光的波動性 第一節 光的干涉 第一個問題光到底是什么 17世紀形成了兩種學說 微粒說 認為光是從光源發出的一種物質微粒 在均勻介質中以一定的速度傳播 代表人物 牛頓 英國 能解釋 光的直進現象 光的反射 不能解釋 同時發生反射和折射 幾束光相遇而互不干擾 波動說 認為光是在空間傳播的某種波 代表人物 惠更斯 荷蘭 能解釋 同時發生反射和折射 幾束光相遇而互不干擾 不能解釋 光的直進現象 由于早期的波動說不能用數學作嚴格的表達和分析 牛頓在物理界的威望 微粒說一直占上風 19世紀初 在實驗中觀察到光的干涉和衍射現象 不能用微粒說解釋 因而證明了波動說的正確性 是什么波 19世紀60年代性 麥克斯韋預言電磁波存在 光也是一種電磁波 赫茲實驗證實這種學說 波動說得到了公認 19世紀末 發現了新現象 光電效應 用波動說無法解釋 愛因斯坦于20世紀初提出光子說 認為光具有粒子性 從而解釋了光電效應 這兒的粒子不同于牛頓所說的微粒 光到底是什么 現在人們認識到 光既具有波動性 又具有粒子性 本章介紹光的波動性 下章要介紹光的量子性 干涉 衍射是波特有的現象 第一節光的干涉 一 雙縫干涉實驗裝置 第一節光的干涉 1 裝置特點 雙縫s1 s2的距離很近 縫很窄 2 用單色激光 雙縫的作用 相當于兩個振動情況完全相同的光源 雙孔的作用是獲得相干光源 實驗介紹 一 雙縫干涉實驗 相干光 不是相干光源 2 產生干涉的條件 由振動情況完全相同的光源發出的光互相疊加 才能干涉現象 雙縫干涉實驗中 狹縫s1 s2相當于兩個振動情況總是相同的波源 兩個獨立光源發出的光 不可能是相干波源 必須是同一點光源 或線光源 發出的一束光分成兩束 才能得到相干光 第一節光的干涉 1 裝置特點 1 雙縫很近0 1mm 2 雙縫s1 s2與單縫s的距離相等 2 濾色片作用 獲得單色光 單縫的作用 是獲得線光源 雙縫的作用 相當于兩個振動情況完全相同的光源 雙孔的作用是獲得相干光源 實驗介紹 一 楊氏雙縫干涉實驗 楊氏雙縫干涉分波面法獲得相干光源 普通光源 分波面法 在點光源發出的光的某一波面上 取兩個子波源 他們發出的光可產生干涉現象 此法稱為分波面法 如楊氏雙縫干涉實驗 第三個問題 雙縫干涉 紅光 實驗現象分析 結論 光是一種波 單色光雙縫干涉圖樣條紋的特點 1 明暗相間 2 條紋等寬等距 3 條紋亮度相同 4 兩縫s1 s2中垂線與屏幕相交位置是亮條紋 中央亮紋 問題 1 為什么會出現這樣的圖象 2 怎樣用波動理論進行解釋 0 由于從s1s2發出的光是振動情況完全相同 又經過相同的路程到達p點 其中一條光傳來的是波峰 另一條傳來的也一定是波峰 其中一條光傳來的是波谷 另一條傳來的也一定是波谷 確信在p點激起的振動 振幅a a1 a2為最大 p點總是振動加強的地方 故應出現亮紋 這一條亮紋叫中央亮紋 又叫零級亮紋 p 中央亮紋 雙縫 s1 s2 屏幕 p點在s s2的垂直平分線上 注意 直線只表示光源到p的距離 沒有箭頭 因為在波動說中沒有光線的概念 在波動說中有 波長 的概念 第一亮紋 雙縫 s1 s2 屏幕 總結規律 1 路程差 3 干涉條紋間距 三 干涉條紋的間距與哪些因素有關 1 什么是干涉條紋的間距 雙縫 s1 s2 屏幕 x 條紋間距的含義 亮紋或暗紋之間的距離總是相等的 亮紋和亮紋之間的距離或暗紋和暗紋之間的距離叫做條紋間距 我們所說的亮紋是指最亮的地方 暗紋是最暗的地方 從最亮到最暗有一個過渡 條紋間距實際上是最亮和最亮或最暗和最暗之間的距離 實驗 在兩縫間距離d以及檔板和屏的距離l一定的情況下 用不同的單色光做雙縫干涉實驗 結果如右 四 波長和頻率 想一想 紅 藍 紫光的波長大小是什么關系 1 紅光的波長最長 紫光的波長最短 白光的干涉圖樣是什么樣 白光的干涉圖樣是彩色的零級亮紋中央是白色的 見書本彩頁 2 波長越長頻率越小 波長越短頻率越大 波長和頻率的乘積等于波速 v f不同的色光在真空中的傳播速度相同 所以 波長越長頻率越小 波長越短頻率越大 1nm 10 9m 1 在真空中波長為6 10 7m的是黃光 波長為4 10 7m的是紫光 現有一束頻率為5 1014hz的單色光 它在折射率n 1 5的無色透明玻璃中的波長是多少 它在玻璃中呈什么顏色 解 該色光在真空中的波長 是黃光 該色光在真空中為黃光 進入玻璃后頻率不變 因而仍為黃光 例題 10 10m 解 2 在楊氏干涉實驗中 若已知兩狹縫間距為1mm 雙縫到屏的距離為20cm 屏上得到的干涉圖樣如圖 請根據圖中的測量數據 求出該單色光的波長和頻率 練習 1 關于光的干涉 下列說法中正確的是a 兩列不同顏色的光不可能發生干涉b 兩列強度不同的光不可能發生干涉c 兩列強度不同的光可能發生干涉d 兩列顏色相同的光不可能發生干涉 ac 2 用白光做雙縫干涉實驗時 觀察到的干涉圖樣中央為白色明紋 兩側出現彩色的條紋 這是因為 a 各種色光的波長不同b 各種色光的傳播速度