大学物理(光学篇)
大学物理光学实验部分
0I ϕI ϕI )2( λϕπβaSin =大学物理光学实验（部分）单缝衍射一、 实验目的1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点；2.测量单缝衍射的相对光强分布。
二、 实验仪器激光器、单缝、检流计、硅光电池等 三、 实验原理照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。
亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级……n 级亮条纹。
暗条纹依次是1级、2级…..n 级。
设光轴上的光强为 屏上与光轴夹角 ϕ 为的一处光强为220sin ββII = （1）1.当)0(0==ϕβ时，0I I =ϕ；称为主极大或零级亮条纹。
2.当)2,1(⋅⋅⋅⋅±±==m m πβ，即am Sin λϕ=时，0=ϕI ，出现暗条纹。
暗条纹在a m λϕ=的方向上。
主极大两侧暗条纹之间的夹角aλϕ2=∆，其余暗条纹间的间距为aλϕ=∆。
3.其他亮条纹的位置：()322/2ββββββββSin Cos Sin Sin d d -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ 极大值。
取时，即 ,0I tg Sin Cos βββββ==- 可得：⋅⋅⋅±±±=πππβ47.346.243.1，，即：)3(47.3,46.2,43.1 aa a λλλϕ±±±=亮条纹的光强是极值的0.047，0.017，0.008倍………4.总结： ϕSin-2a λ -1.43a λ -a λ 0aλ1.43aλ2aλ ϕI0 -0.047 00I0 0.047 0四、 实验内容和步骤1.按夫琅和费单缝衍射实验装置设计光路。
即入射到狭缝的光束是平行光，传播到观察点的各子波的光线也是平行光。
2.激光点亮并垂直于狭缝，观察屏放到较远处D>>a.3.观察单缝衍射现象 （1）调节狭缝又宽变窄，再由窄变宽，观察衍射图像的变化，估计出衍射图像刚出现可分辨条纹时的缝宽。
大学物理光学总结(二)2024
大学物理光学总结（二）引言概述：光学是物理学中一个重要的分支，研究光的传播、成像以及光与物质的相互作用等问题。
本文将从五个重要的大点出发，对大学物理光学的相关内容进行总结与分析，为读者提供一个快速了解光学的途径。
正文：1. 光的干涉和衍射1.1 光的干涉现象1.1.1 杨氏实验1.1.2 干涉条纹的产生原理1.1.3 干涉的条件和分类1.2 光的衍射现象1.2.1 菲涅尔衍射和菲涅耳衍射公式1.2.2 高斯衍射公式1.2.3 衍射的条件和分类2. 光的偏振与散射2.1 光的偏振现象2.1.1 偏振光的产生与检测2.1.2 光的偏振态和偏振光的超精细结构2.1.3 光的偏振与光的传播方向2.2 光的散射现象2.2.1 雷利散射和米氏散射2.2.2 瑞利散射公式和米氏散射公式2.2.3 光的散射与物质的介电性质3. 光的色散与光的成像3.1 光的色散现象3.1.1 光的折射定律3.1.2 不同介质中的光速和折射率3.1.3 瑞利公式和阿贝尔公式3.2 光的成像现象3.2.1 薄透镜成像的基本原理3.2.2 薄透镜成像的光学公式3.2.3 光的几何光学成像和实际成像的区别4. 光的波动和相干性4.1 光的波动现象4.1.1 光的起源和光的波动理论4.1.2 光的波动性质和波动光的衍射4.1.3 光的波动与光的电磁理论4.2 光的相干性现象4.2.1 相干的条件与相干光的特点4.2.2 干涉仪器与相干的应用4.2.3 光的相干性与光的相长相消干涉5. 光的光学仪器与光的应用5.1 光谱仪及其应用5.1.1 分光器的原理和结构5.1.2 分光光度计和光谱仪的构成5.1.3 火焰光谱法和原子吸收光谱法5.2 光的干涉仪器与应用5.2.1 迈克尔逊干涉仪和弗洛姆干涉仪5.2.2 干涉仪的干涉条纹和精密测量的应用5.2.3 波段干涉仪和干涉滤波器的原理与应用总结：本文从干涉和衍射、偏振与散射、色散与成像、波动与相干性以及光学仪器与应用等五个大点，对大学物理光学的相关知识进行了概要总结。
