自主招生物理讲义(3)PPT课件
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n1 1.5 8 1
等厚干涉条纹
平行光照射到表面平整，厚度不均 匀的薄膜上产生的干涉条纹。
条纹定域于薄膜的上表面。
1. 劈尖干涉
平行光垂直入射，薄膜上下表面
之间夹角极小。
2nd
2
k
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ12
薄膜厚度d 相同之处对应于同一级条 纹，因此称为等厚干涉条纹。
a
dn
条纹特点： 2ndk
2
形状：平行于劈尖的直条纹
R
也与内圆相切。
O
只要a≥rc，入射光线可全部由B射出。
sina
sinic
1 n
d A
B
sin a R
R 1
Rd R d n
R d min
1 2 n1
§ 双缝干涉
一、双缝干涉
光程差：
r2r1dsindtan dL x
x
P x
0I
L
缝间距d 10 -4m， L m
明纹 k xkkdL k = 0，1，2，…
所以 i0 arcsn1i0nn (g2nc2)
n0 sini0
称为光学纤维的数值孔经，它决定了可经光学 纤维传递的光束的入射角.
玻璃棒横截面为矩形，平行光由A垂直入射，为使由A进入的 光全部由B射出，R/d的最小值？已知n=1.5。
由A内侧入射的光线与内圆相切，它入
a
射到外圆的入射角a最小，其反射光线
暗纹
(2 k 1 ) 2
x (2 k 1 ) (2 k 1 )2 L d
条纹间距 xxk1xkdL
条纹特点：
I
（1）平行的明暗相间条纹
（2） 不太大时条纹等间距 M
（3）中间级次低
（4）x
x-2 x-1 0 x+1 x+2 x
明纹 k xkkdL k = 0，1，2，…
暗纹
(2 k 1 ) 2
700nm波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30，玻
璃折射率为1.50，求油膜的厚度。
解： 2n1d(2k1)21
2n1d[2(k1)1]22
n1 n2
(2k1)1(2k1)2
2
2
k 3
d6.73104(mm )
两个直径有微小差别的彼此平行的圆柱之间的距离为L，
夹在两块平晶的中间，形成空气劈尖，当单色光垂直入 射时，产生干涉条纹。如果两圆柱之间的距离L变小， 则在L范围内干涉条纹的 （A）数目增加，间距不变； （B）数目减少，间距变大； （C）数目增加，间距变小； （D）数目不变，间距变小。
x (2 k 1 ) (2 k 1 )2 L d
条纹间距
xxk1xk
L
d
条纹特点： （1）平行的明暗相间条纹
（2） 不太大时条纹等间距
（3）中间级次低
（4）x
I
M
x-2 x-1 0 x+1
x+2 x
二、其它双缝型干涉装置
1. 菲涅耳双面镜
S：实光源，S1、S2：虚光源 S
M1、M2：平面反射镜
两虚光源为相干光源， 阴影部分出现干涉
光电效应的实验规律
1. 光电效应 光照射在金属及其化合物 的表面上发射电子的现象 称为光电效应 (photoelectric effect)。
(1) 实验装置-光电管 在阴极金属表面逸出 的电子称为光电子 (photoelectron),
电路中出现的电流形成 光电流 (photocurrent)
(2) 实验规律
条纹级次分布：厚度越大，级次越高。劈尖处为0级暗条纹
条纹间隔分布：dk1 dk
2n
相邻明（暗）条纹对应的薄膜厚度
差相等，为该媒质中的半个波长。
∴条纹等间距分布。
相邻条纹间距
ldk1dk sina 2na
a
dn
劈尖干涉的应用 主要用于测量微小直径、厚度，表面平整度、平行度等。
h
标
待
准
测
如用白光垂直入射到空气中厚为320nm的肥皂膜上
光学纤维
p i
2
n0
B
nc
A i
i
ng
nc
当
p
2
i
ic
时，光能够沿光纤的内壁由光纤的一端
传到另一端.
