(一)知识目标
1、知道光的干涉现象,了解相干条件,知道光的双缝干涉现象是如何产生的以及产生明暗条纹间距与波长的关系;
2、知道薄膜干涉是如何产生的,了解薄膜干涉的现象及技术上的应用。
(二)能力目标
通过观察实验现象,与以前学过的机械波的干涉进行类比,培养学生的自主学习的能力以及对问题的分析、推理能力。
教学建议
光的干涉是本章的重点之一.讲解前先引导学生回忆机械波的有关内容.
在光的干涉的教学中,一个值得注意的问题是相干条件的讲述(有关内容可以参见扩展资料).相对于机械波--比较容易的获得连续振动的波源、满足相干波的条件,两个独立光源发出的光,即使是" 频率相同的单色光"(实际上严格的单色光并不存在) ,也不能保持恒定的相差.考虑到学生的知识基础和接受水平,讲解中可以不提出相干光的概念,只强调利用" 单孔双缝" 使得一束光" 成了两个振动情况总是相同的波源" ,这同机械波中提到的振源的" 振动步调相同" 的要求是一致的.
做好演示实验.让学生通过观察白光的双缝干涉和单色光的双缝干涉加深知识的理解. 双缝干涉的教学虽不要求定量讨论,但是在讲条纹间距与波长的关系时,要让学生知道公式中每一项的意义,配合彩图让学生将白光、单色光的干涉图样的特点记住.并要知道不同色光具有不同的频率,光的频率只由光源决定而与介质无关.在狭缝间的距离和狭缝与屏间的距离不变的条件下,单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长成正比,这个关系是应该让学生知道的.知道了这一点,学生才能理解不同色光具有不同的频率和波长.
薄膜干涉的教学,可以结合实验、演示来进行,只要求学生初步认识这种现象,不必做进一步的分析.除了肥皂膜的干涉外,两片玻璃之间的空气膜的干涉、浮在水面上的油膜的干涉,都可以让学生观察.如果有牛顿环的实验装置,也可以让学生观察.
关于光的干涉在技术上的应用,教材中举了用干涉法检查平面和增透膜的例子.对此只要求学生初步了解其原理,可不再补充.
关于演示实验的教学建议
(1)演示实验可以用激光光学演示仪、实验时使激光束的行进方向正对学生的观察方向,用毛玻璃屏接收干涉条纹.让光屏到双缝的距离保持一定(L 不变),让光束通过不同间距(d )的双缝,可观察到屏上的条纹间距不同,d 大的条纹间距窄,保持d 不变,使双缝到屏的距离增大,则条纹间距变宽.
(2)学生实验用双缝干涉仪测光的波长.实验时可以用灯丝为线状的灯泡作光源,在双缝前加一滤光片(红、绿均可),让双缝对准光源且双缝平行于灯丝,这样通过双缝的为单色光.然后调节双缝的卡脚,即可在筒内带有刻波的光屏上得到单色光的干涉条纹,再从观察到的条纹中选若干条清晰的条纹,从屏上的刻度读出他们的间距之和,求出相邻两条纹的间距:
, 由
可以求出
d 在双缝上已标出,L 从仪器上可得到,
为测量到的值,即可求出
,本实验除了测波长,还可以让学生用其观察白光的干涉条纹(不加滤光片,直接观察灯丝发出的光),在屏上可看到彩色条纹
(3)薄膜干涉可采用随堂实验.用生物实验用的盖玻片、酒精灯、食盐.将少许食盐撒在酒精灯的灯芯上点燃,然后将盖玻片置于火焰后方,用眼睛从前面着盖玻片即可看到明、暗相间的条纹
(4)用激光演示仪加牛顿圈配件可以在屏上得到牛顿环
典型例题
典型例题1——关于相干光的条件
两只相同的灯泡发出的光束相遇( ) 发生干涉现象?(填“能”或“不能”)
分析与解答:只有两列相干光相遇,才会产生干涉现象一般光源发出的光.是大量原子跃迁时产生的,由不连续的波列组成,即使频率相同,各波列振动的情况也是无规则地变化的,因此两个独立光源发出的光不是相干光,不会发生干涉现象
典型例题2——关于白光的双缝干涉实验
在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏上观察到彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光用只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),这时:
A 、只有红色和绿色的干涉条纹,其它颜色的双缝干涉条纹消失;
B 、红色和绿色的干涉条纹消失,其它颜色的干涉条纹仍然存在;
C 、任何颜色的干涉条纹都不存在,但屏上仍有亮光;
D 、屏上无任何亮光.
