2013年4月自考《物理(工)》串講第十一章(1)
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第十一章 波動光學(xué)
本章內(nèi)容是振動和波動理論在光學(xué)中的應(yīng)用，也是一重點(diǎn)章節(jié)。
一、光的干涉、楊氏雙縫干涉(識記)
光具有波粒二象性。當(dāng)光傳播時，波動性起主要作用，表現(xiàn)出干涉、衍射、偏振等特性。當(dāng)光與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(如物質(zhì)發(fā)光和對光的吸收)，光的粒子性起主要作用。
光的干涉既與機(jī)械波的干涉有相同的規(guī)律，但是還有其特殊的規(guī)律。
普通光源發(fā)出的光是由大量原子發(fā)光的總和，因此普通光源是非相干光源。要通過普通光源獲得相關(guān)光，常用的有以下兩種裝置：
1、以楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)(和勞埃德鏡)為代表的方法：就是把同一光源發(fā)出的光在達(dá)到某一波陣面時將其再分成兩束，使它們經(jīng)歷不同的光程再會聚，以實(shí)現(xiàn)干涉，稱為分波前法。
在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，要掌握兩相干光的光程差的計(jì)算：δ=x.d/D
相應(yīng)干涉光的相位差的計(jì)算：Δφ=2πxd/(λD)
并由此計(jì)算明條紋或暗條紋距中心的距離。即：
x=kDλ/d 及 x=(2k+1)Dλ/2d 所以兩相鄰明條紋和暗條紋間的距離Δx=Dλ/d
干涉條紋是一系列等距分布的明暗相間的直條紋。根據(jù)此式子，討論D、d、Δx，及λ變化的關(guān)系。
2、以劈尖為代表的薄膜干涉，其次還有牛頓環(huán)、增透膜等。其基本方法是將一束單色光經(jīng)薄膜上下表面反射后分成兩束相干光在薄膜表面附近相遇而發(fā)生干涉。此法實(shí)為把原光束的振幅分成振幅相近的相干光，故稱為分振幅法。
光程的概念：如果光在任意介質(zhì)中，都采用真空中的波長λ來計(jì)算相應(yīng)的變化，那么就必須把幾何路程r乘以折射率n.這個nr 就是光程。通過光程的引入，可以把單色光在不同介質(zhì)中的傳播都折算為該單色光在真空中的傳播。
在劈尖形成的光干涉中，由上下表面反射的兩束光的光程差δ為：
δ=2nh+λ/2 (λ/2是光線由下表面反射時引起的半波損失)
相干條件：δ=kλ時，(k為正整數(shù))產(chǎn)生明條紋，δ=(2k+1)λ/2時，產(chǎn)生暗條紋，因?yàn)檫@些條紋的產(chǎn)生都與薄膜的一定厚度相對應(yīng)，所以稱這些條件為等厚條紋。在劈尖的棱邊處，任何光都只能產(chǎn)生暗條紋。
相鄰明(暗)紋的厚度差為Δh=λ/2n
相鄰明(暗)紋的間距為：l=λ/2nθ
根據(jù)上述干涉公式計(jì)算微小厚度，如例11.2。(簡單應(yīng)用)
牛頓環(huán)的暗環(huán)半徑公式：r暗=√kRλ (k為正整數(shù))
牛頓環(huán)為明暗相間，內(nèi)疏外密的同心圓，但環(huán)心是亮斑還是暗斑則決定于薄膜內(nèi)外的介質(zhì)性質(zhì)。
二、邁克爾孫干涉儀(識記)
記住邁克爾孫的名字吧，多么偉大的人兒!這種儀器主要由兩個精密反射鏡和一塊半透半反的分光板及一塊透明補(bǔ)償板組成。運(yùn)用邁克爾孫干涉儀可以方便地測得光的波長。Δd=Nλ/2
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