由
p
2
i0
ic
B点： ngsinp2(i0)nc
p i
2
n0
B
nc
即 ngcoi0s nc
A i
i
ng
A点： ngsiin0 n0siin0
nc
即 n 0si0n n g (1 c2 o i0 )s n g 2 n c 2
用薄云母片（n=1.58）覆盖在杨氏双缝的中一条缝上，这
时屏上的零级明纹移到原来的第七级明纹处。如果入射光波
长为550nm，问云母片的厚度为多少？
解：原七级明纹P点处
d
r1
P
r2 r1 7
S
插入云母后，P点为零级明纹 1S
r2
0
2
r 2 r 1 d n d 0
7dn1
d7755 10 9 06.61 6 0 m
（其折射率n=1.33），问肥皂膜呈现什么色彩？
解： 2nd k
2
2nd
k 1 2
取 k = 1，2，3代入上式，分别得：
14nd 17n0m 0 红外
2
4n 3
d567nm
黄光！
3
4n 5
d34n1m
紫外
平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，油膜覆盖在玻
璃板上。所用光源波长可以连续变化，观察到500nm与
n1 n 2 当i由0增大至p/2时r也增大，但不可能增大到p/2
n1 n2 r的增大速度比i快，折射角大于入射角。
当r= p/2时
sin i n2 1 n1
继续增大入射角，折射光线将回到
第一种介质中传播。
全反射
临界角
ic
sin 1
n2 n1
sin i n2 sin r
n1
ii n1
n2 r
M1
S1
S2
2. 洛埃镜
S：实光源，S1：虚光源
M：平面反射镜
S
阴影部分出现干涉
S1
M2 M
用白光为光源做双缝干涉实验时，在屏幕上出现了彩 色干涉条纹。若在一条缝前放红色滤光片，在另一条 缝前放绿色滤光片，则（ ） A．在屏上只有红色和绿色的干涉条纹出现，其它颜 色的干涉条纹消失 B．在屏上红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的 干涉条纹存在 C．任何颜色的干涉条纹都消失，但屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮
光学 光的波粒二象性
光的反射与折射 光的干涉 光电效应 光的波粒二象性 氢原子光谱 玻尔理论
光的反射与折射
反射定律
（1）入射光线与反射光线在同一平面内 （2）入射光线、反射光线位于法线两侧 （3）入射角等于反射角
折射定律
n1siinn2sirn sin i n2 sin r
n1
ii n1
n2 r
• 饱和光电流
电流强度随光电管两 端电压的增加而增加， 在入射光强一定时光 电流会随U 的增大而 达到一饱和值 im ， 且饱和电流与入射光 强I成正比
•遏止电压
将光电管上的电压反向，电子的运动受到抑制，实验 发现当反向电压不太大时仍有光电流存在，这说明从 阴极发射的光电子具有一定的初速度，当反向电压大 到一定数值Ua 时光电流完全变为零。称Ua为遏止电压
等厚干涉条纹
平行光照射到表面平整，厚度不均 匀的薄膜上产生的干涉条纹。
条纹定域于薄膜的上表面。
1. 劈尖干涉
平行光垂直入射，薄膜上下表面
之间夹角极小。
2nd
2
k
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ12
薄膜厚度d 相同之处对应于同一级条 纹，因此称为等厚干涉条纹。
a
dn
条纹特点： 2ndk
2
形状：平行于劈尖的直条纹
R
也与内圆相切。
O
只要a≥rc，入射光线可全部由B射出。
sina
sinic
1 n
d A
B
sin a R
R 1
Rd R d n
R d min
1 2 n1
§ 双缝干涉
一、双缝干涉
光程差：
r2r1dsindtan dL x
x
P x
0I
L
缝间距d 10 -4m， L m
明纹 k xkkdL k = 0，1，2，…
所以 i0 arcsn1i0nn (g2nc2)
n0 sini0
称为光学纤维的数值孔经，它决定了可经光学 纤维传递的光束的入射角.
