1、第四篇光學第1頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二2X0 x令第八章 振動與波動彈簧振子：一、簡諧振動第2頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二3單擺：（1）細線質量不計（2）阻力不計mgT第3頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二4 特征量速 度加速度位 移振動方程vtxa解 可得第4頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二5（1）振幅 A：（2）周期、頻率：（3）相位、初相： 初相位相位當t=0時第5頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二6例：已知A=0.12m，T=2s。當t=0時，x0=0.06m

2、，此時， 質點沿x軸正向運動。求： 1）諧振動方程 2）當t=2s時，質點的位置、速度、加速度 3）由初始時刻到x=-0.06m處所需的最短時間。解： 1）因T=2s。于是將已知條件代入運動方程得即考慮到t=0時于是運動學方程為第6頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二7x=0.104m， v=-0.189m/s， a=-1.03m/s23）當x=-0.06m時，由可得由題意，質點沿x負方向運動到x=-0.06m所需時間最短，即注：在涉及到相位、初相問題時，因為在間有兩個初相角滿足運動方程。所以，常常借助速度、加速度方程來確定初相 2）當t=0.5s時，質點的位置、速度、加速

3、度第7頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二8 旋轉矢量表示法2、簡諧振動的合成第8頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二9 兩同方向同頻率的簡諧振動的合成分振動 :x1=A1cos( t+ 1)x2=A2cos( t+ 2)合振動 : x = x1+ x2 x =A cos( t+ )其中X第9頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二10以彈簧振子為例3、簡諧振動的能量第10頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二11第11頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二12二、 機械波1、機械波的產生、描述 產生條

4、件：彈性媒質：承擔傳播振動狀態(tài)的物質波源：引起機械振動的物體橫波：媒質質點的振動方向與波傳播方向相互垂直的波縱波：媒質質點的振動方向和波傳播方向相互平行的波 分類：動畫動畫第12頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二13 描述波動的基本量波長 周期 波速 波源定媒質定第13頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二14 波的幾何描述波面：同位相各點所組成面（位相差為零）波前：離波源最遠即最前方的波面波線：表明波傳播方向的線SS1S2球面波：波前為球面平面波：波前為平面第14頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二152、簡諧波 簡諧波函數(shù)第15頁

5、，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二16（1） 一定時，（2） 一定時，振動曲線波形曲線討論第16頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二17（3）當 ， 都變，方程表示不同時刻的波形， 即波形的傳播。第17頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二18例：有一個沿X軸正方向傳播的平面波，波速=1m/s，波長=0.04m，振幅A=0.03m。若以坐標原點O處的質點恰在平衡位置且向負方向運動為計時起點，試求：（1）此平面波的波動方程；（2）距原點=0.05m處質點的振動方程和該點的初相位；（3）在t=3s時，距原點=0.045m處的質點的位移和速度

6、。 解：根據題意得到： （1） （2）x=0.05m時， 第18頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二193、波動所遵從的基本原理 惠更斯原理: 波傳播時，任一波陣面上的每一點都可以看作發(fā)射子波的點波源，以后任意時刻，這些子波的包跡就是該時刻的波陣面。球面波平面波第19頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二20 每列波傳播時，不會因與其它波相遇而改變自己原有的特性(傳播方向、振動方向、頻率、波長等）。 疊加原理: 在幾列波相遇的區(qū)域中，質點的振動是各列波單獨傳播 時在該點引起的振動的合成。 波傳播的獨立性：第20頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3

7、分，星期二21 衍射：波能繞過障礙物的邊緣繼續(xù)前進的現(xiàn)象4、波的干涉與衍射第21頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二22 干涉振動方向相同、頻率相同、位相差恒定 相干波條件合振動形成穩(wěn)定的分布第22頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二23 干涉加強、減弱條件點合振動為兩同方向同頻率諧振動合成其中兩波在p點分振動位相差點點第23頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二24加強減弱若即兩波源同位相，則波程差加強（相長、極大）減弱（相消、極?。┘訌姕p弱直線加強雙曲線雙曲線討論第24頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二25第九

8、章 波動光學1、光干涉的描述當：一、光的干涉第25頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二26光程差：第26頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二27 = (E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L = c普通光源：自發(fā)輻射2、分波振面干涉 發(fā)光機理激光光源：受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2第27頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二28(T.Young) 楊氏雙縫干涉實驗第28頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二29零級明紋X（光強極大位置） （光強極小位置）光強極大光強極小第29頁，共65頁，2022年