大学物理光学知识点归纳总结
大学物理光学知识点归纳总结光学是物理学的一个重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象和定律。
在大学物理教学中，光学是不可或缺的一部分。
本文将对大学物理中的光学知识点进行归纳总结，以帮助读者更好地理解和掌握光学知识。
一、光的传播与光的本质1. 光的传播方式光可以在真空和透明介质中传播，传播方式有直线传播、弯折传播和散射传播等。
2. 光的本质光既有波动性又有粒子性，这一性质被称为光的波粒二象性。
根据不同的实验现象，可以采用波动理论或粒子理论来解释光的行为。
二、光的反射与折射1. 光的反射定律光线入射角等于光线反射角，即入射角等于反射角，这被称为光的反射定律。
2. 光的折射定律光线从一介质射入另一介质时发生弯曲，入射角和折射角之间的关系由折射定律描述。
折射定律表达了光线在界面上的折射规律。
三、光的干涉与衍射1. 光的干涉光的干涉是指两个或多个光波相遇时产生的干涉现象。
干涉现象分为构成干涉条纹的干涉和产生干涉色彩的干涉。
2. 光的衍射光的衍射是指光通过缝隙或障碍物后产生的扩散现象。
衍射使光波传播方向发生改变，并产生与缝隙或障碍物形状有关的特定干涉图样。
四、偏振与光的分析1. 光的偏振光的偏振是指只在一个方向上振动的光，垂直于振动方向的光被滤波器所吸收，只有与振动方向平行的光能够通过。
2. 光的分析光的分析包括偏振片、偏光仪和光的色散等技术手段，它们可以帮助我们了解光的性质和进行相关实验研究。
五、光学仪器与应用1. 透镜和成像透镜是一种用于聚焦和分散光线的光学元件，常见的透镜包括凸透镜和凹透镜。
它们在成像过程中发挥着重要作用。
2. 显微镜和望远镜显微镜和望远镜是通过光学原理实现对微观和远距离观察的仪器。
它们扩展了人类对于世界的认识范围。
3. 激光和光通信激光是一种具有高度定向性、单色性和相干性的光，已广泛应用于医疗、测量、通信和材料加工等领域。
光学作为一门重要的物理学科，对于我们了解光的行为和应用具有重要意义。
大学物理光学部分知识点
大学物理光学部分知识点大学物理光学部分知识点在日常的学习中，说到知识点，大家是不是都习惯性的重视？知识点也可以理解为考试时会涉及到的知识，也就是大纲的分支。
为了帮助大家掌握重要知识点，下面是店铺收集整理的大学物理光学部分知识点，欢迎阅读与收藏。
大学物理光学部分知识点一、光的反射1、光源：能够发光的物体叫光源2、光在均匀介质中是沿直线传播的大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折3、光速光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快，光在真空中的传播速度：C=3×108m/s，在空气中的速度接近于这个速度，水中的速度为3/4C，玻璃中为2/3C4、光直线传播的应用可解释许多光学现象：激光准直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等5、光线光线：表示光传播方向的直线，即沿光的传播路线画一直线，并在直线上画上箭头表示光的传播方向(光线是假想的，实际并不存在)6、光的反射光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象称为光的反射7、光的反射定律反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角可归纳为：“三线一面，两线分居，两角相等”理解：(1)由入射光线决定反射光线，叙述时要“反”字当头(2)发生反射的条件：两种介质的交界处;发生处：入射点;结果：返回原介质中(3)反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角也变为零度8、两种反射现象(1)镜面反射：平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光线(2)漫反射：平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线注意：无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律大学物理光学学习方法一、认真预习，画出疑难。
