1、物理光的干涉和衍射第二十章第二十章 光的本性光的本性光的干涉和光的衍射光的干涉和光的衍射物理光的干涉和衍射光到底是什么？1717世紀明確形成世紀明確形成了兩大對立學說了兩大對立學說牛頓牛頓惠更斯惠更斯微粒說微粒說波動說波動說1919世紀初證明了世紀初證明了波動說的正確性波動說的正確性由于波動說沒有由于波動說沒有數學基礎以及牛數學基礎以及牛頓的威望使得微頓的威望使得微粒說一直占上風粒說一直占上風1919世紀末光電效應現象使得世紀末光電效應現象使得愛因斯坦在愛因斯坦在2020世紀初提出了世紀初提出了光子光子說：光具有粒子性說：光具有粒子性這里的光子完全不同于牛頓所說的這里的光子完全不同于牛頓所說的

2、“微粒微粒”物理光的干涉和衍射復習復習什么是機械波什么是機械波?機械振動在介質中的傳播稱為機械波機械振動在介質中的傳播稱為機械波注意注意:機械波只是機械振動這種振動形式在介質中的傳播波的疊加波的疊加當兩列頻率相同的兩列波在介質中傳播當兩列頻率相同的兩列波在介質中傳播相遇會出現什么現象呢相遇會出現什么現象呢?物理光的干涉和衍射波的干涉波的干涉頻率相同頻率相同的波疊加時的波疊加時,空間某些區域的振幅加空間某些區域的振幅加強強,另一些區域的振幅減弱另一些區域的振幅減弱,這種現象叫做波的這種現象叫做波的干涉干涉波的干涉條件波的干涉條件:兩列波的頻率必頃相同兩列波的頻率必頃相同 干涉現象是波動獨有的特征

3、，兩列頻率相干涉現象是波動獨有的特征，兩列頻率相同的波在相遇的區域里疊加同的波在相遇的區域里疊加,出現了某些區域出現了某些區域的振動總是加強，某些區域的振動總是減弱的的振動總是加強，某些區域的振動總是減弱的相互間隔的干涉現象。相互間隔的干涉現象。請問：請問：如果光真的是一種波，就必然會觀察到如果光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現象，干涉圖樣將是怎樣的？光的干涉現象，干涉圖樣將是怎樣的？物理光的干涉和衍射18011801年，英國物理學家托馬斯年，英國物理學家托馬斯楊（楊（1773182917731829）在實驗室里成功的觀察到了光的干涉在實驗室里成功的觀察到了光的干涉光的干涉光的干涉物理光

4、的干涉和衍射光的干涉光的干涉雙縫干涉雙縫干涉激光束激光束雙縫雙縫屏屏屏上看到明暗相間的條紋屏上看到明暗相間的條紋物理光的干涉和衍射光的干涉光的干涉雙縫干涉雙縫干涉P r =P1S2P1S1光程差光程差S1S2dP1PP2相干波源是哪兩個相干波源是哪兩個？S1、S2P1物理光的干涉和衍射光的干涉光的干涉雙縫干涉 光屏上某點到雙縫的光屏上某點到雙縫的 路程差（光程差）為路程差（光程差）為半波半波長的奇數長的奇數倍時，該點出現倍時，該點出現暗條紋暗條紋D=(2n+1)/2（n=1、3、5）請問請問（1）什么情況下出現明條紋？什么情況下出現明條紋？光屏上某點到雙縫的路程差（光程差）為光屏上某點到雙縫的

5、路程差（光程差）為波長的整數波長的整數倍時，該點出現亮條紋。倍時，該點出現亮條紋。D=n(n=0、1、3)（2）什么情況下出現暗條紋？）什么情況下出現暗條紋？S1S2P1Pd物理光的干涉和衍射光的干涉光的干涉雙縫干涉雙縫干涉請問：請問：（1）改用不同顏色的光做該實驗，條紋寬）改用不同顏色的光做該實驗，條紋寬度是否相同？什么顏色的光條紋寬度最大？度是否相同？什么顏色的光條紋寬度最大？紅光干涉條紋最寬、紫紅光干涉條紋最寬、紫光的干涉條紋寬度最窄光的干涉條紋寬度最窄(p )S1S2P1Pl1（2）屏到光源距離改）屏到光源距離改變，條紋寬度會改變變，條紋寬度會改變嗎？嗎？隨屏到光源的距離的隨屏到光源的

6、距離的增大而增大增大而增大（x=L/d）注：注：Ld物理光的干涉和衍射光的干涉光的干涉雙縫干涉雙縫干涉請問請問：如果改用白光做雙縫干涉實驗，：如果改用白光做雙縫干涉實驗，能看到白色的明暗相間的條紋嗎？能看到白色的明暗相間的條紋嗎？ 原因：原因：由于白光內各種單色光的干涉條由于白光內各種單色光的干涉條紋間距不同，在屏上會出現彩色條紋紋間距不同，在屏上會出現彩色條紋白光白光物理光的干涉和衍射光的干涉光的干涉薄膜干涉薄膜干涉 讓一束光經薄膜的兩個表面反射讓一束光經薄膜的兩個表面反射后，形成的兩束反射光產生的干涉后，形成的兩束反射光產生的干涉現象叫現象叫薄膜干涉薄膜干涉實驗演示實驗演示物理光的干涉和衍

