大学物理】第10章光的干涉2010级
《大学物理》光的干涉知识点
《大学物理》光的干涉知识点咱们来聊聊大学物理里超有意思的光的干涉！先说说啥是光的干涉啊。
简单说，就是两束或者多束光相遇的时候，它们会相互影响，产生一些特别有趣的现象。
这就好比两个人在舞台上跳舞，配合好了就能跳出精彩的舞步。
比如说杨氏双缝干涉实验，这可是光的干涉里的经典。
托马斯·杨当年做这个实验的时候，那可是打开了新世界的大门。
想象一下，一束光通过两条窄缝，然后在后面的屏幕上就出现了明暗相间的条纹。
这就像是光在跟我们玩捉迷藏，一会儿亮，一会儿暗。
那为啥会出现这种现象呢？这就得从光的波动性说起啦。
光啊，它可不是简单的直线跑的小粒子，而是像波浪一样传播的。
当两束光的波峰和波峰相遇，或者波谷和波谷相遇，就会变得更亮，这叫加强；要是波峰和波谷相遇，那就会变暗，这叫减弱。
我记得有一次在实验室里，自己动手做杨氏双缝干涉实验。
那时候紧张又兴奋，小心翼翼地调整着仪器，眼睛紧紧盯着屏幕，就盼着能看到那神奇的条纹。
当终于看到那清晰的明暗相间的条纹时，心里那种激动和惊喜，简直没法形容！感觉自己像是揭开了大自然的一个小秘密。
还有薄膜干涉，这在生活中也很常见。
比如夏天马路上的油膜，在阳光下会呈现出五彩斑斓的颜色，这就是薄膜干涉的杰作。
还有相机镜头上的镀膜，也是利用了薄膜干涉的原理来减少反射，提高成像质量。
光的干涉在现代科技中的应用那可多了去了。
比如在光学检测中，通过干涉条纹的变化可以检测出物体表面的微小缺陷。
还有干涉仪，可以用来测量长度、角度等物理量，精度高得吓人。
总之，光的干涉这个知识点，看似神秘，其实就在我们身边。
只要我们用心去观察、去探索，就能发现它的无穷魅力。
希望通过我这一番不太专业但充满热情的讲解，能让您对光的干涉有了更清楚的认识。
下次您再看到那些奇妙的光学现象，就知道背后的原理啦！。
大学物理电磁波与光的干涉与衍射
大学物理电磁波与光的干涉与衍射干涉与衍射是物理学中重要的概念，特别是在电磁波和光学中有着广泛的应用。
本文将介绍电磁波与光的干涉和衍射现象及其相关理论，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、电磁波与光的干涉现象干涉是指两个或多个波源发出的波相遇时所产生的相互干涉现象。
在电磁波和光学中，干涉现象表现为光的干涉，主要分为以下几种形式：1. 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉是最经典的干涉实验之一，它通过在光路上设置两个相隔较远的狭缝，使光通过后形成干涉图样。
当两个光波相遇时，会出现相长和相消的现象，从而形成明暗相间的干涉条纹。
2. 牛顿环干涉牛顿环干涉也是一种常见的干涉现象，它是通过将平凸透镜与平凹透镜叠在一起形成的。
当光线从平凸透镜上射入空气中，然后经过平凹透镜后再次汇聚，会在两个透镜之间形成明暗相间的圆环。
3. 薄膜干涉薄膜干涉是指当光线从两个介质的交界面入射时，经过反射和折射后产生干涉现象。
常见的例子是气泡的彩色干涉，当光线从气泡的表面反射和折射时，由于波长的不同，会产生明暗相间的彩色光。
二、电磁波与光的衍射现象衍射是指当波通过物体的缝隙或尺寸接近波长的物体时，波的传播方向发生偏离的现象。
在电磁波和光学中，衍射现象也有多种形式：1. 单缝衍射单缝衍射是一种常见的衍射现象，当光通过一个小缝隙时，会出现中央明亮，两侧逐渐暗淡的衍射图样。
