[其它技巧]物理复习4

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1、G11G2115 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪一、装置一、装置SM2M1M2212E二、等倾干涉二、等倾干涉2cos2kieek ek 三、等厚干涉三、等厚干涉2nd 四、迈氏干涉仪的特点四、迈氏干涉仪的特点 两束相干光在空间完全被分开，相互两束相干光在空间完全被分开，相互独立，所以可用移动反射镜或在光路中加独立，所以可用移动反射镜或在光路中加入不同介质的方法来改变两束光的光程差。入不同介质的方法来改变两束光的光程差。S116 光光 的的 衍衍 射射一、光的衍射现象一、光的衍射现象菲涅耳圆孔衍射菲涅耳圆孔衍射几米几米23mm圆孔半径足圆孔半径足够大时，图够大时，图样为几何像样为几何像不同大小的

2、圆孔的衍射条纹不同大小的圆孔的衍射条纹孔直径减小孔直径减小菲涅耳圆盘衍射菲涅耳圆盘衍射SRr0圆盘有使点光源成一实象的作用，如同一个透镜。圆盘有使点光源成一实象的作用，如同一个透镜。圆圆 盘盘 衍衍 射射菲涅耳直边衍射菲涅耳直边衍射S单缝衍射单缝衍射S不同宽度的单缝衍射图样不同宽度的单缝衍射图样对应如图所示的单缝衍射图样，单缝的宽度应如何排列？对应如图所示的单缝衍射图样，单缝的宽度应如何排列？ba bb bc bdba bb bc bd从矩孔到圆孔的衍射图样从矩孔到圆孔的衍射图样 结结 论论 光束在什么方向受到限制，衍射图样在光束在什么方向受到限制，衍射图样在什么方向铺展，限制愈厉害，衍射效应

3、愈强。什么方向铺展，限制愈厉害，衍射效应愈强。二、衍射分类二、衍射分类S衍射物衍射物照明空间照明空间衍射场衍射场1.菲涅耳衍射（近场衍射，非平行光衍射）菲涅耳衍射（近场衍射，非平行光衍射）2.夫琅和费夫琅和费 衍射（远场衍射、平行光衍射）衍射（远场衍射、平行光衍射）三、惠更斯三、惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理1.原理原理 波在传播过程中，从同一波阵面上各点发波在传播过程中，从同一波阵面上各点发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，产生出的子波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加。相干叠加。子子 波波子波相干叠加子波相干叠加一、装置及其光路一、装置及其光路11-7 单单 缝缝 衍衍 射射AB二、

4、半波带法二、半波带法ObA1A2A3 /2PC24ACk=4个半波带个半波带暗暗1.光程差光程差光程差光程差sinba.kkb22sin（k=1，2，）当缝当缝AB被分成被分成偶数个半波带偶数个半波带 时，形成时，形成 暗纹暗纹。A1A2A3 CABbPOk=3个半波带个半波带23AC亮亮/2b.2)12(sinkb（k=1，2，）当缝被分为当缝被分为奇数个半波带奇数个半波带，形成，形成亮纹亮纹，或，或次极大次极大。5个半波带个半波带9个半波带个半波带bb 单缝间划分的半波带数目越多，每一个半波带所占的面单缝间划分的半波带数目越多，每一个半波带所占的面积就越小。因此，单缝衍射条纹中次极大不是等

5、强度的，积就越小。因此，单缝衍射条纹中次极大不是等强度的，次极大的强度是逐渐减小的。次极大的强度是逐渐减小的。上一页上一页下一页下一页ABbO中央主极大中央主极大光程差光程差0sinbAC 下一页下一页c.=0处，称为中央主极大。处，称为中央主极大。2.条纹在屏上的位置条纹在屏上的位置L2SL1f2b 0 角位置角位置 =bk（k=1，2，）暗纹）暗纹bk2)12(（k=1，2，）亮纹）亮纹线位置线位置fx 三、衍射条纹的特征三、衍射条纹的特征0IIkO123-1-2-310.0471明明2明明1.衍射条纹衍射条纹的光强分布的光强分布2.条纹宽度条纹宽度SOL1L2fb 0 半角宽：半角宽：b

6、0线宽：线宽：fl002（a）中央主极大）中央主极大(b)次极大次极大角宽度：角宽度：0b线宽度：线宽度：20lfl3.b0缝宽缝宽 b对衍射的影响对衍射的影响b0 一定一定 b 衍射显著衍射显著 b 衍射不显著衍射不显著当当 b 0 0 时的衍射图样时的衍射图样即为透镜所成的几何光学像。即为透镜所成的几何光学像。几何光学是波动光学在几何光学是波动光学在(b)0时的极限。透镜所成象实际上是一个衍时的极限。透镜所成象实际上是一个衍射图样。射图样。4.在夫琅和费单缝衍射实验中，波长为在夫琅和费单缝衍射实验中，波长为 的单色光垂直入的单色光垂直入射在宽度射在宽度 b=2 的的单缝上，对应于衍射角为的

