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)滿足ρ=()2(ρ稱反射率).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.當(dāng)肥皂液逐漸向下流動(dòng)的過程中，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. 參考書目：上海教育出版社出版《名師授課書》（物理） 上海教育出版社出版《中學(xué)教學(xué)全書》（物理）