大學普通物理課件第21章12024/3/26CATALOGUE目錄章節引言光的干涉現象薄膜干涉及其應用光的衍射現象光學儀器分辨率及應用光的偏振現象及應用章節總結與回顧22024/3/2601章節引言32024/3/2603典型例題解析通過解析典型例題，幫助學生理解和掌握本章的知識點和解題方法。01基本概念和原理介紹與本章主題相關的基本物理概念和原理，為后續內容打下基礎。02重要公式和定理闡述本章涉及的核心公式和定理，以及它們在物理學中的應用和意義。章節內容概述42024/3/26

學習目標與要求知識目標要求學生掌握本章的基本概念、原理、公式和定理，理解相關物理現象的本質和規律。能力目標培養學生運用所學知識分析和解決實際問題的能力，提高學生的物理思維和實驗技能。情感、態度和價值觀引導學生認識物理學的重要性和應用價值，培養學生的科學精神和創新意識。52024/3/2602光的干涉現象62024/3/26光具有波動性質，包括振幅、頻率、波長等波動特征。光是一種電磁波光的傳播方式光的偏振現象光在真空中以光速傳播，不需要介質支持。光波是橫波，具有偏振性質，可以通過偏振片進行檢驗和操控。030201光的波動性72024/3/26兩列或多列相干光波在空間某一點疊加時，產生光強分布的現象。干涉現象的定義產生干涉現象的兩列光波必須滿足頻率相同、振動方向相同、相位差恒定。相干條件根據光源和光路的不同，干涉可分為雙縫干涉、薄膜干涉、牛頓環等。干涉的種類干涉現象及其條件82024/3/26雙縫干涉實驗相鄰兩條明（或暗）條紋之間的距離Δx與光源到雙縫的距離d、雙縫之間的距離a以及光的波長λ滿足關系式Δx=λL/d，其中L為光源到屏幕的距離。雙縫干涉公式雙縫干涉的應用雙縫干涉實驗是驗證光的波動性質的重要實驗之一，也是測量光波長的一種常用方法。通過雙縫裝置將單色光分成兩列相干光波，在屏幕上產生明暗相間的干涉條紋。雙縫干涉實驗與公式92024/3/2603薄膜干涉及其應用102024/3/26薄膜干涉原理當光照射在薄膜上時，光在薄膜的前后兩個表面分別反射和折射，形成兩束相干光波。這兩束光波在空間某一點疊加，產生干涉現象。不同厚度的薄膜產生的干涉條紋不同，因此可以通過測量干涉條紋來推算薄膜的厚度。入射角不同，干涉條紋的間距和形狀也會發生變化。如增透膜、增反膜、濾光片等。干涉條紋與薄膜厚度有關干涉條紋與入射角有關薄膜干涉具有廣泛的應用薄膜干涉原理及特點112024/3/26原理：利用薄膜干涉相消的原理，減少光的反射，增加光的透射。增反膜應用：用于反射鏡、激光器等，提高光的反射率，增加光的利用效率。增透膜應用：用于光學儀器、眼鏡等，提高光的透過率，減少反射光的干擾。原理：利用薄膜干涉相長的原理，增加光的反射，減少光的透射。010203040506增透膜與增反膜122024/3/26當平行單色光垂直照射到凸透鏡上時，在透鏡的反射相干面上形成一系列明暗相間的同心圓環，稱為牛頓環。通過測量牛頓環的直徑和間距，可以推算出透鏡的曲率半徑和折射率等參數。牛頓環實驗原理使用顯微鏡或測量顯微鏡等精密測量工具，測量牛頓環的直徑。測量牛頓環直徑通過測量相鄰兩個牛頓環的間距，推算出透鏡的曲率半徑和折射率等參數。測量牛頓環間距對測量數據進行處理和分析，得出透鏡的相關參數，并對實驗結果進行評估和討論。數據處理與分析牛頓環實驗與測量132024/3/2604光的衍射現象142024/3/26衍射現象光在傳播過程中遇到障礙物或小孔時，會偏離直線傳播路徑，產生彎曲的現象。分類根據衍射發生的條件，可分為菲涅爾衍射和夫瑯禾費衍射。菲涅爾衍射發生在光源和障礙物距離較近時，衍射波前呈現復雜形狀；夫瑯禾費衍射發生在光源和障礙物距離較遠時，衍射波前呈現平行形狀。光的衍射現象及分類152024/3/26123光波面上的每一點都可以看作是新的光源，發出球面次波，這些次波的包絡面形成新的波前。惠更斯原理在光波傳播過程中，空間任意一點的光振動是波面上所有子波源發出的子波在該點疊加的結果。菲涅爾原理解釋了光的衍射現象，為波動光學的發展奠定了基礎。