分析解答:在双缝干涉实验中,白光通过单缝成为线光源,从单缝时出的光通过双缝分成两束光,它们在光屏上形成彩色的干涉条纹,现在两个缝前分别放上红色和绿色滤光片,红光和绿光的频率不同,不是相干光,所以屏上没有干涉条纹,只有亮光,选择项C 正确
典型例题3——关于单色光的干涉条纹
用单色光做双缝干涉实验时,屏上出现明暗相间的干涉条纹,屏上某处到两狭键的距离之差满足 时,该处出现亮条纹;屏上某处到两缝的距离之差满足 时,该处出现暗条纹.
分析与解当距离之差等于单色光半被长的偶数倍时,该处出现亮条纹;当距离之差等于单色光的半波长奇数倍时,该处出现暗条纹.
典型例题4--关于白光的干涉条纹
用白光做双缝干涉实验时,得到彩色的干涉条纹,下列正确的说法是: A 、干涉图样的中央亮纹是白色的; B 、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹; C 、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹; D 、在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关
分析与解答:白光是各种不同色光组成的复色光,光屏中央到两狭缝距离相等,各色光经双缝到达光屏中央的路程差为零,在光屏中央均出现亮纹,各色光复合成白光,所以中央亮纹为白
色由 可知.不同色光的干涉条纹间距 随波长的增大而增大,紫光的波长最短所以靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹,选择项AC 是正确的
习题精选
1、如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置,所用单色光是用普通光源加滤色片后获得的,检查中所观察到的干涉条纹是下列哪两个表面反射的光线叠加而成的:( )
A 、A 的上表面和B 的下表面; B、A 的上表面和B 的上表面;
C 、A 的下表面和B 的上表面; D、A 的下表面和B 的下表面.
2、在用薄膜干涉来检查工件表面时,形成的干涉图样如图所示,一条明纹在A 处向劈形空气膜的劈尖方向发生弯曲,由此可知工件表面A 处 (填“凸起”或“凹陷”).
3、如果把杨氏双缝干涉实验,从空气中移动到某种透明的液体中做实验,则条纹的间距:( )
A 、增大 B、减小 C、不变 D、缺少条件,无法判断
4、用红光做双缝干涉实验,在屏幕上观察到干涉条纹,在其它条件不变的情况下,改用紫光做实验,则干涉条纹间距将变 ,如果改用白光做实验,在屏幕上将出现 色条纹.
答案:
1、C 2、A 处向下凹陷 3、B 4、小;彩色
扩展资料
白色与无色
在日常生活中,我们发现,有些人常把白色和无色自觉不自觉地混淆起来,例如,把纯净水滴说成白色水滴,无色透明的玻璃烧瓶说成是白色透明的玻璃烧瓶等等。似乎在这些人眼里,白色就等于无色,无色与白色是一回事。其实不然,白色与无色是两个迥然不同的概念!为了能澄清进而区别这两个概念,还得让我们从颜色理论讲起。
光是电磁波,具有波动性,不同波长(频率)的光在我们眼睛的视网膜上能产生不同的效应,正是这些效应给我们以颜色的感觉。但是,并不是所有光波都能引起视觉,引起视觉的光波,其频率大约为每秒四百万亿次到八百万亿次(波长大约在3800~7800埃),即可见光范围。在可见光范围内,能量按频率或波长的不同分布引起不同颜色视觉。例如,适当的、均匀分布的色光引起白色的视觉;能量分布集中于高频率的色光会引起蓝色的视觉;能量分布集中于低频率的色光会引起红色的视觉。颜色的视觉感是由于能量分布的不同而引起的,然而,有时能量分布虽然不同,但是,引起的颜色视觉却完全一样。事实上,同一种色光存在着无数种不同的能量分布。如真正的黄光(即单色光)和由红绿适当混合而成的黄光,看起来完全一样。由此看出,人眼的分析能力比较差。自然界中的光,有各种各样的颜色,其实,这些光一般都不是单色光,而是多种单色光的混合。但是,人眼对某一种颜色却只有一个笼统的总感觉,尽管这种颜色是由千万种单色光组成的。
