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注册考试波动学、光学.ppt

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上传者: 翔宇 2012-07-17 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《注册考试波动学、光学ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含波动光学机械波普通物理考前辅导复习机械振动简谐振动方程A:振幅振动状态y振动状态相位角度(弧度)机械波的发生可见:“上游”的质元依次带动“下游”的质符等。

波动光学机械波普通物理考前辅导复习机械振动简谐振动方程A:振幅振动状态y振动状态相位角度(弧度)机械波的发生可见:“上游”的质元依次带动“下游”的质元振动某时刻某质元的振动状态将在较晚时刻于“下游”某处出现波是振动状态的传播“下游”点的相位(状态)总比“上游”点落后质点并未随波逐流一机械波的基本概念波是相位(振动状态)的传播沿波的传播方向,各质元的相位依次落后。图中b点比a点的相位落后波动特征机械波是振动状态(相位)在弹性媒质中的传播机械波是弹性媒质中各点以一定的相位差的集体振动机械波是振动能量在弹性媒质中的传播横波纵波振源(波源)弹性媒质产生条件横波纵波按传播特征分球面波平面波按波面分平面波球面波波的分类频率波长波速相邻两同相点之间的距离内传播的距离波速u:取决于媒质的性质三者关系:描述波的特征量表达式一(波沿X正向传播)O处质点振动方程为O振动了t秒X处质点振动了X处质点振动方程为波动方程二.平面谐波的波动方程符号规定质点振动偏离平衡位置的位移y振动向前传播的距离x关于波动方程与振动方程区别写出波动方程的条件原点处振动方程波速及传播方向如表达式二(波沿X负向传播)+比较法写成标准式又u答:B解:先求o处质点的振动方程以L为原点波动方程为令x=L答:(A)引伸:由此可求以O为原点的波动方程三、波的能量和能流、波的能量波不仅是振动状态的传播而且也伴随着振动能量的传播。波的能量=媒质中某体积元的振动动能与弹性势能之和体积元dV既振动又变形体积元内媒质质点的总能量为:设有一平面简谐波:)在波动的传播过程中任意时刻的动能和势能不仅大小相等而且相位相同同时达到最大同时等于零。)在波传播过程中任意体积元的波能量不守恒。意义:)任一体积元的波能量在一周期内“吞吐”(吸收放出)两次这正是传播能量的表现。波的能流密度(波的强度)注意:波的强度正比于振幅的平方物理意义:描述空间某处波的能量传播特征定义:空间某处单位时间内通过垂直于波动传播方向的单位面积的平均能量。答(C)动能为零势能为零(C)解:A点处质元动能在减小A点向上运动波形曲线向右移答(C)四、波的干涉、波的干涉现象几列相干波在媒质中传播空间各点有的振幅始终最大有的振幅始终最小此称为干涉相干波源:相同的频率、振动方向相同、恒定的相位差传播到P点引起的振动分别为:在P点的振动为同方向同频率振动的合成。发出的简谐波在空间p点相遇。合成振动为:其中:、干涉加强或减弱的条件波源的振动方程为说明:干涉极大点、极小点不止一个。干涉极大点、极小点应满足上述条件式隐函数干涉极大干涉极小(k=)六、特殊的干涉现象:驻波驻波、特征:无行走之波形波节波腹两波节之间的点相位相同量子光学:光的量子性物理光学:波动光学:光的干涉衍射偏振第一部分光的干涉预备知识A.相干波:两列波频率相同振动方向平行相位差固定。B干涉极大极小位置所满足的条件:基本理论实例(不考)()光是原子內部发出的电磁波一基本理论、光的波动理论()原子发光的特点:间歇性随机性每一原子每一次发出的波列是单色的。(有固定的频率振动方向和初相。)每一原子先后发出的波列其频率振动方向和初相都是随机的。(可以取任何值)两束光不相干!波动所到达的媒质中各点都可以看作为发射子波的波源而后一时刻这些子波波阵面的包迹便是新的波阵面。