中考物理輔導(dǎo)－－物理光學(xué)
光學(xué)中研究光的本性以及光在媒質(zhì)中傳播時(shí)各種性質(zhì)的學(xué)科。物理光學(xué)過去也稱“波動(dòng)光學(xué)”，從光是一種波動(dòng)出發(fā)，能說明光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象。而在赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光是電磁波的假說以后，物理光學(xué)也能在這個(gè)基礎(chǔ)上解釋光在傳播過程中與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)的部分現(xiàn)象，如吸收，散射和色散等，而且獲得一定成功。但光的電磁理論不能解釋光和物質(zhì)相互作用的另一些現(xiàn)象，如光電效應(yīng)、康普 頓效應(yīng)及各種原子和分子發(fā)射的特征光譜的規(guī)律等；在這些現(xiàn)象中，光表現(xiàn)出它的粒子性。本世紀(jì)以來，這方面的研究形成了物理光學(xué)的另一部門“量子光學(xué)”。
【楊氏干涉實(shí)驗(yàn)】楊格于 1801年設(shè)法穩(wěn)定兩光源之相位差，首次做出可見光之干涉實(shí)驗(yàn)，并由此求出可見光波之波長。其方法是，使太陽光通過一擋板上之小孔使成單一光源，再使此單一光源射到另一擋板上，此板上有兩相隔很近的小孔，且各與單光源等距離，則此兩同相位之兩光源在屏幕上形成干涉條紋。因?yàn)橥ㄟ^第二擋板上兩小孔之光因來自同一光源，故其波長相等，并且維持一定的相位關(guān)系（一般均維 持同相），因而能在屏幕上形成固定不變的干涉條紋。若X為屏幕上某一明（或暗）條紋與中心點(diǎn) O的距離，D為雙孔所在面與屏幕之間的距離，2a為兩針孔S1，S2間之 距離（通常小于1毫米），λ為S光源及副光源S1、S2所發(fā)出的光之波長。
兩光源發(fā)出的兩列光源必然在空間相迭加，在傳播中兩波各有各的波峰和波谷。當(dāng)兩列波的波峰和波峰或波谷和波谷相重疊之點(diǎn)必為亮點(diǎn)。這些亮點(diǎn)至 S1與S2的光程差必為波長λ的整數(shù)倍。在兩列波的波峰與波谷相重疊之點(diǎn)必為暗點(diǎn)，這些暗點(diǎn)至S1與S2的光程差必為波長λ/2的整數(shù)倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干涉條紋如圖4-24所示，它是以P0點(diǎn)為對稱點(diǎn)而明暗相間的條紋。P0點(diǎn)處的中央條紋是明條紋。當(dāng)用不同的單色光源作實(shí)驗(yàn)時(shí)，各明暗條紋的間距并不相同。波長較短的單色光如紫光，條紋較密；波長較長的單色光如紅光，條紋較稀。另外，如果用白光作實(shí)驗(yàn)，在屏幕上只有中央條紋是白色的。在中央白色條紋的兩側(cè)，由于各單色光的明暗條紋的位置不同，形成由紫而紅的彩色條紋。干涉明暗條紋的條件由圖4-25所示。
【薄膜干涉】水面上的薄層油膜，機(jī)動(dòng)車在潮濕柏油道上所遺留下來的油跡，或是肥皂泡等，都會(huì)在白光中出現(xiàn)燦爛的彩色。所有上述的各例中，均是由薄膜干涉現(xiàn)象引起的。若將一用金屬細(xì)絲制成的矩形框架，浸以肥皂水形成一層薄膜，然后用弧光燈的白光或陽光照射于其上，就呈現(xiàn)出典型的薄膜干涉。其中一部分是由反射光產(chǎn)生的干涉條紋，而其余的則從皂液膜中透過去。此時(shí)從反射光中可以看到許多與水平框架上緣平行的彩色橫條紋。不但如此，這些橫條紋還會(huì)慢慢地向下移動(dòng)，愈靠近框架上緣則愈寬。此外，透射光在白幕上也顯示出許多彩色橫條紋，但比起反射光中的條紋要暗淡得多。如果用單色光代替白光，則彩色現(xiàn)象會(huì)立即消失，而出現(xiàn)的便是一些彩色條紋的花樣類似于明暗相間的條紋。在1800年英國科學(xué)家楊格指出薄膜彩色條紋之形成，是因?yàn)楦缮娆F(xiàn)象所致。
【牛頓環(huán)】又稱“牛頓圈”。光的一種干涉圖樣，是一些明暗相間的同心圓環(huán)。例如用一個(gè)曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸，在日光下或用白光照射時(shí)，可以看到接處點(diǎn)為一暗點(diǎn)，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環(huán)；而用單色光照射時(shí)，則表現(xiàn)為一些明暗相間的單色圓圈。這些圓圈的距離不等，隨離中心點(diǎn)的距離的增加而逐漸變窄。它們是由球面上和平面上反射的光線相互干涉而形成的干涉條紋。在加工光學(xué)元件時(shí)，廣泛采用牛頓環(huán)的原理來檢查平面或曲面的面型準(zhǔn)確度。
圖4-28為牛頓環(huán)的示意圖，B為底下的平面玻璃，A為平凸透鏡，其與平面玻璃的接觸點(diǎn)為O，在O點(diǎn)的四周則是平面玻璃與凸透鏡所夾的空氣氣隙。當(dāng)平行單色光垂直入射于凸透鏡的平表面時(shí)。在空氣氣隙的上下兩表面所引起的反射光線形成相干光。
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