早在三百多年前(1666年)牛顿就用棱镜将白光分析成为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩带,第一次发现白光(日光)的光谱组成。然而,人眼是决不能分析出白光的光谱组成的。其实,适当选择两种不同波长的单色光及它们的亮度,再把它们混合起来也能得到白光。这种白光可以和上述由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等一系列单色光混合出来的白光D 一样白,一样亮。这些能配合成白光的两种单色光 称为互补对或互补色。牛顿曾制造出一个颜色
盘,也叫牛顿色盘,如图所示。它的特点是将各个互补色大致绘在圆盘的对径上。
例如,红光的互补色是青绿之间的颜色,适当份量的红光和青绿光同时到达人眼,
就可以产生白光的印象。再如,橙和青蓝或黄和紫蓝也都是互补色,假如将它们
一对一对各自按适当的比例配合起来,都能产生白光的视觉。更为有趣的是,不
仅两种单色光可以配合成为白光,三种、四种甚至千万种单色光的连续光谱也可以混合起来配成白光。这些白光,在人眼看起来都是一样白,一样亮,但它们都是由完全不同的光谱所组成。 太阳光是白光,白炽灯的光也是白光,在各种不同情况下的日光,如直射日光,被云遮着的日光,天空散射的日光等,都可以称为白光。这些白光不仅在光谱分析上不同,即使在视觉上也有些不同。例如,天空散射的日光和被云遮着的日光,看起来带些蓝,而白炽灯的光似乎带点红或黄。但是,由于人眼有很大的适应性,使得在晚上看电灯光时又确实很“白”,这种适应性加上其他心理成分,使白光的定义就更为复杂化。事实上,人眼产生的颜色感应是一个物理、生理和心理的综合效果。但是,白光又是一个常用的概念,应有一个标准定义。
色度学常用CIE (国际照明委员会的缩写)1931年建议的等能量光谱作为白光的定义。等能量光的意义是:以辐射能作为纵坐标,波长作横坐标,则它的光谱曲线是一根平行于横轴的直线。考虑到频率比波长更基本些,所以,后又用频率为横坐标的等能量光作白色的定义。但是,这样的等能量光谱和CIE 的等能量光谱完全不同。
以上我们从光的频率及其能量分布与视觉器官的相互作用论述了光的颜色本质,特别是对“白光”概念作了较为详尽的说明。光的颜色本质明了后,自然界中各种物体能呈现各种各样颜色的原因也就不难找到。
颜色不是物体自身的性质,而是由它对照射到它上面的各种颜色的光的反射和吸收决定的。一般的有色透明体就是在可见光范围内表现选择吸收的结果。例如,对红色光及橙色光吸收得很少,而对绿色、蓝色及紫色光吸收很多的玻璃是红色的。当以白光通过这种玻璃时,只有红色光才能通过而引起红色的感觉,其他波长较短的光都被吸收。假如用绿色光或蓝色光照射这种玻璃,则玻璃呈现出“黑色”,因为它吸收了这些光、呈现非透明现象。由于选择吸收而使物体呈现的
颜色称为体色,呈现体色物体的透射光和反射光的颜色是一样的。
不透明物体的颜色一般都是选择反射的结果。例如,植物的叶子,由于含有胡萝卜素族的叶绿素,吸收红、紫两端光波段,而对绿光反射特别强,所以呈绿色;动物的红血球吸收绿色以下的短波段,所以呈红色;白色物体对可见光的吸收程度很小,而反射程度很大。由于选择反射而使物体呈现的颜色称为表面色。
至此,我们已对颜色的简单理论全部讨论完毕,所以完全有能力来澄清“白色”和“无色”这两个概念了。
根据以上分析和讨论可知,物体被日光或与日光相似的光照射,各种频率的光都被反射时呈现出的颜色叫“白色”,或者是物体被某复色光照射,仅反射或透射某一对互补色光时呈现出的颜色称为“白色”。如棉花、冬雪、牛奶、硫酸钡等物体的颜色都是白色。
在一个波长范围内,若某种物体对于通过它的各种波长的光波都作等量(指能量)吸收,且吸收量很小,则称这种物体具有一般吸收性。光通过呈现一般吸收性的物体时,各种波长的光几乎都能从该物体透射,因此,又可以说该物体对这一波长范围的光是透明的。如果所论的波长范围就是可见光的波长范围,则对应的这种透明物体给我们的一种特有视觉感就称为“无色”或直接称该物体是无色的。可见,无色乃是透明物体所呈现的一种特殊现象。例如,纯净的空气、光学玻璃、水晶、蒸馏水等物体对白光都呈现一般性吸收,故都是无色的,而决不是白色的。但要注意,无色的物体一定是透明的,而透明的物体却不一定是无色的,例如各种透明的有色玻璃。
扩展资料
波程差与光程差
波程差和光程差是光学中既有区别又有联系的两个概念,切实掌握好这两个概念,不仅是研究光的干涉而且是研究整个波动光学问题的关键,特别是光程差概念。为此,让我们从两个频率相同、振动方向相同的单色简谐波的叠加说起。
如图所示,
和
为真空中两个单色点光源,向外发射频率相同、振动方向相同的单色
