《大学物理波的干涉》课件

大学物理波的干涉本课件将探讨波的干涉现象，包括杨氏双缝实验，惠更斯原理等什么是波的干涉叠加振幅变化当两列或多列波相遇时，它们的叠加后的波振幅会发生变化，在振动会相互叠加某些区域振幅加强，在另一些区域振幅减弱干涉现象振幅加强和减弱的区域相互交替出现，形成明暗相间的干涉现象干涉的基本条件波源必须是相干波源两列波的振动方向必须12一致相干波源是指频率相同、相位差恒定的两个或多个波源只有当两列波的振动方向一致时，才能产生干涉现象两列波的频率必须相同或相近3当两列波的频率不同时，干涉现象将难以观察到干涉的相干条件频率相同振动方向一致两列波的频率必须完全相同，才能保两列波的振动方向必须一致，才能产证干涉现象的稳定性生稳定的干涉现象相位差恒定两列波的相位差必须保持恒定，才能保证干涉条纹的稳定性两个点光源的干涉相干光源1两个点光源必须是相干光源，即频率相同、相位差恒定的光源光程差2来自两个光源的光波到达某一点的光程差必须满足一定的条件，才能发生干涉干涉条纹3当光程差满足干涉条件时，就会在观察屏上形成明暗相间的干涉条纹干涉条纹的形式干涉条纹的形式取决于光源的形状和位置，以及观察者的位置当两个点光源相干时，在它们的干涉区域内会形成明暗相间的条纹，称为干涉条纹干涉条纹的形式可以是直线形、圆形、椭圆形、双曲线形等干涉条纹的性质明暗相间等间距条纹清晰干涉条纹呈现明暗相间的条纹，这是干相邻两条明纹或暗纹之间的距离相等，当光源的相干性良好时，干涉条纹清晰涉现象最显著的特征称为条纹间距可见，反之则模糊不清双缝干涉实验光源1单色光源，例如激光双缝2两条狭缝，间距很小屏3观察干涉条纹双缝干涉条纹的特点明暗相间等间距宽度干涉条纹是由明暗相间的条纹构成，其中干涉条纹的间距相等，取决于光的波长和干涉条纹的宽度取决于光的波长和双缝之明纹对应波峰叠加，暗纹对应波谷叠加双缝之间的距离间的距离薄膜干涉当光线照射到薄膜表面时，部分光线会在表面反射，部分光线会透射进入薄膜透射的光线会在薄膜的上下表面反射，这两束反射光会发生干涉薄膜干涉现象取决于薄膜的厚度、折射率以及入射光的波长当薄膜的厚度满足一定条件时，反射光会发生干涉加强，形成亮条纹；反之，反射光会发生干涉减弱，形成暗条纹薄膜干涉条纹的形成反射光薄膜上下两表面反射的光波发生干涉光程差上下两表面反射光的光程差决定了干涉现象干涉条纹当光程差为波长的整数倍时，发生干涉加强，形成亮条纹；为半波长的奇数倍时，发生干涉减弱，形成暗条纹薄膜干涉的应用增透膜光学仪器光学元件薄膜干涉可用于制造增透膜，例如相机干涉原理应用于光学仪器中，例如干涉薄膜干涉可用于制造光学元件，例如干镜头的镀膜，以减少反射光，提高透光仪，用于测量长度、折射率等物理量涉滤光片，用于选择特定波长的光率多缝干涉多个相干光源形成的干涉现象明纹更加集中，亮度更高暗纹更细，更不容易观察到多缝干涉的条纹特点条纹更亮更细条纹间距更小12多缝干涉的条纹比双缝干涉的多缝干涉的条纹间距比双缝干条纹更亮更细.涉的条纹间距更小.主极大更亮次极大更弱34多缝干涉的主极大比双缝干涉多缝干涉的次极大比双缝干涉的主极大更亮.的次极大更弱.