玻璃棒横截面为矩形，平行光由A垂直入射，为使由A进入的 光全部由B射出，R/d的最小值？已知n=1.5。
由A内侧入射的光线与内圆相切，它入
a
射到外圆的入射角a最小，其反射光线
暗纹
(2 k 1 ) 2
x (2 k 1 ) (2 k 1 )2 L d
条纹间距 xxk1xkdL
条纹特点：
I
（1）平行的明暗相间条纹
（2） 不太大时条纹等间距 M
（3）中间级次低
（4）x
x-2 x-1 0 x+1 x+2 x
明纹 k xkkdL k = 0，1，2，…
暗纹
(2 k 1 ) 2
700nm波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30，玻
璃折射率为1.50，求油膜的厚度。
解： 2n1d(2k1)21
2n1d[2(k1)1]22
n1 n2
(2k1)1(2k1)2
2
2
k 3
d6.73104(mm )
两个直径有微小差别的彼此平行的圆柱之间的距离为L，
夹在两块平晶的中间，形成空气劈尖，当单色光垂直入 射时，产生干涉条纹。如果两圆柱之间的距离L变小， 则在L范围内干涉条纹的 （A）数目增加，间距不变； （B）数目减少，间距变大； （C）数目增加，间距变小； （D）数目不变，间距变小。
x (2 k 1 ) (2 k 1 )2 L d
条纹间距
xxk1xk
L
d
条纹特点： （1）平行的明暗相间条纹
（2） 不太大时条纹等间距
（3）中间级次低
（4）x
I
M
x-2 x-1 0 x+1
x+2 x
二、其它双缝型干涉装置
1. 菲涅耳双面镜
S：实光源，S1、S2：虚光源 S
M1、M2：平面反射镜
两虚光源为相干光源， 阴影部分出现干涉
光电效应的实验规律
1. 光电效应 光照射在金属及其化合物 的表面上发射电子的现象 称为光电效应 (photoelectric effect)。
(1) 实验装置-光电管 在阴极金属表面逸出 的电子称为光电子 (photoelectron),
电路中出现的电流形成 光电流 (photocurrent)
(2) 实验规律
条纹级次分布：厚度越大，级次越高。劈尖处为0级暗条纹
条纹间隔分布：dk1 dk
2n
相邻明（暗）条纹对应的薄膜厚度
差相等，为该媒质中的半个波长。
∴条纹等间距分布。
相邻条纹间距
ldk1dk sina 2na
a
dn
劈尖干涉的应用 主要用于测量微小直径、厚度，表面平整度、平行度等。
h
标
待
准
测
如用白光垂直入射到空气中厚为320nm的肥皂膜上
光学纤维
p i
2
n0
B
nc
A i
i
ng
nc
当
p
2
i
ic
时，光能够沿光纤的内壁由光纤的一端
传到另一端.
由
p
2
i0
ic
B点： ngsinp2(i0)nc
p i
2
n0
B
nc
即 ngcoi0s nc
A i
i
ng
A点： ngsiin0 n0siin0
nc
即 n 0si0n n g (1 c2 o i0 )s n g 2 n c 2
用薄云母片（n=1.58）覆盖在杨氏双缝的中一条缝上，这
时屏上的零级明纹移到原来的第七级明纹处。如果入射光波
长为550nm，问云母片的厚度为多少？
解：原七级明纹P点处
d
r1
P
r2 r1 7
S
插入云母后，P点为零级明纹 1S
r2
0
2
r 2 r 1 d n d 0
7dn1
d7755 10 9 06.61 6 0 m
（其折射率n=1.33），问肥皂膜呈现什么色彩？
解： 2nd k
2
2nd
k 1 2
取 k = 1，2，3代入上式，分别得：
14nd 17n0m 0 红外
2
4n 3
d567nm
黄光！
3
4n 5
d34n1m
紫外
平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，油膜覆盖在玻
璃板上。所用光源波长可以连续变化，观察到500nm与
n1 n 2 当i由0增大至p/2时r也增大，但不可能增大到p/2
n1 n2 r的增大速度比i快，折射角大于入射角。
当r= p/2时
sin i n2 1 n1
继续增大入射角，折射光线将回到
第一种介质中传播。
全反射
临界角
ic
sin 1
n2 n1
sin i n2 sin r
n1
ii n1
n2 r
M1
S1
S2
2. 洛埃镜
S：实光源，S1：虚光源
M：平面反射镜
S
阴影部分出现干涉
S1
M2 M
用白光为光源做双缝干涉实验时，在屏幕上出现了彩 色干涉条纹。若在一条缝前放红色滤光片，在另一条 缝前放绿色滤光片，则（ ） A．在屏上只有红色和绿色的干涉条纹出现，其它颜 色的干涉条纹消失 B．在屏上红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的 干涉条纹存在 C．任何颜色的干涉条纹都消失，但屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮
光学 光的波粒二象性
光的反射与折射 光的干涉 光电效应 光的波粒二象性 氢原子光谱 玻尔理论
光的反射与折射
反射定律
（1）入射光线与反射光线在同一平面内 （2）入射光线、反射光线位于法线两侧 （3）入射角等于反射角
折射定律
n1siinn2sirn sin i n2 sin r
n1
ii n1
n2 r
• 饱和光电流
电流强度随光电管两 端电压的增加而增加， 在入射光强一定时光 电流会随U 的增大而 达到一饱和值 im ， 且饱和电流与入射光 强I成正比
•遏止电压
将光电管上的电压反向，电子的运动受到抑制，实验 发现当反向电压不太大时仍有光电流存在，这说明从 阴极发射的光电子具有一定的初速度，当反向电压大 到一定数值Ua 时光电流完全变为零。称Ua为遏止电压