分别为
和
到P 点的光波,P 点是两光波叠加区域内的任意一点(所谓的场点),
和
距离。设
和
光振动的初相位分别为
不难求得P 点的光振动为:
和
,振幅为
、
,则根据波动议程知识
(1)
式中 为两光波源的振动角频率,c 为两光波在真空中的传播速度。于是,两光波在相遇点P 处任何时刻振动的相位差为:
的波长为
,并考虑到
,则:
,若令
,两光波在真空中
(2)
从(2)式可见,两光波在相遇点P 处,任一时刻的振动相位差仅与
差值“ ”有关。因
和
分别为两波源到达观察点P 的距离,故差值“
表示,即
”为两光。波到达观察点P 所经过的路程之差,波动光学中常称之为波程差,以
于是,(2)式可改写为:
(3)
由此关系式及合成光强度公式:
可知,对于任一观察点P ,当
值;当
或
或
时,合成光强I 为极大时,合成光强I 为极小值。
以上结论在讨论光波的干涉和衍射时是非常重要的,用文字叙述就是:当两列相干光波(同频率、同振动方向、恒定相位差)在真空中相遇时,波程差为半波长的偶数倍的各点,其合成光强度有极大值;波程差为半波长的奇数倍的各点,其合成光强度有极小值;其他各点合成结果介于以上两者之间。
按理,同频率、同振动方向的两列单色简谐光波的叠加问题讨论到上述结果就可告一段落,但遗憾的是见得更多的却是光波在不同媒质中的传播,而同一频率的光在不同媒质中的波长是不相同的,这就多少给我们处理问题带来麻烦。
不失一般性,我们假定前述同频率、同振动方向的两个单色点光源发出的两束光各自经过折射率为和的不同媒质,如图所示,则现在P 点的光振动应为:
(4)
式中
、
分别是
、
发出的光在折射率为
两光波在相遇点P 处任何时刻的相位差应为:
和
的媒质中传播的速度。于是,
为方便起见,同样令
,则有:
(5)
与(3)式相比,(5)式确实变得麻烦了些。但是,通过一定的变换,我们仍可以把(5)式尽量向(3)式形式靠拢。
我们知道,只要光源的频率不变,光在传播过程中频率也不变。设光在真空中的传播速度为c ,波长为
;光在媒质中的传播速度为v ,波长为
(媒质折射率定义)所以:
,那么就有
及
,或
。因为
(6)
应用(6)式关系,(5)式可改写成
(7)
从(7)式可见,两同频、同振动方向的光源发出的光,经过不同的媒质,在相遇点P 处任一时刻的振动相位差唯一地决定于差值
。差值中的每一项都是光在媒质中所经历的实际几何路程与该种媒质的折射率的乘积,波动光学中称之为光程,相应的差值
就称为光程差,并仍用符号
表示,即:
如果其中任一列光波在途径中经过了不同的媒质,则总光程应为各段光程之和。引入光程概念后,(7)式就能写成与(3)式完全相同的形式,即
(8)
很明显,当光程差
中的
时,光程差就等于波程差,因此,(3)式可看作是(8)式的一种特例。又在均匀媒质中,因为
,所以,光程也可以认为等于相同时间内光在真空中通过的几何路程。于是,借助于光程这个概念,可将光在媒质中所走的路程折合为光在真空中的路程,相应的光在媒质中的波长也要折合成真空中的波长。这样就便于比较光在不同媒质中所走路程的长短,进而计算相位差。事实上,上面由(5)式到(8)式的整个过程就是体现了这种折合思想。
概括起来讲,只有在真空中,光程差和波程差才没有区别,在媒质中它们是有区别的。下面我们再通过一个简单的例题来巩固和加深对它们的理解。
如图所示,
和
都在真空中,设
和
。在
到P 点的联线上插入一片折射率为 的介质片,厚度为
,求
解:
按光程、光程差的定义:
到P 点的光程差。
扩展资料
关于光波相干条件的讲述
在机械波里可以比较容易地获得连续振动的波源,两个波源只要频率相同,相干性的其他条件,比较容易满足.因此我们没有特别强调和介绍“相差恒定”这一条件,而只是提到振源的“振动步调相同”.
一般光源发出的光,是大量原子跃迁时发出的,由不连续的波列组成,各波列的相位是无规则变化的,这是由原子发光的特点决定的.因此,两个独立光源发出的光,即使是“频率相同的单色光”(实际上严格的单色光并不存在) ,也不能保持恒定的相差.必须把同一个点光源(或线光源) 发出的一束光分成两束,才能得到相干光.考虑到学生的知识基础和接受水平,可以不提出相干光的概念,但在叙述中,强调了从单孔射出的光束到达双孔时,双孔“就成了两个振动情况总是相同的波源”,这同机械波中提到的振源的" 振动步调相同" ,要求是一致的.