这是因为当光通过缝隙时，会发生弯曲并扩散，使得光束在屏幕上形成衍射斑。
2. 双缝衍射双缝衍射是一种与杨氏双缝干涉相似的现象，当光通过两个相隔较近的缝隙时，会产生明暗相间的衍射条纹。
与干涉不同的是，衍射是由于波的传播特性而形成的，而不是波的相互干涉。
3. 衍射光栅衍射光栅是一种由许多平行的细缝组成的光学元件，用于分析和分离光的不同波长。
当光通过衍射光栅时，会出现多个明亮和暗淡的光斑，这是由于不同波长的光经过光栅后发生不同程度的衍射而产生的。
三、干涉与衍射的应用电磁波与光的干涉与衍射现象在实际应用中具有重要作用，主要体现在以下几个方面：1. 光学仪器干涉和衍射现象广泛应用于光学仪器中，包括显微镜、干涉仪、光栅等。
大学物理光学--光的干涉 ppt课件
光波是电磁波, 包含 E和 H , 对人眼或感光物质 起作用的是 E, 称 E矢量为光矢量。 相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源 光 是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来 的 大量处于激发态的原子自发地 - 1.5 e V - 3.4 e V
跃迁到低激发态或基态时就辐 射电磁波（光波）。
即：光具有波粒二象性
ppt课件 3
§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
0 0
, 介质中 v
c
r r
而
c n r r v
1 nm =10-9 m
4
可见光的波长范围 400 nm — 760 nm
ppt课件
光强 I ——电磁波的能流密度
波 动 光 学
第10章
光的干涉
ppt课件 1
光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素
光的本性是什么？
两种不同的学说 ① 牛顿的“微粒说” 光是由“光微粒”组成 的。 特征：光的直线传播 、反射、折射等 ② 惠更斯的“波动说” 光是机械振动在一种所谓“以太”的 介质中传播的机械波。
特征：光的干涉、衍射和偏振等
r2
D
P x
o
x r2 r1 d sin d tan d D
k x d 当 D ( 2k 1)
干涉加强, x 处为明纹 k=0,1,2,…
2
干涉相消, x 处为暗纹 k=1,2,3,…
11
式中 k 为条纹级次 ppt课件
明纹中心的位置
nr
2
r
大学物理实验光的干涉
实验准备
1.打开钠光灯，移动显微镜，使视野被均匀照亮。 2.转动目镜（对目镜调焦），使观察到的叉丝最 清楚。 3.柠松目镜止动螺丝，转动叉丝使叉丝呈正十字 形状（考虑一下这样做的目的）。调节好后， 拧紧目镜止动螺丝。 4.通过肉眼观察，调节牛顿环上 的螺钉，将黑点调至中心。 5.将待测物体（纸条或头发丝） 沿右图方向插入玻璃之间（靠近 玻璃一侧边缘）制成空气劈尖， 注意：螺丝应该松开。
实验目的
1、通过实验掌握显微镜的使用方法。 2、掌握用牛顿环装置测量凸透镜 曲率半径的方法。 3、学会用空气劈 尖装置测量微小 物体的厚度。
牛顿环
平凸透镜
平板玻璃
把曲率半径很大 的凸透镜放在光 学平玻璃板上， 当用适当的光照 射时，透镜与玻 璃平板接触处就 会出现一组同心 环状条纹，这种 现象称牛顿环。