在这个环节中，必须先行学习教程(提前任课教师两个课时)，画出自己理解不清，理解不了的部分。
大学物理_物理光学(二)
大学物理_物理光学（二）引言概述:物理光学是大学物理课程中的一门重要分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振等现象，深入探讨光的波动性质。
本文将从五个大点出发，分别阐述物理光学的相关理论和实践应用。
1. 光的干涉现象:- 介绍光的干涉现象，包括两束光的干涉、干涉条纹的形成等。
- 讨论干涉的条件和原理，如杨氏双缝实验、牛顿环实验等。
- 解析干涉的应用，例如干涉仪的工作原理和干涉测量技术。
2. 光的衍射现象:- 解释光的衍射现象，包括单缝衍射、双缝衍射等。
- 探讨衍射的内容和原理，如惠更斯-菲涅尔原理等。
- 探索衍射的应用，例如衍射光栅的工作原理和衍射光谱仪的使用方法等。
3. 光和波的偏振:- 介绍光和波的偏振现象，以及光的偏振方式。
- 阐述偏振光的性质和产生机制，如马吕斯定律等。
- 探讨偏振光的应用，例如偏振片的使用和偏光显微镜的工作原理等。
4. 光的相干性和激光:- 讲解光的相干性，如相干长度和相干时间等概念。
- 探讨激光，包括激光的产生原理和特性，如激光的单色性和定向性等。
- 分析激光的应用，例如激光器的工作原理和激光在通信和医学领域的应用等。
5. 光的散射和色散:- 介绍光的散射现象，如瑞利散射和弗伦耳散射等。
- 阐述色散现象，包括光的色散和物质的色散。
- 探讨散射和色散的应用，例如大气散射对天空颜色的影响和光谱分析等。
总结:物理光学是探究光波动性质的重要学科，它涉及光的干涉、衍射、偏振、相干性、激光、散射和色散等多个方面。
本文通过概述以上五个大点，详细介绍了物理光学的相关理论和实践应用，希望能够对读者对物理光学理解有所助益。
《大学物理》第十二章 光学
h
结束 返回
解：
=a
acos2
+
2
=
2asin2
=
2
asin =h
sin =4h
a 2
h
结束 返回
12-5 一平面单色光波垂直照射在厚度 均匀的薄油膜上，油 膜 覆盖在玻璃板上， 所用 单色光的波长可以连续变化，观察到 500nm与700nm这两个波长的光在反射 中消失，油的折射率为 1.30，玻璃的折射 率为1.50。试求油膜的厚度 。
第二级明纹的宽度为
Δx
´=
Δx 2
=2.73 (mm)
结束 返回
12-15 一单色平行光束垂直照射在宽 为 1.0mm 的单缝上，在缝后放一焦距为 20m的会其透镜，已知位于透镜焦面处的 屏幕上的中央明条纹宽度为2.5mm。求入 射光波长。
结束 返回
解：
=
aΔx 2D
=
1.0×2.5 2×2.0×103
sinj
=
k (a+b)
sin =0.1786k-0.5000
在 -900 < j < 900 间，
对应的光强极大的角位置列表如下：
k
sinj j
k
sinj j
0
-0.500 -300
1
2
-0.3232 -0.1464
-18051’ -8025’
3
4
0.0304 0.2072
1045’ 11057’
结束 返回
12-22 一光栅，宽为2.0cm，共有
6000条缝。如用钠光(589.3nm)垂直入射，
中央明纹的位置? 共有几级？如钠光与光
大学物理光学试题及答案
