2019-2020年高三物理 第二十章 光的波動(dòng)性 一、光的干涉(備課資料).doc

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●備課資料 一、鍍膜光學(xué)元件 在比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)中光能的反射損失是嚴(yán)重的，對(duì)于一個(gè)六個(gè)透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)，光能的反射損失約占一半左右.現(xiàn)代的一些復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)（有的包括十幾個(gè)透鏡），光能的損失就更為嚴(yán)重.此外，光在透鏡表面上的反射還會(huì)造成雜散光，嚴(yán)重影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量. 在光學(xué)系統(tǒng)中，為了減少光學(xué)元件（透鏡、棱鏡等）表面上的反射損失，可以利用薄膜干涉相消來(lái)減少反射光.照相機(jī)、攝像機(jī)的鏡頭以及測(cè)距儀、潛望鏡上的光學(xué)元件的表面為了減少反射損失，都鍍上了介質(zhì)薄膜. 介質(zhì)薄膜要透明，它的折射率要選擇適當(dāng)，以便在外界面和內(nèi)界面（即薄膜與玻璃的接觸面）上反射出來(lái)的光波振幅接近相等，使其合振幅接近于零，從而使反射光接近全部相消. 在正入射的情況下，光從介質(zhì)1（折射率n1）到介質(zhì)2（折射率n2）的界面上反射時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足ρ=()2(ρ稱(chēng)反射率).如果玻璃的折射率n2=1.8,n1=1則在玻璃表面上的反射率: ρ=()2=8% 在鍍上了氟化鎂薄膜之后，可使反射光由不鍍膜時(shí)的8%降低到0.078%，大大減少了光學(xué)元件表面反射造成的能量損失，因而增強(qiáng)了透射光的能量，所以這層鍍膜也稱(chēng)增透膜. 另外，有一種鍍膜的目的是為了增強(qiáng)對(duì)某一光譜區(qū)內(nèi)的反射能量，這種膜稱(chēng)為反射膜. 除了鍍制增透膜和反射膜外，還可以鍍制各種性能的多層高反射膜、彩色分光膜、冷光膜以及干涉濾光片等.例如，氦—氖激光器諧振腔的全反射鏡鍍15~19層的硫化鋅—氟化鎂膜系，便可使6328波長(zhǎng)的光的反射率高達(dá)99.6%；廣泛應(yīng)用于彩色顯示器中的彩色分光膜是一種在可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)有選擇反射性能的薄膜；冷光膜是一種高效能地反射可見(jiàn)光又高效能地透射紅外光的多層膜系，這種膜系通常鍍?cè)陔娪胺庞硻C(jī)的反光鏡上，以減少電影膠片的受熱和增強(qiáng)銀幕的照度. 2019-2020年高三物理 第二十章 光的波動(dòng)性 一、光的干涉(備課資料) 對(duì)于增透膜，當(dāng)薄膜厚度是入射光在薄膜介質(zhì)中波長(zhǎng)的時(shí)，在薄膜的兩個(gè)面上反射的光，路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，因而相互抵消.在通常情況下入射光為白光，而增透膜的厚度只能使一定波長(zhǎng)的反射光相互抵消.在選擇增透膜時(shí)，一般是使光譜中部的綠黃光在垂直入射時(shí)互相抵消，因?yàn)槿藗兊囊曈X(jué)對(duì)這種光最敏感.這時(shí)光譜邊緣部分的紅光和紫光并沒(méi)有完全抵消，所以涂有增透膜的光學(xué)鏡頭呈淡紫色. 二、薄膜干涉的幾種觀察方法 1.肥皂膜干涉 直接觀察法.如圖20—15所示，用直徑2 mm的銅絲彎成直徑約60 cm的圓環(huán)，下部是三角底座. 演示時(shí)把圓環(huán)豎直地插入肥皂液中，慢慢向上提起，在圓環(huán)上就張緊一層薄膜.將圓環(huán)立在桌上，薄膜反射由窗口射入的光線(xiàn).當(dāng)肥皂液逐漸向下流動(dòng)的過(guò)程中，就可看到干涉出現(xiàn)的彩色條紋. 將內(nèi)部沾濕的大燒杯（100 mL）罩住圓環(huán)，因減小了蒸發(fā)，延長(zhǎng)了演示時(shí)間. 如圖20—16所示，點(diǎn)燃酒精燈（燈內(nèi)酒精和燈芯上都灑有食鹽），它發(fā)出黃色的火焰（鈉的光色），酒精燈旁放有一個(gè)張有肥皂膜的圓環(huán)，在膜上就能看到燈焰的像. 圖20—16 當(dāng)液膜由于重力形成上薄下厚的楔形時(shí)，燈焰的像上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋，實(shí)驗(yàn)在暗室內(nèi)進(jìn)行效果更好. 實(shí)驗(yàn)中，肥皂液太稀或溫度較高，薄膜容易破裂.但太稠流動(dòng)性又差，不易出現(xiàn)干涉條紋.在肥皂液中加適量的食糖或甘油，能延長(zhǎng)膜的存留時(shí)間. 也可用洗衣粉液代替肥皂液. 投影法.實(shí)驗(yàn)裝置如圖20—17，光源為除去成像透鏡的幻燈機(jī)，讓光源射出的光束照射沾有皂膜的圓環(huán).調(diào)節(jié)環(huán)的位置，使光束的直徑和環(huán)的直徑接近凸透鏡（直徑約10 cm，焦距約20 cm）.當(dāng)反射光穿過(guò)透鏡時(shí)，屏上即出現(xiàn)干涉條紋.進(jìn)一步調(diào)節(jié)透鏡和環(huán)的距離，使成像清晰.重新在環(huán)上形成肥皂膜時(shí)，就可以看到幕上干涉條紋是自下而上，先紫后紅的一條條彩色的條紋. 圖20—17 2.牛頓環(huán).實(shí)驗(yàn)光路如圖20—18所示，調(diào)節(jié)透鏡位置，使擴(kuò)展后激光束正好照射在“牛頓環(huán)”上，這時(shí)反射的干涉條紋是中心為暗點(diǎn)的明暗相間的一組同心圓，且條紋間距不等（如圖20—18 a）.如果將屏移至“牛頓環(huán)”的左側(cè)，則在屏上出現(xiàn)的干涉條紋是中心為亮點(diǎn)的明暗相同的一組同心圓，且條紋間距不等.這是由透射光產(chǎn)生的干涉條紋，它和反射光產(chǎn)生的干涉條紋正好互補(bǔ)（圖20—18 b）.調(diào)節(jié)牛頓環(huán)各螺絲，使薄膜厚度變小，圓形干涉條紋向外擴(kuò)展，中心的亮暗不變. 圖20—18 用普通光照射時(shí)，得一組彩色同心圓；當(dāng)薄膜厚度變小時(shí)，彩色干涉條紋也向外擴(kuò)展，中心的亮度不變. 參考書(shū)目：上海教育出版社出版《名師授課書(shū)》（物理） 上海教育出版社出版《中學(xué)教學(xué)全書(shū)》（物理）