(一)知识目标
1、知道光的干涉现象,了解相干条件,知道光的双缝干涉现象是如何产生的以及产生明暗条纹间距与波长的关系;
2、知道薄膜干涉是如何产生的,了解薄膜干涉的现象及技术上的应用。
(二)能力目标
通过观察实验现象,与以前学过的机械波的干涉进行类比,培养学生的自主学习的能力以及对问题的分析、推理能力。
教学建议
光的干涉是本章的重点之一.讲解前先引导学生回忆机械波的有关内容.
在光的干涉的教学中,一个值得注意的问题是相干条件的讲述(有关内容可以参见扩展资料).相对于机械波--比较容易的获得连续振动的波源、满足相干波的条件,两个独立光源发出的光,即使是" 频率相同的单色光"(实际上严格的单色光并不存在) ,也不能保持恒定的相差.考虑到学生的知识基础和接受水平,讲解中可以不提出相干光的概念,只强调利用" 单孔双缝" 使得一束光" 成了两个振动情况总是相同的波源" ,这同机械波中提到的振源的" 振动步调相同" 的要求是一致的.
做好演示实验.让学生通过观察白光的双缝干涉和单色光的双缝干涉加深知识的理解. 双缝干涉的教学虽不要求定量讨论,但是在讲条纹间距与波长的关系时,要让学生知道公式中每一项的意义,配合彩图让学生将白光、单色光的干涉图样的特点记住.并要知道不同色光具有不同的频率,光的频率只由光源决定而与介质无关.在狭缝间的距离和狭缝与屏间的距离不变的条件下,单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长成正比,这个关系是应该让学生知道的.知道了这一点,学生才能理解不同色光具有不同的频率和波长.
薄膜干涉的教学,可以结合实验、演示来进行,只要求学生初步认识这种现象,不必做进一步的分析.除了肥皂膜的干涉外,两片玻璃之间的空气膜的干涉、浮在水面上的油膜的干涉,都可以让学生观察.如果有牛顿环的实验装置,也可以让学生观察.
关于光的干涉在技术上的应用,教材中举了用干涉法检查平面和增透膜的例子.对此只要求学生初步了解其原理,可不再补充.
关于演示实验的教学建议
(1)演示实验可以用激光光学演示仪、实验时使激光束的行进方向正对学生的观察方向,用毛玻璃屏接收干涉条纹.让光屏到双缝的距离保持一定(L 不变),让光束通过不同间距(d )的双缝,可观察到屏上的条纹间距不同,d 大的条纹间距窄,保持d 不变,使双缝到屏的距离增大,则条纹间距变宽.
(2)学生实验用双缝干涉仪测光的波长.实验时可以用灯丝为线状的灯泡作光源,在双缝前加一滤光片(红、绿均可),让双缝对准光源且双缝平行于灯丝,这样通过双缝的为单色光.然后调节双缝的卡脚,即可在筒内带有刻波的光屏上得到单色光的干涉条纹,再从观察到的条纹中选若干条清晰的条纹,从屏上的刻度读出他们的间距之和,求出相邻两条纹的间距:
, 由
可以求出
d 在双缝上已标出,L 从仪器上可得到,
为测量到的值,即可求出
,本实验除了测波长,还可以让学生用其观察白光的干涉条纹(不加滤光片,直接观察灯丝发出的光),在屏上可看到彩色条纹
(3)薄膜干涉可采用随堂实验.用生物实验用的盖玻片、酒精灯、食盐.将少许食盐撒在酒精灯的灯芯上点燃,然后将盖玻片置于火焰后方,用眼睛从前面着盖玻片即可看到明、暗相间的条纹
(4)用激光演示仪加牛顿圈配件可以在屏上得到牛顿环
典型例题
典型例题1——关于相干光的条件
两只相同的灯泡发出的光束相遇( ) 发生干涉现象?(填“能”或“不能”)
分析与解答:只有两列相干光相遇,才会产生干涉现象一般光源发出的光.是大量原子跃迁时产生的,由不连续的波列组成,即使频率相同,各波列振动的情况也是无规则地变化的,因此两个独立光源发出的光不是相干光,不会发生干涉现象
典型例题2——关于白光的双缝干涉实验
在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏上观察到彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光用只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),这时:
A 、只有红色和绿色的干涉条纹,其它颜色的双缝干涉条纹消失;
B 、红色和绿色的干涉条纹消失,其它颜色的干涉条纹仍然存在;
C 、任何颜色的干涉条纹都不存在,但屏上仍有亮光;
D 、屏上无任何亮光.