7、的单缝上，对应于衍射角为 300 方向，单方向，单缝处的波面可分成多少个半波带？屏上对应点是什么条纹缝处的波面可分成多少个半波带？屏上对应点是什么条纹?b3000bsin30 2122222kN 1k 例例11级暗纹级暗纹解解:P上一页上一页下一页下一页 平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅和平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅和费衍射，若屏上费衍射，若屏上P点处为第二级暗纹，则单缝处点处为第二级暗纹，则单缝处波面相应的可划分为波面相应的可划分为 _ 个半波带。若将单缝个半波带。若将单缝宽度缩小一半，宽度缩小一半，P点处将是点处将是 _ 级级_纹。纹。41暗暗kbsin N=2k=422sin

8、 2bk=12bsin 例例2k=2222 解：解：极小极小例例3 波长为波长为546.1nm的平行光垂直的射在的平行光垂直的射在1mm宽的缝上，宽的缝上，若将焦距为若将焦距为100cm的透镜置于缝的后面，并使光聚焦到屏上，的透镜置于缝的后面，并使光聚焦到屏上，问：（问：（1）中央主极大到第一极小、第三极小的距离？（）中央主极大到第一极小、第三极小的距离？（2）中央主极大的宽度？（中央主极大的宽度？（3）两个第三极小间的距离？）两个第三极小间的距离？0 3l0l3解：解：（1）bf1 lmm55.0 b3f3 lmm65.1（2）mm1.121 ll0mm3.32 33ll上一页上一页下一页下

9、一页例例4 白光形成的单缝衍射的图样中，其中某一波长的第白光形成的单缝衍射的图样中，其中某一波长的第三次大极与波长为三次大极与波长为600nm的光波的第二次极大重合。的光波的第二次极大重合。求该光波波长。求该光波波长。解：解：2)1k2(bisn x依题意依题意b2)122(b2)132(x nm6.42875x b2)1k2(上一页上一页下一页下一页四、单缝衍射的应用四、单缝衍射的应用衍射反比律衍射反比律b0 上式提供了一种光学变换。在工程应用中，上式提供了一种光学变换。在工程应用中，单缝实际上是反映了物体间隔、位移、剖面以及单缝实际上是反映了物体间隔、位移、剖面以及温度、折射率等物理量的转

10、换器。温度、折射率等物理量的转换器。xkOL 0bx1.物体间隔的测量物体间隔的测量 把被测物体的间隔作为一个狭缝，当已知波长把被测物体的间隔作为一个狭缝，当已知波长的光束通过狭缝后，将在接收屏上形成衍射图样。的光束通过狭缝后，将在接收屏上形成衍射图样。如果测出如果测出k级极小在相对于级极小在相对于O点的距离点的距离xk，则可间接，则可间接测得物体的间隔测得物体的间隔b。kxLkb 上一页上一页下一页下一页 在制造金属细丝（或其他细小产品）的过程中，常用激光在制造金属细丝（或其他细小产品）的过程中，常用激光对直径进行连续检测。激光束垂直照射金属丝，产生的衍射条对直径进行连续检测。激光束垂直照射

11、金属丝，产生的衍射条纹和与丝径等宽的单缝夫琅和费衍射条纹类似，如图所示。设纹和与丝径等宽的单缝夫琅和费衍射条纹类似，如图所示。设激光的波长为激光的波长为，观察屏距金属细丝，观察屏距金属细丝D。如果中央主极大两侧。如果中央主极大两侧k级暗纹间距为级暗纹间距为x，则金属丝的直径可测得。，则金属丝的直径可测得。2xDkbD2.应变量的测量应变量的测量 在待测构件的表面将量块用销钉固定，两量块间保持一定在待测构件的表面将量块用销钉固定，两量块间保持一定间隙。激光束通过狭缝在接收屏上产生衍射图样。当构件加载间隙。激光束通过狭缝在接收屏上产生衍射图样。当构件加载后，量块的间隙发生变化，则接收屏上的衍射条纹的宽度将发后，量块的间隙发生变化，则接收屏上的衍射条纹的宽度将发生改变。若生改变。若b为狭缝宽度，为狭缝宽度，bkLbbkkx1x1 L构件构件量量块块b接收屏接收屏激光束激光束xk上一页上一页下一页下一页 b为构件加载后狭缝为构件加载后狭缝的改变，的改变，xk为形变前第为形变前第k级暗纹的位置，级暗纹的位置，为为形变后第形变后第k级暗纹的位级暗纹的位置，则应变量为置，则应变量为kx kx 作业作业必做：必做：习题集（第习题集（第12章）（一）章）（一）9；（二）；（二）7；教教 材材 114、24 选做：选做：教教 材材 11 25（1）（）（2）、）、26