是因为白光中 包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的条纹间距不同，于是各种 色光就区分开了，这就是光在衍射时的色散。
白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的条纹间距不同， 于是各种色光就区分开了，这就是光在衍射时的色散。
折射中的色散
白光经过棱镜后在光屏上形成一条彩 色的光带，红光在上端，紫光在最下 端，不同色光通过棱镜的后的偏折角 度不同是因为棱镜材料对不同色光的 折射率不同．
薄膜干涉的应用（三）——增反膜
薄膜干涉中的色散
1、现象：若单色光照射，形成明 暗相间的条纹，由于重力作用， 上面疏，下面密；若是白光照射， 则形成彩色条纹。
2、成因：薄膜两表面反射的光互 相叠加发生干涉现象。
3、产生干涉条纹的条件：薄膜厚 度有变化
单色光成单色条纹；复色光成彩色条纹
衍射中的色散
光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色
光按其波长（或频率）的有序排列叫做光谱。
光的色散：复色光分解成单色光的现象叫做光的色散
目录
CONTENTS
01 干 涉 中 的 色 散
02 衍 射 中 的 色 散
03 折 射 中 的 色 散
薄膜干涉
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。
相干光源：光从薄膜的前、后两个表面反射出来两个 光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。 光程差为半波长的偶数倍，形成亮条纹。 光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
(6)换用不同颜色的滤光片,观察干涉 4、若干涉条纹不清晰，与单缝和双缝是否平行有
条纹的异同,求出相应的波长.
很大关系
5、要多测几条亮条纹(或暗)中心间的距离,再求Δx.
02 光的衍射
波的衍射
问题1．什么是波的衍射现象？ 波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕 到障碍物阴影里去继续传的现象叫波的衍射。 问题2．发生明显衍射的条件是什么？
实验：用双缝干涉测量光的波长
四､实验过程 1.观察光的干涉图样 (1) 接通电源,闭合开关,使灯丝正常发光，一般先把光源和遮光筒依次放于光具座上，
调整光源高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线. (2)安装单缝和双缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,两者之间距离
约为5 cm—10 cm,这时可观察白光的干涉条纹. (3)在单缝和光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.
x | a2 a1 | . n 1
实验：用双缝干涉测量光的波长
(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距 五、注意事项：
离l.
1、双缝与单缝相互平行，且竖直放置
(4)将l、d、Δx代入公式求出光的波 2、光源、虑光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒
长λ.
的中心轴线上
(5)重复测量,计算,求出波长的平均值. 3、若出现在光屏上的光很弱，由于不共轴所致
双缝干涉图样
单 色
S1
激
光 束
S2
双缝
屏
暗条纹的中心线 暗条纹的中心线 亮条纹的中心线 亮条纹的中心线
图样有何特征？ 明暗相间 等间距 中央亮条纹
条纹间距
r12
L2
(x
来自百度文库
d 2
)
2
,
r22
L2
(x
d )2 2
r22
r12
L2
(x
d )2 2
L2
(x
d 2
)
2
2dx
r22 r12 (r2 r1)(r2 r1) r
（单色光）波长越小，条纹间距越小 单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹
惠更斯原理：实际衍射现象可以看做很多子波源的干涉。
圆孔衍射
孔较大时——屏上有清晰的光斑（光沿直线传播） 孔较小时——屏上出现衍射花样（明暗相间的间距不等的同心圆环）
圆盘衍射（泊松亮斑）
阴影外有明暗相间的圆条纹，在其影子的中心有一个”泊松亮斑“
白光经过棱镜后在光屏上形成一条彩色的光带 （红光在上端，紫光在最下端)
折射中的色散
光 学
几何光学
光的反射 光的折射 全反射
物理光学
光的干涉 光的衍射 光的偏振
谢谢观看
单击此处添加副标题内容
衍射光栅
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
a.N=1
仪器，产生的条纹分辨程度高。 b.N=2
可分为透射光栅和反射光栅。
c.N=3
d.N=4
增加狭缝的个数，衍射条纹宽度变窄，亮度将增加。
03 光的色散
光的颜色
1.光的颜色由色光的频率决定； 2.不同颜色的光频率不同，在同种介质中传播时波长不同，波速不同； 3.光由一种介质进入另一种介质时，频率不变，故光的颜色不变。
①明暗相间的彩色条纹； ②中央为白色亮条纹； ③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； ④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
实验：用双缝干涉测量光的波长
一､实验目的
1.观察白光及单色光的干涉图样.
2.测定单色光的波长.
二､实验原理 三､实验器材
x l
d
光源､滤光片､单缝、双缝、遮光筒､光屏、测量头（主要 包括分划板、手轮、目镜）及光具座
2d=nλ时，亮条纹；2d=（n+1/2）λ 时，暗条纹
薄膜干涉
波长λ越长，干涉条纹越宽
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
光在空气层的上下 表面发生反射,这两 束反射光发生干涉.
如果被检测表面的平整的,将看到与 底线平行的干涉条纹.
原因是厚度相等的地方，光程差一样、干 涉情况一样，即某一处反射回来的两列波 叠加，若光振动加强，产生亮点，那些与 这处厚度相等的地方都是亮点，这些亮点 组成彼此平行的亮纹,反之是暗纹
振动，振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的 地方，故应出现亮纹，这一条亮纹叫中央亮纹。
P点在S1S2的垂直平分线上
（又叫零级亮纹）
叠加（振动）加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
干涉原理
亮条纹 暗条纹
r 2n
2
r 2n 1
2
（ n=0，1，2，3…） （ n=0，1，2，3…）
L d ,且L x 所以有r1 r2 2L 即： r d x
L
r k(k取1，2，3......)时，出现亮条纹 相邻两亮条纹间距x对应的r 即： x L
d
r 2k 1 (k取1，2，3......)时，出现暗条纹
2
相邻两暗条纹间距x对应的r
即： x L
d
条纹间距
双缝 S1
S2
红滤色片
两个独立光源发出的光，不可能是相干光源，必须是同一点 光源（或线光源）发出的一束光分成两束，才能得到相干光
干涉原理
双缝
S1 S2
屏幕
P1第一亮纹 P中央亮纹
由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同，又 经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的是波峰， 另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波 谷，另一条传来的也一定是波谷，确信在P点激起的
屏幕
△x
S2
x L △x
d
★条纹间距的含义：亮纹或暗纹之间的距离总是 相等的，亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间 的距离叫做条纹间距。
★我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗 的地方，从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暗和最暗之间的距离。
双缝干涉图样
第第中 第第
二 一间 一 二
s 单缝
屏幕
单缝衍射条纹的特征
条纹不等间距， 中央条纹亮而宽， 两侧条纹较暗较窄，对称分布
单缝衍射图样规律
不同缝 宽的单 缝衍射
不同色 光的单 缝衍射
①波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽， 各条纹间距越大。
②单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽， 条纹间隔越大。
③白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为 彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内 侧为紫色。
干涉条纹和衍射条纹的区别
干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢。 衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。
（双缝）干涉图样 双缝间距越小，条纹间距越大 （单色光）波长越小，条纹间距越小 单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹
（单缝）衍射图样 单缝宽度越小，条纹间距越大
目录
CONTENTS
01 光 的 干 涉 02 光 的 衍 射 03 光 的 色 散 04 光 的 偏 振
01 光的干涉
干涉条件 相 干 光 源
频率相同 相位差恒定 振动方向相同
模拟装置
滤光片的作用： 获得单色光
单缝 双缝
屏幕
单缝的作用： 获得线光源 双缝的作用： 获得相干光源
普
S1
通
S
光
源