分析解答:在双缝干涉实验中,白光通过单缝成为线光源,从单缝时出的光通过双缝分成两束光,它们在光屏上形成彩色的干涉条纹,现在两个缝前分别放上红色和绿色滤光片,红光和绿光的频率不同,不是相干光,所以屏上没有干涉条纹,只有亮光,选择项C 正确
典型例题3——关于单色光的干涉条纹
用单色光做双缝干涉实验时,屏上出现明暗相间的干涉条纹,屏上某处到两狭键的距离之差满足 时,该处出现亮条纹;屏上某处到两缝的距离之差满足 时,该处出现暗条纹.
分析与解当距离之差等于单色光半被长的偶数倍时,该处出现亮条纹;当距离之差等于单色光的半波长奇数倍时,该处出现暗条纹.
典型例题4--关于白光的干涉条纹
用白光做双缝干涉实验时,得到彩色的干涉条纹,下列正确的说法是: A 、干涉图样的中央亮纹是白色的; B 、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹; C 、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹; D 、在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关
分析与解答:白光是各种不同色光组成的复色光,光屏中央到两狭缝距离相等,各色光经双缝到达光屏中央的路程差为零,在光屏中央均出现亮纹,各色光复合成白光,所以中央亮纹为白
色由 可知.不同色光的干涉条纹间距 随波长的增大而增大,紫光的波长最短所以靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹,选择项AC 是正确的
习题精选
1、如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置,所用单色光是用普通光源加滤色片后获得的,检查中所观察到的干涉条纹是下列哪两个表面反射的光线叠加而成的:( )
A 、A 的上表面和B 的下表面; B、A 的上表面和B 的上表面;
C 、A 的下表面和B 的上表面; D、A 的下表面和B 的下表面.
2、在用薄膜干涉来检查工件表面时,形成的干涉图样如图所示,一条明纹在A 处向劈形空气膜的劈尖方向发生弯曲,由此可知工件表面A 处 (填“凸起”或“凹陷”).
3、如果把杨氏双缝干涉实验,从空气中移动到某种透明的液体中做实验,则条纹的间距:( )
A 、增大 B、减小 C、不变 D、缺少条件,无法判断
4、用红光做双缝干涉实验,在屏幕上观察到干涉条纹,在其它条件不变的情况下,改用紫光做实验,则干涉条纹间距将变 ,如果改用白光做实验,在屏幕上将出现 色条纹.
答案:
1、C 2、A 处向下凹陷 3、B 4、小;彩色
扩展资料
白色与无色
在日常生活中,我们发现,有些人常把白色和无色自觉不自觉地混淆起来,例如,把纯净水滴说成白色水滴,无色透明的玻璃烧瓶说成是白色透明的玻璃烧瓶等等。似乎在这些人眼里,白色就等于无色,无色与白色是一回事。其实不然,白色与无色是两个迥然不同的概念!为了能澄清进而区别这两个概念,还得让我们从颜色理论讲起。
光是电磁波,具有波动性,不同波长(频率)的光在我们眼睛的视网膜上能产生不同的效应,正是这些效应给我们以颜色的感觉。但是,并不是所有光波都能引起视觉,引起视觉的光波,其频率大约为每秒四百万亿次到八百万亿次(波长大约在3800~7800埃),即可见光范围。在可见光范围内,能量按频率或波长的不同分布引起不同颜色视觉。例如,适当的、均匀分布的色光引起白色的视觉;能量分布集中于高频率的色光会引起蓝色的视觉;能量分布集中于低频率的色光会引起红色的视觉。颜色的视觉感是由于能量分布的不同而引起的,然而,有时能量分布虽然不同,但是,引起的颜色视觉却完全一样。事实上,同一种色光存在着无数种不同的能量分布。如真正的黄光(即单色光)和由红绿适当混合而成的黄光,看起来完全一样。由此看出,人眼的分析能力比较差。自然界中的光,有各种各样的颜色,其实,这些光一般都不是单色光,而是多种单色光的混合。但是,人眼对某一种颜色却只有一个笼统的总感觉,尽管这种颜色是由千万种单色光组成的。