7、射請問請問（1）薄膜干涉中的相干光源來自于薄膜干涉中的相干光源來自于哪里？哪里？薄膜的前后兩個反射面薄膜的前后兩個反射面（2）怎樣觀察才能看到干涉圖樣？怎樣觀察才能看到干涉圖樣？人與火焰同側（入射光側）人與火焰同側（入射光側）薄膜干涉在生產技術中的應用：薄膜干涉在生產技術中的應用：用干涉法檢查表面是否平整用干涉法檢查表面是否平整 、增透膜、增透膜物理光的干涉和衍射干涉法檢查表面的平整程度：干涉法檢查表面的平整程度：物理光的干涉和衍射光的干涉光的干涉薄膜干涉增透膜增透膜：在透鏡表面涂上一層薄膜，當薄膜的厚：在透鏡表面涂上一層薄膜，當薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波長的度等于入射光的在薄膜中的波

8、長的1/4時，從薄時，從薄膜前后兩表面反射回來的光的路程差恰好等于半膜前后兩表面反射回來的光的路程差恰好等于半個波長，它們干涉相消，減小了反射光的能量，個波長，它們干涉相消，減小了反射光的能量，增強了透射光的能量，稱為增強了透射光的能量，稱為增透膜增透膜。物理光的干涉和衍射波的波的衍射衍射波繞過障礙物傳幫帶播的現象波繞過障礙物傳幫帶播的現象,叫做波的衍射叫做波的衍射現象現象波的衍射條件波的衍射條件:障礙物或縫的尺寸比波長小障礙物或縫的尺寸比波長小,至少跟波長差不多至少跟波長差不多光既然是一種波光既然是一種波,但是在生活中我很少但是在生活中我很少觀察到光得衍射現象呢觀察到光得衍射現象呢?原因原因

9、:可見光的波長只有十分之幾微米可見光的波長只有十分之幾微米,因此因此通常的物體都比其大得多通常的物體都比其大得多物理光的干涉和衍射下面就讓我們一起來觀察光的衍射現象下面就讓我們一起來觀察光的衍射現象實驗演示實驗演示注意：注意：“光的直線傳播光的直線傳播”只是一種只是一種特殊的情況。即光在沒有障礙物的特殊的情況。即光在沒有障礙物的均勻介質中是沿直線傳播的或在障均勻介質中是沿直線傳播的或在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下，衍射現象不明顯也可認為光況下，衍射現象不明顯也可認為光是沿直線傳播是沿直線傳播物理光的干涉和衍射1、在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕、在雙

10、縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到彩色的干涉條紋，若在雙縫中的一縫前上觀察到彩色的干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片，另一縫前入一綠色濾光片，這放一紅色濾光片，另一縫前入一綠色濾光片，這時時( )A、只有紅色和綠色的干涉條紋，其他顏色的條紋只有紅色和綠色的干涉條紋，其他顏色的條紋消失消失B、紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在干涉條紋依然存在C、任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮有光亮D、屏上無任何光亮屏上無任何光亮鞏固練習鞏固練習C物理光的干涉和衍射2、如圖所示，是

11、用干涉法檢查某厚玻璃的上表面是否、如圖所示，是用干涉法檢查某厚玻璃的上表面是否平整的裝置，所用單色光做光源，檢查中所觀察到的干平整的裝置，所用單色光做光源，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列兩個表面反射的光線疊加而成的？涉條紋是由下列兩個表面反射的光線疊加而成的？( )A、a的上表面和的上表面和b的下表面的下表面B、a的上表面和的上表面和b的上表面的上表面C、a的下表面和的下表面和b的上表面的上表面D、 a的下表面和的下表面和b的下表面的下表面C物理光的干涉和衍射3、下列現象中，屬于光的干涉現象的是下列現象中，屬于光的干涉現象的是 A肥皂泡上的彩色條紋肥皂泡上的彩色條紋B雨后天邊出現彩虹雨后天邊

12、出現彩虹C早晨東方天邊出現紅色朝霞早晨東方天邊出現紅色朝霞D荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮A4點光源照射一個障礙物，在屏上所成的陰影點光源照射一個障礙物，在屏上所成的陰影的邊緣部分模糊不清，產生的原因是的邊緣部分模糊不清，產生的原因是 A光的反射光的反射 B光的折射光的折射C光的干涉光的干涉 D光的衍射光的衍射D物理光的干涉和衍射3 3、干涉條紋與衍射條紋的區別、干涉條紋與衍射條紋的區別 干涉：等距的明暗相間的條紋，亮條紋的亮干涉：等距的明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱較慢。度向兩邊減弱較慢。 衍射：中央有一條較寬亮條紋，兩邊是對稱明暗衍射：中央有一條較寬亮條紋，兩邊是對稱明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱得很快。相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱得很快。 （雙縫）干涉圖樣（雙縫）干涉圖樣（單縫）衍射圖樣（單縫