实验原理——牛顿环
显微镜 T L 钠 光 灯 半透半 反镜
R
r
d
测量透镜的曲率半径
rk kR
2
R
r J JR
2
r
2
R
rk r J
2
k
2
J
2
R
Dk DJ
4 k J
D
空气劈尖 将两片玻璃板 与待测样品按 图中摆放。因 空气层的存在 使穿过玻璃板 的光产生光程 差，进而产生 明暗相间的条 纹。
L M
大学物理实验光的干涉与衍射实验分析
大学物理实验光的干涉与衍射实验分析学生在大学物理课程中经常会进行光的干涉与衍射实验，通过这些实验可以深入理解光的波动性质和光的性质与现象之间的关系。
本文将对大学物理实验中的光的干涉与衍射实验进行分析。
在光的干涉与衍射实验中，通常会使用光源、干涉仪器和光屏等设备。
实验的目的是通过干涉和衍射现象来观察光的波动性质和探究光的干涉与衍射规律。
在光的干涉实验中，常用的实验装置是双缝干涉仪。
实验中，光源发出的光经过准直器后，通过一个开有两个缝的屏幕进行干涉。
当光通过缝隙后，会形成一系列的光束。
这些光束在远离缝隙的地方相交并干涉产生明暗的干涉条纹。
干涉条纹的出现是由于光的波动性质引起的。
当两束波长相同的光线相遇时，它们会相互干涉。
如果两束光线相位差为整数倍的波长，它们将会相长叠加，形成明亮的干涉条纹；如果两束光线相位差为半整数倍的波长，它们将会相消干涉，形成暗的干涉条纹。
干涉条纹的出现可以帮助我们研究光的干涉规律。
通过测量干涉条纹的间距和颜色可以确定光的波长以及其他有关光的性质的参数。
干涉条纹的间距与波长、两缝间距、观察屏与光源的距离等因素有关。
与干涉实验类似，光的衍射实验也是通过射入光源的光线在障碍物或孔径边缘上发生衍射现象来观察和研究光的性质。
衍射是指光波在通过孔隙或边缘时的偏离传播方向的现象。
在光的衍射实验中，通常会使用单缝衍射仪进行实验。
实验中，光源发出的光线通过一狭缝射入，屏幕上会观察到一系列明暗相间的衍射条纹。
衍射条纹的出现是由于光的波动性质所致。
光的衍射实验可以帮助我们了解光的波动性质和衍射规律。
通过观察和测量衍射条纹的形状和距离，可以确定光的波长和其他有关光的性质的参数。
衍射条纹的形状和间距与光波的入射角度、孔径大小、光波波长等因素有关。
总结起来，大学物理实验中的光的干涉与衍射实验是一种通过观察和研究光的干涉与衍射现象来探究光的波动性质和光学性质的实验方法。
通过实验装置的搭建和干涉衍射条纹的观察与测量，可以得到光的波长和其他相关性质的参数。
大学物理光学光的干涉教案
一、教学目标1. 理解光的干涉现象及其产生条件。
2. 掌握光的干涉现象的实验原理和实验方法。
3. 能够分析光的干涉条纹的分布规律。
4. 培养学生的观察能力、实验操作能力和科学思维方法。
二、教学内容1. 光的干涉现象及其产生条件。
2. 光的干涉实验原理和实验方法。
3. 光的干涉条纹的分布规律。
4. 光的干涉现象在光学中的应用。
三、教学重点1. 光的干涉现象及其产生条件。
2. 光的干涉实验原理和实验方法。
3. 光的干涉条纹的分布规律。
四、教学难点1. 光的干涉现象及其产生条件。
2. 光的干涉条纹的分布规律。
五、教学方法1. 讲授法：系统讲解光的干涉现象、产生条件、实验原理和实验方法。
2. 实验法：通过实验观察光的干涉现象，验证理论，加深理解。
3. 案例分析法：分析光的干涉现象在实际光学中的应用，提高学生的应用能力。