早在三百多年前(1666年)牛顿就用棱镜将白光分析成为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩带,第一次发现白光(日光)的光谱组成。然而,人眼是决不能分析出白光的光谱组成的。其实,适当选择两种不同波长的单色光及它们的亮度,再把它们混合起来也能得到白光。这种白光可以和上述由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等一系列单色光混合出来的白光D 一样白,一样亮。这些能配合成白光的两种单色光 称为互补对或互补色。牛顿曾制造出一个颜色
盘,也叫牛顿色盘,如图所示。它的特点是将各个互补色大致绘在圆盘的对径上。
例如,红光的互补色是青绿之间的颜色,适当份量的红光和青绿光同时到达人眼,
就可以产生白光的印象。再如,橙和青蓝或黄和紫蓝也都是互补色,假如将它们
一对一对各自按适当的比例配合起来,都能产生白光的视觉。更为有趣的是,不
仅两种单色光可以配合成为白光,三种、四种甚至千万种单色光的连续光谱也可以混合起来配成白光。这些白光,在人眼看起来都是一样白,一样亮,但它们都是由完全不同的光谱所组成。 太阳光是白光,白炽灯的光也是白光,在各种不同情况下的日光,如直射日光,被云遮着的日光,天空散射的日光等,都可以称为白光。这些白光不仅在光谱分析上不同,即使在视觉上也有些不同。例如,天空散射的日光和被云遮着的日光,看起来带些蓝,而白炽灯的光似乎带点红或黄。但是,由于人眼有很大的适应性,使得在晚上看电灯光时又确实很“白”,这种适应性加上其他心理成分,使白光的定义就更为复杂化。事实上,人眼产生的颜色感应是一个物理、生理和心理的综合效果。但是,白光又是一个常用的概念,应有一个标准定义。
色度学常用CIE (国际照明委员会的缩写)1931年建议的等能量光谱作为白光的定义。等能量光的意义是:以辐射能作为纵坐标,波长作横坐标,则它的光谱曲线是一根平行于横轴的直线。考虑到频率比波长更基本些,所以,后又用频率为横坐标的等能量光作白色的定义。但是,这样的等能量光谱和CIE 的等能量光谱完全不同。
以上我们从光的频率及其能量分布与视觉器官的相互作用论述了光的颜色本质,特别是对“白光”概念作了较为详尽的说明。光的颜色本质明了后,自然界中各种物体能呈现各种各样颜色的原因也就不难找到。
颜色不是物体自身的性质,而是由它对照射到它上面的各种颜色的光的反射和吸收决定的。一般的有色透明体就是在可见光范围内表现选择吸收的结果。例如,对红色光及橙色光吸收得很少,而对绿色、蓝色及紫色光吸收很多的玻璃是红色的。当以白光通过这种玻璃时,只有红色光才能通过而引起红色的感觉,其他波长较短的光都被吸收。假如用绿色光或蓝色光照射这种玻璃,则玻璃呈现出“黑色”,因为它吸收了这些光、呈现非透明现象。由于选择吸收而使物体呈现的
颜色称为体色,呈现体色物体的透射光和反射光的颜色是一样的。
不透明物体的颜色一般都是选择反射的结果。例如,植物的叶子,由于含有胡萝卜素族的叶绿素,吸收红、紫两端光波段,而对绿光反射特别强,所以呈绿色;动物的红血球吸收绿色以下的短波段,所以呈红色;白色物体对可见光的吸收程度很小,而反射程度很大。由于选择反射而使物体呈现的颜色称为表面色。
至此,我们已对颜色的简单理论全部讨论完毕,所以完全有能力来澄清“白色”和“无色”这两个概念了。
根据以上分析和讨论可知,物体被日光或与日光相似的光照射,各种频率的光都被反射时呈现出的颜色叫“白色”,或者是物体被某复色光照射,仅反射或透射某一对互补色光时呈现出的颜色称为“白色”。如棉花、冬雪、牛奶、硫酸钡等物体的颜色都是白色。
在一个波长范围内,若某种物体对于通过它的各种波长的光波都作等量(指能量)吸收,且吸收量很小,则称这种物体具有一般吸收性。光通过呈现一般吸收性的物体时,各种波长的光几乎都能从该物体透射,因此,又可以说该物体对这一波长范围的光是透明的。如果所论的波长范围就是可见光的波长范围,则对应的这种透明物体给我们的一种特有视觉感就称为“无色”或直接称该物体是无色的。可见,无色乃是透明物体所呈现的一种特殊现象。例如,纯净的空气、光学玻璃、水晶、蒸馏水等物体对白光都呈现一般性吸收,故都是无色的,而决不是白色的。但要注意,无色的物体一定是透明的,而透明的物体却不一定是无色的,例如各种透明的有色玻璃。
扩展资料
波程差与光程差
波程差和光程差是光学中既有区别又有联系的两个概念,切实掌握好这两个概念,不仅是研究光的干涉而且是研究整个波动光学问题的关键,特别是光程差概念。为此,让我们从两个频率相同、振动方向相同的单色简谐波的叠加说起。
如图所示,
和
为真空中两个单色点光源,向外发射频率相同、振动方向相同的单色