惠更斯原理t获得相干光的途径(方法)干涉干涉干涉故上式改写为:(k=,,…)波程差明暗位置所满足的条件根据波动理论:干涉光程与光程差问题现为原式故即折射率光程光在某一介质中所经历的几何路程r与介质折射率n的乘积nr上式也可写成:光程差两同相的相干光源发出的两相干光束干涉条纹明暗条件由光程差确定干涉极大,明纹干涉极小,暗纹光程=二实例双缝薄膜、劈尖、迈克尔逊双缝K=K=-入射光为白光讨论中央0处白光远离中央靠近中央考察O处零级明纹遮盖前,光程差遮盖后光程故,这时的零级明纹(遮盖后)应向上移答:C垂直入射薄膜干涉斜入射垂直入射时光线与光线的光程差为半波损失关于半波损失光入射到光疏媒质、光疏媒质界面时,反射光(在光疏媒质中)将多走半个波长的路程,此称半波损失光入射到光密媒质、光疏媒质界面时,反射光(在光密媒质中)无半波损失干涉条件半波损失的确定光疏光密光疏无半波损失光疏光密更密不取劈尖干涉(劈形膜)夹角很小的两个平面所构成的薄膜平行单色光垂直照射空气劈尖上上、下表面的反射光将产生干涉厚度为e处两相干光的光程差为干涉条件说明用e指示条纹位置劈尖相当于厚度呈线性变化的薄膜对于同一级干涉条纹具有相同的介质厚度。对空气劈尖e=处是暗纹不取任意相邻明条纹(或暗条纹)之间的距离l例干涉条纹的移动提示:同一级干涉条纹具有相同的介质厚度。答(A)一光的衍射现象及其分类第二部分光的衍射缝较大时光是直线传播的缝很小时衍射现象明显定性解释:绕射二单缝夫琅和费衍射干涉:从同一点出发的光分成两束再相遇后干涉。干涉中不一定有衍射衍射中必有干涉。单缝衍射实验装置菲涅耳半波带说明注意:明纹暗纹K=的明纹已重合于中央明纹中讨论若缝变窄或变宽各级条纹向何方移动?远离中央明纹靠近中央明纹所有条纹重合于中央明纹即光直线传播不绕射。若缝宽不变红光比紫光偏离远些解:原来第三级暗纹缩小一半答:A第三部分光的偏振横波的偏振性一基本概念光矢量振动面只沿一固定方向振动称为偏振光。原子每一次所发出波列是偏振光。自然光:普通光源内有大量原子在一段时间内所发光波的振动方向可以取所有可能取的方向没有哪一方向的光振动占优势。此称自然光或非偏振光。自然光等效于两个独立的相互垂直的偏振光:每一矢量沿X,Y方向分解面对光的传播方向看部分偏振光的表示法:自然光的表示法:线偏振光的表示法:光振动垂直板面光振动平行板面符号表示平面偏振光全偏振光二、透过偏振片的偏振现象偏振光的起偏和检偏起偏:使自然光(或非偏振光)变成线偏振光的过程。检偏:检查入射光的偏振性。某些物质制成的透明薄片(硫酸金鸡钠碱)只允许一个方向的光振动通过称为偏振片。偏振化方向:允许光振动通过的方向通过偏振片后的光强马吕斯定律马吕斯定律注意马吕斯定律自然光通过偏振片后光强减半偏振片两偏振片的偏振化方向平行时光强最大两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零解:画示意图三反射和折射光的偏振反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化自然光部分偏振光部分偏振光反射光的偏振化程度和入射角有关当入射角这时反射光成为线偏振光。此即布儒斯特定律可以证明:自然光部分偏振光线偏振光全偏振光例自然光以的入射角照射到某两介质交界面时反射光为线偏振光则知(A)折射光为线偏振光且折射角是(B)折射光为部分偏振光折射角是(C)折射光为线偏振光折射角不能确定(D)折射光为部分偏振光折射角不能确定答:B反射光为线偏振光为起偏角提示:”反射光是完全偏振光“说明入射角为由布儒斯特定律答:(C)布儒斯特角四双折射双折射现象对于各向异性晶体(方解石石英)一束光射入晶体后可以观察到有两束折射光的现象。寻常光线(o光)遵守折射定律非常光线(e光)不遵守折射定律o光和e光都是线偏振光。人为双折射光弹效应:某些非晶体(各向同性介质如塑料玻璃)本无双折射现象但受力后产生双折射。应用:使人为双折射后的e光o光在一定条件下干涉由条纹分布形状密度推断应力分布。

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