六、教学过程（一）导入1. 回顾光的波动性及其基本概念。
2. 提出问题：什么是光的干涉现象？干涉现象产生的原因是什么？（二）讲解光的干涉现象及其产生条件1. 解释光的干涉现象：频率相同、振动方向一致、相差恒定的两列光波在相遇区域出现稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。
2. 讲解干涉现象产生条件：两列光波频率相同、振动方向一致、相差恒定。
（三）讲解光的干涉实验原理和实验方法1. 介绍杨氏双缝干涉实验：利用双缝将光束分成两束，产生相干光，观察干涉条纹。
2. 讲解实验步骤：搭建实验装置、调整实验参数、观察干涉条纹。
（四）讲解光的干涉条纹的分布规律1. 介绍干涉条纹的分布规律：明暗相间的条纹，亮纹间距与暗纹间距相等。
2. 分析干涉条纹间距与实验参数的关系：条纹间距与光波波长、双缝间距、双缝到屏的距离有关。
（五）案例分析1. 分析光的干涉现象在光学中的应用，如：光谱分析、光学仪器校准等。
2. 鼓励学生思考光的干涉现象在其他领域的应用。
（六）实验演示1. 演示杨氏双缝干涉实验，让学生观察干涉条纹。
2. 讲解实验过程中应注意的问题，如：实验参数的调整、实验现象的观察等。
物理知识点光的干涉
物理知识点光的干涉光的干涉是光学中的重要概念之一，它揭示了光波的波动性质及其产生的干涉现象。
本文将依据物理知识点，对光的干涉进行详细论述。
一、干涉现象的基本原理光的干涉是指两个或多个光波相互叠加所形成的干涉图案。
干涉现象的产生需要满足两个基本条件：光源是相干光源，波长相同。
当光波经过不同路径传播后再次相遇时，它们会相互干涉，产生增强或减弱的干涉效应。
二、双缝干涉1. 双缝干涉的实验装置双缝干涉实验一般采用光源、狭缝、透镜和屏幕等组成。
光源发出的光经狭缝后，形成一个光源光斑，通过透镜聚焦后照射到屏幕上。
2. 双缝干涉的光程差当光波通过两个缝隙后再次相遇时，其传播路径的长度差称为光程差。
光的干涉现象取决于光程差的大小。
3. 双缝干涉的干涉图案双缝干涉的干涉图案呈现出一系列明暗相间的条纹，称为干涉条纹。
该条纹呈现出一定的规律性，可通过干涉公式和级差条件进行分析和计算。
三、杨氏双缝干涉实验1. 杨氏双缝干涉实验的装置杨氏双缝干涉实验是一种经典的干涉实验方法。
实验装置由一束狭缝光源、双缝、透镜和幕板等组成。
2. 杨氏双缝干涉的干涉条纹杨氏干涉条纹呈现出一系列黑白相间的圆环或直线条纹。
根据实验条件和光波的干涉效应，可以通过杨氏双缝干涉公式进行计算。
四、单缝干涉1. 单缝干涉的实验装置单缝干涉实验通常采用单缝光源、单缝和屏幕等组成。
单缝光源发出的光波通过单缝后形成一个光斑，映射到屏幕上形成单缝干涉图样。
2. 单缝干涉的干涉条纹单缝干涉的干涉条纹呈现出明暗相间且中央最亮的中央极大和两侧较暗的暗条纹分布。
单缝干涉的干涉效应可由单缝干涉公式和级差条件加以说明。
五、干涉现象的应用光的干涉在科学研究和实际应用中有着重要的意义。
1. 干涉仪干涉仪是一种基于光的干涉原理设计的精密仪器，常用于光学测量、干涉剖析和光学检测等领域。
2. 光纤通信光纤通信是一种基于光的传输技术。
光波经光纤传输时，可能会产生干涉现象，影响信号传输质量，因此需要进行干涉相关的优化和控制。
大学物理B层次--第十章 光的干涉
波程差
k 0,1,2,......