9、，5月20日，16點3分，星期二30光波單色性愈好，相干長度愈長，時間相干性愈好。補充：第30頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二31例：用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆蓋在雙縫實驗中的一條縫上，這時屏上的第七級亮條紋移到原來的零級亮條紋的位置上。如果入射光波長為 550 nm 解：設云母片厚度為 d 。無云母片時，零級亮紋在屏上 P 點，則到達 P 點的兩束光的光程差為零。加上云母片后，到達P點的兩光束的光程差為當 P 點為第七級明紋位置時 求 此云母片的厚度是多少？第31頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二32勞埃德鏡PML第32頁，共65

10、頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二333、分振幅法干涉等厚干涉亮紋暗紋 光程差第33頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二34明紋暗紋 條紋間距劈尖形成的條紋等間距條紋動畫第34頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二35 應用第35頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二36 牛頓環(huán)erR平晶平凸透鏡暗環(huán) o.S分束鏡M顯微鏡o 牛頓環(huán)裝置簡圖平凸透鏡平晶光程差：亮紋暗紋動畫K級暗紋的半徑第36頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二37二、光 的 衍 射1、現(xiàn)象、分類、原理:衍射屏觀察屏光源第37頁，共65頁，2

11、022年，5月20日，16點3分，星期二38circular holenarrow slitSquare hole第38頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二39菲涅耳衍射有限遠夫朗和費衍射無限遠 惠更斯菲涅爾原理 衍射現(xiàn)象實為無限多個無限小的子波的干涉效應。第39頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二402、 單縫夫朗和費衍射第40頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二41用半波帶法中央明紋（中央極大）P 處為第一暗紋。BA暗紋（縫被分成偶數(shù)個半波帶）亮紋（縫被分成奇數(shù)個半波帶）第41頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期

12、二42BAK級暗紋所在位置 中央明紋暗紋（極?。p被分成偶數(shù)個半波帶）明紋（極大）（縫被分成奇數(shù)個半波帶）第42頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二43中央明紋線寬度討論中央明紋角寬度當波長變化時，條紋的變化當縫寬變化時，條紋的變化第43頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二44孔徑為D衍射屏中央亮斑(愛里斑)相對光強曲線艾里斑的半角寬度為3、夫瑯禾費圓孔衍射艾里斑的半徑為第44頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二45可分辨剛可分辨不可分辨 瑞利判據第45頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二46眼睛的最小分辨角為解

13、:設人離車的距離為 S 時，恰能分辨這兩盞燈。例:在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距120 cm ，設夜間人眼瞳孔直徑為5.0 mm ，入射光波為 550 nm。求人在離汽車多遠的地方，眼睛恰能分辨這兩盞燈？由題意有d =120 cmS觀察者第46頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二474、光柵 基本結構d反射光柵d透射光柵a是透光（或反光）部分的寬度d=a+b 光柵常數(shù)b 是不透光(或不反光)部分的寬度第47頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二48 光柵光譜 多光束干涉oP焦距 f縫平面G觀察屏透鏡L dsind光柵方程明紋0/d-(/d)-2(/d)2

14、/dII0sin光強曲線 單縫衍射暗紋 缺級第48頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二490I-2-112單縫衍射光強(asin)/lK(a)(dsin)/l04-8-48多縫干涉光強 k=(b)IN2I0單048-4-8dsin(l/d)單縫衍射 輪廓線光柵衍射光強曲線k=(dsin)/l(c)第49頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二50解：例. 設計一光柵，要求把第一級可見光譜擴展到 角范圍，第二級光譜缺級，試確定 、 之值？已知可見光波長第50頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二51光 的 偏 振1、光的偏振態(tài)及其分類 自然光

15、傳播方向表示法：第51頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二52 線偏振光E播傳方向振動面面對光的傳播方向分解:EEyEx yx表示法：第52頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二53 部分偏振光表示：第53頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二54右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光 y yx z傳播方向 /2x某時刻右旋圓偏振光E隨z的變化E 0 圓偏振光,橢圓偏振光第54頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二552、偏振光的產生與檢驗 使用起偏器起偏器檢偏器偏振化方向馬呂斯定律第55頁，共65頁，2022年，5月20日，16點

16、3分，星期二56 利用光的反射和折射第56頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二57利用玻璃片堆從透射光可獲得較強線偏振光第57頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二583、雙折射 現(xiàn)象玻璃自然光自然光 本質晶體的各向異性第58頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二59 重要概念 光軸AB光軸102 主平面e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面第59頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二60 晶體偏振器件方解石方解石加拿大樹膠光軸第60頁，共65頁，2022年，5月20日，16點3分，星期二61光光光軸光光光光光軸常數(shù)（主折射率） 主折射率 正、負晶體第61頁，共65頁，2022年，5月2