多缝干涉的应用光谱仪光盘技术显微镜通过衍射光栅分离不同波长的光，用于分光盘表面刻有细密的凹槽，利用多缝干涉利用多缝干涉原理提高分辨率，观察微观析光谱原理读取信息世界悬浮微粒的干涉悬浮在空气或液体中的微粒，当受到光照射时，会发生衍射和干涉现象微粒的尺寸决定了干涉现象的特征当微粒尺寸小于入射光波长时，会发生瑞利散射，散射光的方向性较强，干涉条纹不明显当微粒尺寸接近或大于入射光波长时，会发生米氏散射，散射光的方向性较弱，干涉条纹比较明显悬浮微粒干涉的成因光波的衍射光波的叠加当光波遇到障碍物或孔径时，会来自不同方向的衍射光波在空间发生衍射现象，光波会绕过障碍中相遇，会发生叠加，形成干涉物或孔径传播现象干涉条纹的形成当光波的叠加满足相干条件时，就会形成明暗相间的干涉条纹激光干涉仪激光干涉仪是一种利用光波干涉现象测量长度、位移、角度等物理量的精密仪器激光干涉仪是利用光波干涉原理进行精密测量的仪器，其原理是将一束激光分成两束，使它们经过不同的路径后再相遇，由于两束光的光程差不同，就会产生干涉现象通过观察干涉条纹的移动，可以测量出两束光的光程差，从而测量出被测物体的长度、位移、角度等物理量激光干涉仪的基本原理光束干涉路径长度变化12激光干涉仪利用两束相干光束当其中一束光束的路径长度发的干涉现象进行测量生变化时，干涉条纹会发生移动测量精度3通过测量干涉条纹的移动量，可以精确地测量路径长度的变化干涉仪的应用精密测量光学检验重力波探测干涉仪可以用于测量微小的长度变化干涉仪可以用于检验光学元件的表面干涉仪可以用于探测时空的微小波动，例如测量材料的热膨胀系数或地球质量，例如检测镜面上的微小缺陷，例如由黑洞合并产生的重力波的潮汐运动干涉对物理研究的意义揭示波的本质精确测量拓展物理理论干涉现象是波的叠加原理的直接体现，干涉现象可以用于精确测量波长、光速干涉现象在现代物理学中扮演着重要的是证明波的本质的最重要证据之

一、距离等物理量，在科学研究和工业生角色，例如，它为量子力学理论的建立产中具有重要应用价值提供了重要依据波粒二象性波动性粒子性光具有波动性，表现为干涉、衍射等光也具有粒子性，表现为光电效应、现象康普顿效应等现象光的波粒二象性波动性粒子性光的干涉和衍射现象证明了光的波动性光电效应、康普顿效应等现象表明光具有粒子性，即光子物质粒子的波粒二象性电子衍射中子衍射电子束通过晶体时会发生衍射，如同中子束也能发生衍射，用于研究材料光波一样的结构和性质原子干涉原子束也能发生干涉，证实了原子具有波动性量子力学的建立黑体辐射1经典物理学无法解释黑体辐射光谱光电效应2爱因斯坦的光量子假说原子光谱3玻尔的原子模型物质波4德布罗意的物质波理论波动力学方程描述粒子运动概率解释时间演化波动力学方程使用波函数来描述粒子的波函数的平方表示粒子在特定位置出现波动力学方程描述了波函数随时间的变运动，而非经典物理学中的轨迹的概率，而非确定性化，反映了粒子的运动状态薛定谔方程时间无关薛定谔方程时间相关薛定谔方程描述体系能量状态的方程描述体系随时间演化的方程粒子在势阱中的量子化量子化1能量只能取特定值，不是连续的能级2这些特定能量值被称为能级基态3最低能级称为基态激发态4高于基态的能级称为激发态氢原子的量子结构薛定谔方程能级原子轨道描述了氢原子中电子运动的量子化状态，氢原子中的电子只能处于特定的能级，每描述了电子在原子核周围运动的概率分布预测了能级和轨道形状个能级对应一个特定能量，具有不同的形状和能量结语通过本次学习，我们了解了波的干涉现象及其在物理学中的重要意义干涉不仅是理解波性质的重要基础，也为我们提供了精密的测量工具，为科学研究提供了新的方法。