大学物理光学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光的干涉现象是由于光波的：A. 反射B. 折射C. 衍射D. 叠加答案：D2. 以下哪种现象不属于光的波动性质？A. 干涉B. 衍射C. 反射D. 偏振答案：C3. 光的偏振现象说明光是：A. 横波B. 纵波C. 非波D. 随机波答案：A4. 光的双缝干涉实验中，当缝间距增加时，干涉条纹的间距将：A. 增加B. 减少C. 不变D. 先增加后减少答案：A5. 光的折射定律是由哪位科学家提出的？A. 牛顿B. 爱因斯坦C. 胡克D. 斯涅尔答案：D6. 光的全反射现象发生时，光的入射角必须：A. 小于临界角B. 大于临界角C. 等于临界角D. 与临界角无关答案：B7. 光的衍射现象表明光具有：A. 粒子性B. 波动性C. 随机性D. 确定性答案：B8. 光的多普勒效应是指：A. 光的颜色变化B. 光的频率变化C. 光的强度变化D. 光的相位变化答案：B9. 光的波长越长，其频率：A. 越高B. 越低C. 不变D. 无法确定答案：B10. 光的色散现象是由于：A. 光的折射B. 光的反射C. 光的干涉D. 光的衍射答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 光的干涉现象中，两束相干光波的相位差为________时，会产生干涉加强。
答案：0或π2. 光的偏振方向与光的传播方向垂直，说明光是________波。
答案：横3. 光的波长与频率的关系是________。
答案：成反比4. 在光的双缝干涉实验中，若两缝间距为d，屏幕到缝的距离为L，则干涉条纹间距为________。
答案：λL/d5. 光的全反射发生时，光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角，临界角的计算公式为________。
答案：sinC = 1/n6. 光的多普勒效应中，当光源向观察者移动时，观察到的光频率会________。
答案：增加7. 光的色散现象是由于不同波长的光在介质中的折射率不同，导致________。
大学物理光学
3、普通光源获得相干光的途径 思路： 同出一源，分开再合
同一发光 原子的同 一次发光
单缝 双缝 屏
三、光程与光程差
1、光程 定义 L=nr为光程。 2、光程差（ ）与相差（ △ ）的关系 P n r n r n1 r1 S1 易知：两光波传至P点 同相相 r2 干光源 的相差为 2 n2 S2
可将缝分为两个半波带。 时，
1 2 1′ 2′
f2
光线1(2…)与1 ′(2 ′…)在P点 的光程差为/2，
/2
∴两半波带发的光在P处 干涉相消形成暗纹中心。
▲当 a sin
B a A
3 2
/2
时，可将缝分成三个半波带。 其中两个相邻的半波带发的 光在P处干涉相消，剩一个半 波带发的光在P处合成。 ∴P处为明纹中心。
0 0 0 0
合振动：
E E 0 cos( t 0 )
令 2 1
0
0
合振幅
E0
E 1 E 2 2 E 1 E 2 cos
2 2
0 0 0 0
又：光的强度
I E0
2
定义： 相对光强 I E0 对相干光的叠加： ▲ 相长干涉（明） ▲相消干涉（暗）
e=0(中心)为零级暗纹（暗斑）。
r R (R e) 2R e e
2 2 2 2
R e e 2 Re
2
r
2 Re
⊥入射
R>>e
r
(k
1 2
) R / n 2 , k 1,2 明
kR / n 2 , k 0 ,1 暗
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、杨氏双缝干涉实验 采用分波面法获得相干光
杨(T.Young)在1801 年首先发现光的干涉 现象，并首次测量了 光波的波长。
一 杨氏双缝干涉实验
1. 实验装置 ( 点源 分波面 相遇)
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
2. 现象 与缝平行、等宽、等间距、明暗相间、 对称分布的干涉条纹
光学篇
几何 (以光的直线传播为基础：光的独立 光学 传播定律，光的反射和折射定律)
光
实验基础：光的干涉、衍射、偏振现象
波动 理论基础：麦克斯韦电磁场理论
学
光学 模型： 电磁波
物理 光学