9
§14-2 光程和光程差
光的频率v由光源确定。光速由媒质确定。 真空中，光速: c=v 媒质中，光速: =v´ ∵ n=c/ ∴ ´= /n 由此可见，光经过不同媒质时，波长要发生变 化。这对讨论光经过几种媒质后的相干叠加问题， 是很不方便的。为此引入光程的概念。 1.光程 设经时间t，光在折射率为n媒质中通过的几何 路程为r，则nr称为光程。即光程 =nr 显然，光程 =nr=n t =c t 。
由波动理论知振幅为e1和e2的两列光波在某处叠加后合振动的振幅为相干条件??cos22122212eeeee21212rr???????其中7在波动光学中光强定义为dteeie0221??cos22122212eeee即光强dtcosiiiii?012?21211非相干叠加对普通光源来说由于原子发光是间歇的随机的独立的在观察时间内相位差??不能保持恒定变化次数极多可取02间的一切可能值且机会均等因此cos0?01?dt8于是非相干叠加时的光强为ii1i2141可见在非相干叠加时总光强等于两光源单独发出的光波在该处产生的光强之和且光强是均匀分布的
光程差
(k 0,1,2,......) 1 (k ) 暗纹 2
14
k
明纹
2.杨氏双缝干涉实验
r1
s1 s
p
K=2 K=1
*
2a s2
r2
D
o
K=0
K=1
K=2
图14-4
真空，s在s1s2的中垂线上，于是光源s1和s2 的初 相相同，干涉的强弱取决于从s1和s2发出的两光线的 光程差： =r2-r1=
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S1
r1
P
S1
E1 E10 cos(t 1)
S2
E2 E20 cos(t 2 ) S2
r2
两列光波单独存在时引起P点的光振动方程为：
E1P
E10
cos(t
1
2
r1 )
E2 P
E20
cos(t
2
2
r2
)
合成光在P点的光振动方程为：
E E1P E2P
E10
cos(t
1
2
r1 )
在时间内，平等地经历0 ~ 2的所有可能取值
0 cos dt 0
这种合光强等于分别
I I1 I2 照射的光强之和的光
束叠加称为非相干叠加
平均光强： I I1 I2 2
I1I2
1
cos dt
0
（2）相干光
2（r2 -r1)＋（1 2）
P点光强度： I I1 I2 2 I1I2 cos
电磁波是横波：
电磁波谱
E、H的振动方向与传播方向垂直。
/ nm
/m
/ Hz
/ Hz
可见光的波长范围： 400 nm～ 760 nm
光波是特定频率范围内的电磁波
Y
v
E
H
o
Z
光矢量： 光波中的电场强度矢量
由于对人眼和感光器件起光化学作用的是电场
: 7.51014 ~ 4.31014 Hz
E
Em
cos (t
r2
r1
(2k＋1)
2
干涉相消
杨氏双缝干涉实验
实
d
s1
验s
装
o
s2
置
r
D d
r2 r1 k 干涉相长
r2
r1
(2k＋1)
2
干涉相消
r1
r2
p
B
x
o
D
sin tan x / D
波程差
x
r r2 r1 d sin
d D
r2 r1 k 干涉相长;
实 d s1
验s
装
o
s2
x) u
X
H
Hm
cos (t
x) u
光振动： 电场强度矢量的周期性变化
光波的振动方程
E
Em
cos
(t
x u
)
光波的振动方向：
电场强度的振动方向称为光的振动方向。
光波的相干条件：
两列光波频率相同，振动方向相同，光波源的相位差恒定。
二、 普通光源的发光机理
： 普通光源
除激光源之外的各种发光物体；
普通光源的发光机制：
▲ 2k , (k = 0,1,2,3…)
I Imax I1 I2 2 I1I2
干涉相长（亮）
▲ (2k 1) , (k = 0,1,2,3…)
I Imin I1 I2 2 I1I2 干涉相消（暗）
光强随相位差叠加图：
I1 I2
I Imax
I I1 I2 2 I1I2 cos
