第五章 牛光的干涉和繞射 5-1 光的粒子說和波動說 5-2 光的干涉 5-3 薄膜的干涉現象 5-4 光的繞射
光的粒子說 5-1光的粒子說和波動說 (1/2) 1.牛頓提出光的「粒子說」，認為光是由 很多極為微小的粒子所組成。 2.光的粒子說可以解釋光的直進特性、 反射定律、折射定律。 3.光的粒子說預測水中光速較空氣中快； 不能解釋光在介面部份反射部份折射的事實。
光的波動說 5-1光的粒子說和波動說 (2/2) 1.惠更斯以子波的概念來解釋波前的形成和波的傳播， 可以解釋光的直進、反射和折射定律。 2.波動說指出光從空氣射入水中時，光速減小， 和粒子說的預測剛好相反。 3.楊氏以雙狹縫的實驗結果，確認光的波動性。 4.菲左和傅科測出光在水中的速率比在空氣中小， 否定了牛頓的粒子說。 例題5-1
5-2 光的干涉 (1/4) 楊氏的雙狹縫干涉實驗
5-2 光的干涉 (2/4) 雙狹縫干涉之光程差
5-2 光的干涉 (3/4) 雙狹縫干涉之建設性干涉 光程差d = PS2-PS1 dsinq 1.形成亮紋(建設性干涉)的條件 dsinq = ±ml (m=0,1,2...) y亮= ±m lL d 2.亮紋的位置：
5-2 光的干涉 (4/4) 雙狹縫干涉之破壞性干涉 光程差d = PS2-PS1 dsinq 1.形成暗紋(破壞性干涉)的條件 1 dsinq = ±(m- )l (m=0,1,2...) 1 2 y暗= ±(m- ) lL d 1 2 2.暗紋的位置： 例題5-2
5-3 薄膜的干涉現象 (1/4) 反射光的相位變化 - + + 輕繩入重繩， 反射波相位顛倒， 透射波相位不變。 光速快進入光速慢，
5-3 薄膜的干涉現象 (2/4) 反射光的相位變化 + + + 重繩入輕繩， 反射波相位不變， 透射波相位不變。 光速慢進入光速快，
- 5-3 薄膜的干涉現象 (3/4) 薄膜干涉 t + n小 + n大 + + n小 + 1. 兩條反射光波相位相反，光程差 2t (m+ ) 2 1 l l’ = n 3. 破壞性干涉：光程差 2t=ml’=m l n
5-3 薄膜的干涉現象 (4/4) 薄膜干涉 t + + n小 + n大 + + + n更大 1. 兩條反射光波相位相同，光程差 2t l 2. 建設性干涉：光程差 2t=ml’=m l n 3. 破壞性干涉：光程差 2t= (m+ ) 2 1 l l’ = n 例題5-3 例題5-4
5-4光的繞射 (1/6) 圓盤繞射 以單色點光源照射不透明的圓盤， 光在圓盤邊緣產生繞射，在圓盤 的本影中央形成亮斑。
5-4光的繞射 (2/6) 單狹縫繞射
5-4光的繞射 (3/6) 單狹縫繞射
5-4光的繞射 (4/6) 單狹縫繞射 1.在光屏上產生完全破壞性干涉的條件 a sinq = ± ml (m= 1、2、 3…) 2.光屏上的暗紋位置 ym = ± m( ) (m= 1、2、 3…) lL a 3.光屏上中央亮帶的寬度 W=2y1 = ( )l 2L a 4.光屏上其餘亮帶的寬度 例題5-5 L a W’ = = ( )l W 2
5-4光的繞射 (5/6) 影像鑑別率
5-4光的繞射 (6/6) 影像鑑別-瑞立判據 可鑑別 恰可鑑別 不可鑑別
例題 5-1 設光在空氣中於時間t內所行進的距離為L， 已知水相對於空氣的折射率n=4/3，則依照 光的波動說，在同長的時間內，光在水中 所行進的距離為何？
例題 5-2 在雙狹縫的干涉實驗中，光屏和狹縫之間的距離為1.0 m，兩狹縫的間距為0.025 mm。以平行的 單色光垂直照射雙狹縫，結果在光屏上量得第二 條亮紋和中央亮紋之間的距離為4.4 cm，問： (1)光的波長為何？ (2)任何兩相鄰亮紋之間的距離為何？
例題 5-3 一肥皂泡的頂部表面，當由上往下看時，呈現 綠光(波長λ=540 nm)。已知泡膜的折射率n=1.33 ，則薄膜的可能最小的厚度為何？
例題 5-4 在眼鏡鏡片上常蒸鍍一層光學薄膜（MgF2）， 以消除反射光，如此可以增加鏡片的透光率。 已知薄膜和玻璃的折射率分別為1.38和1.50，欲消除的反射光通常選定位居可見光譜的中間波長550 nm，則所需薄膜厚度的最小值為何？
例題 5-5 在單狹縫的繞射實驗中，以波長為630 nm的 平行紅色光照射寬度為0.100 mm的狹縫，光屏 和狹縫之間的距離為2.00 m，試求第一極小的 位置和中央亮帶的寬度為何？