涉及范围：光的传播及其规律 实验基础：光电效应、康普顿效应
量子 光学
理论基础：量子论
模型： 光量子 涉及范围：光和物质的相互作用
k级彩色亮纹所在的位置坐标
x D k
2a
红 紫 红紫 白 紫 红 紫 红
k = -2 k = -1 k =0
k =1
k =2
5. 强度分布
两光线光程差
2a x
D
k (k 0, 1, 2, )
(2k 1) (k 0, 1, 2,
)
亮纹 暗纹
2
x 2k D
2a
（光强极大位置）
x (2k 1) D
n 媒质的折射率
光在媒质中走r 长的路相位改变了 2 r 2 nr '
结论：光在媒质中走过r的路程引起的相位变化， 等于光在真空中走nr路程引起的相位变化。
1.光程 定义：光波在某一媒质中所经历的几何路程与
这媒质的折射率的乘积为光程，用L表示，则：
L nr
P点的相位差
Δ 2π r 2π r
p点的相位差
Δ 2π r 2π r
λ λ
s1 *
r
P
s2 *
r
n
计算能否化简呢？
光在真空中走r 长的距离
相位改变了 2 r
—真空中波长
光在媒质中走r 长的距离
相位改变了 2 r
—媒质中波长
因光通过媒质时频率不变 u ' c
u u c cu
c n u
媒质中的波长 '
例1 在相同时间内，一束波长为 的单色光在空气中和 玻璃中传播的距离相同吗？走过的光程相同吗？
解：空气中传播的距离 玻璃中传播的距离 空气中传播的光程
r ct r ' ut c t
n
r ct
玻璃中传播的光程 nr ' ct
例2 如图计算p点的光程差。
解：
L1 r1 d1 n1d1
00
5. 电磁波的能量密度 w 1 E 2 1 H 2
2
2
光具有波动性的判据
干涉现象 衍射现象
光是横波的判据 偏振现象
光是一种电磁波，光矢量用E矢量表示光矢量,它在 引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 。
二、 光是电磁波
光色 波长(nm)
频率(Hz)
中心波长 (nm)
红 760~622 3.9 1014 ~ 4.8 1014
越小，光的单色性就越好。
产生单色光的方法
(1)利用色散;
(3)利用单色光源; 三、光的相干性
(2)利用滤波片; (4)激光
1.干涉现象 两列光波相遇时,出现稳定的明暗相间花样称为 光的干涉现象.
2. 相干光 满足相干条件： (1)频率相同；(2)振动方向相同；(3)相位差恒定.
一般两独立普通光源发出的光不是相干光(激光 除外),只有同一光源,同一发光区域,同一时刻发出 的光(即同一原子,同一时刻)才满足相干条件.
460
紫 455~400 6.6 1014 ~ 7.5 1014
430
可见光七彩颜色的波长和频率范围
第十四章 波动光学
第一部分 光的干涉
§14-1 光源 光的相干性 §14-2 光程 光程差 §14-3 杨氏干涉实验 §14-4 薄膜干涉 ﹡§14-5 迈克耳逊干涉仪
第二部分 光的衍射 第三部分 光的偏振
激光为最好的单色光源. I
同一种原子组成的光源发出的光 波频率也有一定的宽度
I0
谱线宽度：I0/2( I0是谱线最大强度)处
的谱线的波长范围(或频率范围)
越小，谱线的单色性越好
I0 /2 o
谱线宽度
0
普通单色光的谱线宽度 ： 10-3 0.1 nm 激光的谱线宽度 ： 10-9 10-6 nm
称为相ma干x 长度。
三、相干长度和相干时间
每个原子发光持续的时间t＝10－10～10-8s ，每一列光 的长度l=ct 。
如相图干：长两度列：长两度列有相限干的光相能干产波生传干递涉到所媒允质许中的一最点大，光应程满差足即什 么在条真件空才中肯光定波会列干的涉长？度l=ct
S1
n1
r1
n2
r2
P
L2 r2 d2 n2d2
L2 L1
（r2 d2 n2d2 ) ( r1 d1 1 d1 ) ( r2 ( n2 1)d2 ) ( r1 ( n1 1)d1 )
r2 r1 ( n2 1)d2 ( n1 1)d1
d1 n1
s1
r1 p r2
s2 d2 n2
大学物理
..