2E10 E20
cos
I I1 I2 2 I1I2 cos
P点的光强度I： I I1 I2 2 I1I2 cos
平均光强： I 1
1
Idt
0
0 (I1 I2 2
I1I2
cos )dt
I1 I2 2
I1I2
1
cos dt
0
（1）非相干光
2（r2 -r1)＋（1 2）
第三篇 波 动 光 学
一、 光的本性
牛顿的微粒说： 光是由光源发出的微粒流。
惠更斯的波动说：光是一种波动。
1801年，英国物理学家托马斯·杨首先 利用双缝实验观察到了光的干涉条纹， 从实验上证实了光的波动性。
1865年，英国物理学家麦克斯韦从他 的电磁场理论预言了电磁波的存在， 并认为光就是一种电磁波。
置
r
r1
D
r2
r1
(2k＋1)
2
Bp
r2
x
o
干涉相消
r d x D
k
(2k 1)
加强 减弱
k 0,1,2,
2
d
s1
r1
s
r2
o
s2
r
D
p
B
x
o
x
k D
d
D (2k 1)
明纹 暗纹
k 0,1,2,
d
2
明暗条纹的位置
k D
x
d D (2k 1)
d
2
明纹
k 0,1,2,
暗纹
b)当I1
I
时，V
2
0，明暗条纹不清晰。
10. 1杨氏双缝干涉实 验
因为 1 2
设两列光波的波动方程分别为：
E1P
E10
cos(t
1
2
r1 )
E2 P
E20
cos(t
2
2
r2 )
2（r2 -r1)＋（1 2）
2kπ时 干涉相长
2k 1 π 干涉相消
r2 r1 k 干涉相长
白光照射时，出现彩色条纹
讨论 条纹间距 x D (k 1)
d
1）条纹间距 与 的关系 ; d 、D 一定时，
若 变化 ，则 x将怎样变化？
讨论 条纹间距 x D (k 1)
d
1）d 、D一定时，若 变化，则 x将怎样变化？
D
明条纹位置：x k D
d
x D
d
I1 I2
I
4I1
Imin
-4 2
o 2 4
-4 -
o 2 4
2
如果要观测到干涉条纹，还要看I
max与I
的对比度：
min
定义 V I max I min I max I min
V : 条纹明暗对比度。其取值范围为0 ~ 1
a)当I1 I2时，Imax 4I1，Imin 0，V 1，明暗条纹最清晰；
获取相干光的方法之一：分波阵面法
分波阵面法
s1
*
s
s2
惠更斯原理（惠更斯作图法)
p
由狭缝S发出的同一波阵面的
光同时到达狭缝1和2，1和2
相当于两个子波源。因它们发
出的光来自于同一波阵面，因
而是相干光。
狭缝：理论上无限小
波阵面：等相面 空间相干性
第十章 光的干涉
10.1 干涉的光强分布
同频率、同振动方向两列光波
其发光机制是自发辐射
处在激发态的电子
处在基态的电子 原子模型
2
P
跃迁 基态
自发辐射
t : 108 ~ 1010 s
原子能级及发光跃迁
波列
间歇性：各原子发光是断断续 续的，平均发光时间t 约为 10-8 s，所发出的是一段长为 L =ct 的光波列。
随机性：
波列长L
每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向 和振动初相位都不相同。
独立(不同原子发的光)
独立(同一原子先后发的光)
两独立光源发出的两束光不产生干涉现象 如何获得相干光？？？
复制
相干光
把同一波列设法分成两部分所获得的两列光波才是相 干光
S
t
利用普通光源获得相干光的基本原理：
把由光源上同一点发的光分为两部分，然后再使这两部分叠加起来
由于这两部分光的相应部分实际上都是来自同一发光原子的同一次发光，因而满足 相干条件而成为相干光。
E20
cos(t
2
2
r2
)
合成光在P点的光振动方程为：
E
E10
cos(t
1
2
r1 )
E20
cos(t
2
2
r2
)
E0 cos(t )
其中 E0 E120 E120 2E10 E20 cos
2（r2 -r1)＋（1 2）
P点的光强度I： I正比于E02
E2 0
E2 10
E2 20