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高中物理竞赛辅导讲义:物理光学(含答案解析)


物 理 光 学 § 2.1 光的波动性 2.1.1 光的电磁理论 19 世纪 60 年代,美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论,指出光是一种电磁波, 使波动说发展到了相当完美的地步。 2.1.2 光的干涉 1 、干涉现象是波动的特性 凡有强弱按一定分布的干涉花样出现的现象, 都可作为该现象具有波动本性的最可 靠最有力的实验证据。 2 、光的相干迭加 两列波的迭加问题可以归结为讨论空

间任一点电磁振动的力迭加,所以,合振动平 均强度为 2 I ? A12 ? A2 ? 2 A1 A2 cos(?2 ? ?1 ) 其中 A1 、 A2 为振幅, ?1 、 ? 2 为振动初相位。 ?? ? ? ? 2 j? , j ? 0,1,2, ? ? ?? ? ? ? (2 j ? 1)? , j ? 0,1,2, ? ?(? ? ? )为其他值且 A ? A ? 2 1 2 1 2 1 2 1 I ? ( A1 ? A2 ) 2 干涉相加 I ? ( A1 ? A2 ) 2 干涉相消 I ? 4 A 2 cos2 ? ?? 2 1 2 3 、光的干涉 (1) 双缝干涉 在暗室里,托马斯·杨利用壁上的小孔得到一束阳光。 在这束光里,在垂直光束方向里放置了两条靠得很近的狭 缝的黑屏,在屏在那边再放一块白屏,如图 2-1-1 所示, 于是得到了与缝平行的彩色条纹;如果在双缝前放一 块滤光片,就得到明暗相同的条纹。 A 、B 为双缝,相距为 d ,M 为白屏与双缝相距为 l ,DO 为 AB 的中垂线。屏上距离 O 为 x 的一点 P 到双缝的距离 阳光 图 2-1-1 x?d 2 x?d 2 ) , PB 2 ? l 2 ? ( ) 2 2 ( PB ? PA) ? ( PB ? PA) ? 2dx PA 2 ? l 2 ? ( 由于 d 、 x 均远小于 l ,因此 PB+PA=2l ,所以 P 点 到 A 、 B 的光程差为: S M ? ? PB ? PA ? d x l d α L2 N 若 A 、 B 是同位相光源,当 δ 为波长的整数倍时, 两列波波峰与波峰或波谷与波谷相遇, P 为加强点(亮 点);当 δ 为半波长的奇数倍时,两列波波峰与波谷相 S 图 2-1-2 L S? 图 2-1-3 高中物理竞赛光学原子物理学教程 第二讲物理光学 遇, P 为减弱点 (暗点) 。 因此, 白屏上干涉明条纹对应位置为 x ? ?k ? l ? ? (k ? 0,1,2 ?) d 1 d x ? ?(k ? ) ? ? (k ? 0,1,2?) 2 l 暗条纹对应位置为 。其中 k =0 的明条纹为中央明条纹, 称为零级明条纹; k =1 , 2 ?时,分别为中央明条纹两侧的第 1 条、第 2 条?明(或暗) 条纹,称为一级、二级?明(或暗)条纹。 相邻两明(或暗)条纹间的距离 的距离是均匀的,在 d 、 l 一定的条件下,所用的光 波波长越长,其干涉条纹间距离越宽。 用来测定光波的波长。 (2) 类双缝干涉 双缝干涉实验说明,把一个光源变成“两相干 光源”即可实现光的干涉。类似装置还有 ①菲涅耳双面镜: 如图 2-1-2 所示,夹角 α 很小的两个平面镜构 成一个双面镜(图中 α 已经被夸大了)。点光源 S ?x ? l ? d 。该式表明,双缝干涉所得到干涉条纹间 d ?x l 可 W 幕 幕 ?? ? L ? ? ?l W L0 图 2-1-4 经双面镜生成的像 S1 和 S 2 就是两个相干光源。

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