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光的干涉现象光的衍射 光的偏振现象 光谱和光谱分析光的电磁本性电磁波谱

17世纪形成了两种学说:一种是牛顿主张的微粒说,认为光是从光源发出的一种物质微粒,在均匀介质中以一定的速度传播;另一种是波动说是荷兰物理学家惠更斯提出的,认为光是在空间传播的某种波. 到了19世纪初,人们在实验中观察到了光的干涉和衍射现象这是波动的特征,不能用微粒说解释,因而证明了波动说的正确性. 19世纪60年代,麦克斯韦预言了电磁波的存在,并认为光也是一种电磁波. 此后赫兹在实验中证实了这种假说,这样光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步,取得了巨大的成功. 19世纪末又发现了新的现象——光电效应,这种现象用波动说无法解释. 爱因斯坦于20世纪初提出了光子说,认为光具有粒子性,从而解释了光电效应. 不过这里所说的光子完全不同牛顿所说的“微粒”. 现在人们认识到,光既具有波动性,又具有粒子性.

  1. 光的干涉

  (1) 产生稳定干涉的条件:①两个光源发出的光频率相同;②两个光源发出的光在空间叠加.

  (2) 双缝干涉规律:①由同一光源发出的光经两小缝后形成两列光波叠加产生,当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时,该处的光互相加强,出现明条纹;当到达某点的路程差为半波长奇数倍时,该点光互相消弱,出现暗条纹. ②相邻两明纹(或暗纹)间距离Δx=·λ. 条纹间距与单色光波长成正比. 所以红光干涉条纹最宽. ③干涉图样的亮纹宽度相等,亮度一样.
   

  (3) 薄膜干涉:由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成. 劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹,应用①“用干涉法检查平面”;②用来测各色光的波长.透镜增透膜的厚度是透射光在薄膜中波长的倍. 牛顿环:空气膜干涉.


  (4) 光的波长、波速和频率的关系v=λν. 光在不同介质中传播时,其频率ν不变,其波长λ与光在介质中的波速v成正比,色光的颜色由频率决定,频率不变色光的颜色也不变.

  2. 光的衍射

  光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象. 任何障碍物都可以使光发生衍射. 产生明显衍射条件是障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小,即dλ. 应用①利用衍射条纹测波长;②衍射光波可把不同波长色光分开.


  3. 薄膜干涉条纹的形成

  两列反射波的路程差ΔT,等于薄膜厚度d的两倍,即ΔT=2d. 由于膜上各处厚度不同,故各处两列反射波的路程差不等. 若

  ΔT=2d=(n=1,2,…) 则出现明纹.
  ΔT=2d=(2n-1)(n=1,2,…) 则出现暗纹.

  应注意:干涉条纹出现在被照射面.

  4. 光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,但存在明显的区别:单色光的衍射条纹与干涉条纹都是明暗相间分布,但衍射条纹中间亮纹最宽,两侧条纹逐渐变窄变暗,干涉条纹则是等间距,明暗亮度相同. 白光的衍射条纹与干涉条纹都是彩色的.

  5. 泊松亮斑

  当光照到不透光的极小圆板上时,在圆板的阴影中心出现的亮斑. 当形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环.

难点突破:

薄膜干涉的应用如下.

  增透膜的使用:增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的倍,使薄膜前
后两面的反射光的光程差为波长的一半,(ΔT=2d=λ,得d=λ),故反射光叠加后减弱,从能量的角度分析E=E+E+E. 在介质膜吸收能量不变的前提下,若E=0,则E最大. 增强透射光的强度.

  用干涉法检查平面:如图4-1所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检测平面是光滑的,得到的干涉图样必是等间距的. 如果某处凹下,则对应明纹(或暗纹)提前出现,如图甲所示;如果某处凸起来,则对应条纹延后出现,如图乙所示. (注:“提前”与“延后”不是指在时间上,而是指由左向右的顺序位置上. )

        

例题4-1 如图4-2所示,甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图案. 其中图甲是光的_____图像, (填“平行”或“衍射”)由此可判断出图甲所对应的圆孔的孔径_____图乙所对应的圆孔的孔径.(填“大于”或“小于”) (2001年,上海)

          



例题4-2 如图4-3所示为一显示薄膜干涉及现象的实验装置,P是附有肥皂膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯,往火焰上洒些盐后,在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的(  )
                       


     


例题4-3 市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆,商店等处,这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(例如氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线. 以λ表示此红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为(  ) (2001年,江苏)

    A.λ   B.λ   C.λ   D.λ



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