非相干(不同原子发的光)
结论：
非相干(同一原子先后发的光)
普通光源发光具有独立性、随机性、间歇性 (1)一个分子(或原子)在一段时间内发出一列光波,发光时 间持续约10－8~10－10s. (间歇性)
(2)同一分子在不同时刻所发光的频率、振动方向不一定相 同。（随机性、独立性）
(3)各分子在同一时刻所发光的频率、振动方向、相位也不 一定相同.(独立性、随机性)
660
橙 622~597 4.8 1014 ~ 5.0 1014
610
黄 597~577 5.0 1014 ~ 5.4 1014
570
绿 577~492 5.4 1014 ~ 6.11014
540
青 492~470 6.11014 ~ 6.4 1014
480
兰 470~455 6.4 1014 ~ 6.6 1014
解（1）根据双缝干涉明纹分布条件：
x k D k 0，1，2，
2a
明纹间距：
x1、4
x4
x1
D
2a
(k4
k1)
得： 2ax1、4
D(k4 k1)
将 2a=0.2mm，x1，4 =7.5mm，D =1000mm 代入上式
2a
（光强极小位置）
光强分布
I 4I0
讨论
x-2
x-1
0
x1
x2 x
-2
-1
0
1
2k
(1) 屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为
x D
2a
一系列等间距的 明暗相间条纹
(2) 已知 2a, D 及Δx,可测
(3) Δx 正比 , D ; 反比 a
(4) 当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地 排列着几条彩色条纹
λ λ
s1 *
r
P
2.光程差
2π nr r
相位差和光程差的关系
2πλ
引入光程这个概念的目的就是把媒质 中的问题折算到真空中来处理，这样只需
2πλ
知道真空中的波长即可求得相位差．
干涉加强 干涉减弱
k, k 0,1, 2,
2kπ,k 0,1, 2,
不相遇
S2
光程差不能太大，把能够产生干涉现象
相干时间：两列波的到最达大干光涉程点差所称允为许‘的相最干大长时度间’差。（显即然发，
光时间）。
相干长度t 等l于一个波列的长度。 c
四、分波阵面干涉的其他实验
1.菲涅耳双面镜
P
s
M1
L
s1
2a
s2
o
M2
D
2.劳埃德镜
P'
P
s1
2a
ML
s2
D
半波损失 ：光从光速较大（光疏介质）的介质射向
光速较小（光密介质）的介质时反射光的相位较之入
射光的相位跃变了 ,相π当于反射光与入射光之间附加
了半个波长的波程差，称为半波损失.
例2 D、2a一定时，若 变化，则 将x怎样变化？
例3 单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝 与屏幕的垂直距离为1m。 求（1）从第一条明纹到同侧旁第四明纹间的距离 为7.5mm，求单色光的波长；
二、 双缝干涉基本规律
1. 光程差
r2 r1
2a x D
p
s
s1
2a
r1
x
r2
o
s2
D
o
D 2a
2.干涉条纹位置
2a x
D
2k
2
(2k 1)
2
干涉加强 干涉减弱
D 2k
2a 2
x
明纹中心
D (2k 1) 暗纹中心
2a
2
k 0,1, 2, k 0,1, 2,
每一条纹都对应着一定的光程差(相位差)，如第三级
波列
低能级 E1
E2 E1 / h
L=c
注意
1.原子每次发光的时间很短，只有10-8秒。对应 的波列的长度称为相干长度. 2.各原子发光是随机的，无固定相位差。
两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象， 即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也不 能产生干涉。
无干涉现象
1.普通光源：属于自发辐射
(2k 1) , k 0,1, 2,
2
(2k 1)π , k 0,1, 2,