惠更斯-菲涅爾原理的意義惠更斯-菲涅爾原理162024/3/26單縫衍射實驗通過單縫進行的衍射實驗，觀察光通過單縫后的衍射圖樣。公式單縫衍射的公式為$I(theta)=I_0(frac{sinalpha}{alpha})^2$，其中$I(theta)$是衍射角為$theta$時的光強，$I_0$是中央最大光強，$alpha=frac{piasintheta}{lambda}$，$a$是單縫寬度，$lambda$是光波長。實驗現象與解釋當單色光通過單縫時，會在屏幕上形成明暗相間的衍射條紋。中央條紋最亮，兩側條紋依次變暗。這是因為光通過單縫后發生衍射，不同角度的光相互疊加產生干涉，形成明暗相間的條紋。單縫衍射實驗與公式172024/3/2605光學儀器分辨率及應用182024/3/26光學儀器分辨率是指儀器能夠區分兩個相鄰物點或像點的最小距離，是評價光學儀器性能的重要指標。分辨率定義高分辨率的光學儀器能夠提供更清晰、更準確的圖像信息，對于科學研究、工業生產、醫學影像等領域具有重要意義。分辨率意義光學儀器分辨率概念及意義192024/3/26瑞利判據瑞利判據是光學儀器分辨率計算的常用方法，它指出當兩個相鄰物點的衍射圖樣中心間距等于艾里斑半徑時，這兩個物點剛好能夠被區分開。分辨率計算根據瑞利判據，可以通過測量光學儀器的艾里斑半徑來計算其分辨率。同時，還可以通過測量儀器的點擴散函數、調制傳遞函數等參數來評估其分辨率性能。瑞利判據與分辨率計算202024/3/26采用圖像處理技術采用圖像處理技術可以對光學儀器獲取的圖像進行后期處理，如去噪、增強、銳化等，從而提高圖像的清晰度和分辨率。采用優質光學元件采用高質量的光學元件，如優質透鏡、反射鏡等，可以提高光線的透過率和反射率，減小像差，從而提高光學儀器的分辨率。優化光學系統設計通過優化光學系統的結構設計和參數設置，可以減小像差、提高成像質量，進而提高光學儀器的分辨率。采用先進的制造技術采用先進的制造技術，如超精密加工、光學表面處理等，可以提高光學元件的加工精度和表面質量，從而提高光學儀器的分辨率。提高光學儀器分辨率方法212024/3/2606光的偏振現象及應用222024/3/26光波中電矢量的振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。反射和折射、晶體雙折射、二向色性、散射等。偏振光概念及產生方式產生方式偏振光定義232024/3/26馬呂斯定律及其應用馬呂斯定律內容強度為I0的線偏振光，透過檢偏片后，透射光的強度（不考慮吸收）為：I=I0(cosα)^2。其中α為透射光與入射光的夾角，也叫透射角。應用用于測量光的偏振方向、檢驗光學元件的表面反射相移等新原理新技術。242024/3/26當一束光射入各向異性的晶體后，分裂成兩束光的現象稱為光的雙折射現象。雙折射現象定義由于晶體內部結構的不規則性，使得晶體中各個方向的折射率不同，導致光在晶體中傳播時速度不同，從而產生雙折射現象。產生原因在光學儀器中，利用晶體的雙折射特性，可以制造出各種偏振器件，如偏振片、波片等。同時，晶體的雙折射現象也是研究晶體結構的重要手段之一。應用晶體中雙折射現象252024/3/2607章節總結與回顧262024/3/26包括波函數、算符、本征值、測量等核心概念的定義和性質。量子力學的基本概念理解其物理意義，掌握一維和三維情況下薛定諤方程的求解方法。薛定諤方程了解量子態的疊加原理，掌握測量對量子態的影響以及測量結果的概率性。量子態與測量理解原子能級、光譜項、選擇定則等概念，掌握氫原子和類氫離子的光譜規律。原子結構與光譜關鍵知識點總結272024/3/26如何理解波函數的物理意義？波函數是描述微觀粒子狀態的數學函數，其模平方表示粒子在空間某點出現的概率密度。薛定諤方程與經典波動方程有何異同？薛定諤方程描述的是微觀粒子的運動規律，而經典波動方程描述的是宏觀物體的振動或波動現象。兩者在形式上相似，但物理意義不同。如何解釋量子測量的概率性？量子測量的概率性源于微觀粒子的波粒二象性和不確定性原理，測量結果的概率分布由波