分别为
和
到P 点的光波,P 点是两光波叠加区域内的任意一点(所谓的场点),
和
距离。设
和
光振动的初相位分别为
不难求得P 点的光振动为:
和
,振幅为
、
,则根据波动议程知识
(1)
式中 为两光波源的振动角频率,c 为两光波在真空中的传播速度。于是,两光波在相遇点P 处任何时刻振动的相位差为:
的波长为
,并考虑到
,则:
,若令
,两光波在真空中
(2)
从(2)式可见,两光波在相遇点P 处,任一时刻的振动相位差仅与
差值“ ”有关。因
和
分别为两波源到达观察点P 的距离,故差值“
表示,即
”为两光。波到达观察点P 所经过的路程之差,波动光学中常称之为波程差,以
于是,(2)式可改写为:
(3)
由此关系式及合成光强度公式:
可知,对于任一观察点P ,当
值;当
或
或
时,合成光强I 为极大时,合成光强I 为极小值。
以上结论在讨论光波的干涉和衍射时是非常重要的,用文字叙述就是:当两列相干光波(同频率、同振动方向、恒定相位差)在真空中相遇时,波程差为半波长的偶数倍的各点,其合成光强度有极大值;波程差为半波长的奇数倍的各点,其合成光强度有极小值;其他各点合成结果介于以上两者之间。
按理,同频率、同振动方向的两列单色简谐光波的叠加问题讨论到上述结果就可告一段落,但遗憾的是见得更多的却是光波在不同媒质中的传播,而同一频率的光在不同媒质中的波长是不相同的,这就多少给我们处理问题带来麻烦。
不失一般性,我们假定前述同频率、同振动方向的两个单色点光源发出的两束光各自经过折射率为和的不同媒质,如图所示,则现在P 点的光振动应为:
(4)
式中
、
分别是
、
发出的光在折射率为
两光波在相遇点P 处任何时刻的相位差应为:
和
的媒质中传播的速度。于是,
为方便起见,同样令
,则有:
(5)
与(3)式相比,(5)式确实变得麻烦了些。但是,通过一定的变换,我们仍可以把(5)式尽量向(3)式形式靠拢。
我们知道,只要光源的频率不变,光在传播过程中频率也不变。设光在真空中的传播速度为c ,波长为
;光在媒质中的传播速度为v ,波长为
(媒质折射率定义)所以:
,那么就有
及
,或
。因为
(6)
应用(6)式关系,(5)式可改写成
(7)
从(7)式可见,两同频、同振动方向的光源发出的光,经过不同的媒质,在相遇点P 处任一时刻的振动相位差唯一地决定于差值
。差值中的每一项都是光在媒质中所经历的实际几何路程与该种媒质的折射率的乘积,波动光学中称之为光程,相应的差值
就称为光程差,并仍用符号
表示,即:
如果其中任一列光波在途径中经过了不同的媒质,则总光程应为各段光程之和。引入光程概念后,(7)式就能写成与(3)式完全相同的形式,即
(8)
很明显,当光程差
中的
时,光程差就等于波程差,因此,(3)式可看作是(8)式的一种特例。又在均匀媒质中,因为
,所以,光程也可以认为等于相同时间内光在真空中通过的几何路程。于是,借助于光程这个概念,可将光在媒质中所走的路程折合为光在真空中的路程,相应的光在媒质中的波长也要折合成真空中的波长。这样就便于比较光在不同媒质中所走路程的长短,进而计算相位差。事实上,上面由(5)式到(8)式的整个过程就是体现了这种折合思想。
概括起来讲,只有在真空中,光程差和波程差才没有区别,在媒质中它们是有区别的。下面我们再通过一个简单的例题来巩固和加深对它们的理解。
如图所示,
和
都在真空中,设
和
。在
到P 点的联线上插入一片折射率为 的介质片,厚度为
,求
解:
按光程、光程差的定义:
到P 点的光程差。
扩展资料
关于光波相干条件的讲述
在机械波里可以比较容易地获得连续振动的波源,两个波源只要频率相同,相干性的其他条件,比较容易满足.因此我们没有特别强调和介绍“相差恒定”这一条件,而只是提到振源的“振动步调相同”.
一般光源发出的光,是大量原子跃迁时发出的,由不连续的波列组成,各波列的相位是无规则变化的,这是由原子发光的特点决定的.因此,两个独立光源发出的光,即使是“频率相同的单色光”(实际上严格的单色光并不存在) ,也不能保持恒定的相差.必须把同一个点光源(或线光源) 发出的一束光分成两束,才能得到相干光.考虑到学生的知识基础和接受水平,可以不提出相干光的概念,但在叙述中,强调了从单孔射出的光束到达双孔时,双孔“就成了两个振动情况总是相同的波源”,这同机械波中提到的振源的" 振动步调相同" ,要求是一致的.