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物理光學
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義大利人格里馬迪(Francesco Maria Grimaldi, )在利用如圖5-1的實驗裝置,三個光屏互相平行,光屏A和光屏B分別挖有小孔a和 b,強光從最上面入射,光屏C上有一部分會被照亮。格里馬迪利用兩開口的大小及各光屏的距離,計算出光屏C上照亮區域c的大小。他發現實際上光屏C上被照亮的範圍較計算所得要大些
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光的性質 1. 牛頓微粒說 牛頓認為光是由許多微小的彈性粒子所組成 a. 反射 光在物體表面的反射,便是光粒子和表面產生彈性碰撞
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b. 折射
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2. 海更士波動說
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楊格雙狹縫干涉証明了光的波動性 楊格 (光的干涉) 菲涅耳 (光的繞射) 1850年法國人菲左(Armand Hippolyte Louis Fizeau, )和傅科(Léon Foucault, )分別獨立地在地面上精確測出光在空氣中和水中的傳播速率。他們發現光在水中的速率比在空氣中小,因此否定了牛頓的微粒說
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3. 馬士威爾波動說 光既為波動,那光波的介質為何,科學家認為有一種稱為以太的介質,光藉以太來傳播而馬士威爾認為光是由電場和磁場所組成的 且建立了完整的數學理論,由於電場、磁場的傳播不須介質,因此馬士威爾認為以太不存在,1886年邁克生利用邁克生干涉証明了以太不存在。
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4. 愛因斯坦光子說 愛因斯坦的光說說和牛頓的完全不同,因為在近代物理的實驗(光電效應)中,用波動說無法解釋,只能用粒子說解釋,因此愛因斯場認為光具有波動和粒子的二元性。
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光的干涉 1. 同調光 兩光源之頻率與振幅均相同, 而且兩光的相角差固定,此稱 為同調光 2. 光程差 3. 完全破壞性干涉 4. 完全建設性干涉
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雙狹縫干涉
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2. 雙狹縫干涉條紋
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a. 光程差
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250頁 5-4 作楊氏實驗時,所用的單色光波長為 640 nm,兩狹縫的間隔為0.080 cm,光屏與狹縫的距離為 0.80 m,求(1) 相鄰兩暗紋中線的距離。(2) 第二暗紋的中線位置。
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265頁 14 某人作楊氏雙狹縫實驗時,使用厚度為 0.10 mm的雙刃刀片,將兩片刀子夾緊,在以蠟燭燻黑過的玻璃片上,劃下雙狹縫,以單色光源照此雙狹縫,發現距離 1.0 m外的光屏上的干涉條紋中,相鄰兩暗線的距離為 0.40 cm,求入射光的波長。
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265頁 15 在「楊氏干涉實驗」中,兩狹縫的間隔為 0.50 mm,光屏與狹縫的距離為 2.00 m,以波長為600 nm 的可見光垂直狹縫照射,若光屏上P點為第二亮紋中線上的點,則(1) P點到兩狹縫的路程差是多少? (2) P點與兩狹縫之間中點連線與中央線所成的角為 θ,求 sinθ。
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光的干涉其它特別情況
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200頁 10 在楊氏雙狹縫干涉實驗中,以雷射光垂直照射雙狹縫,結果在置放於遠處的光屏上,產生亮暗相間條紋,兩相鄰亮紋之間的距離相等。如果將入射的雷射光斜向照射雙狹縫(入射角為θ0),如圖5-25所示,則: (1) 位於光屏中央的條紋如何變化? (2) 兩相鄰亮紋之間距如何變化?
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200頁 11 在雙狹縫干涉實驗中,如圖5-26所示,若入射雷射光的方向與屏的方向均保持不變,但將狹縫轉動θ角,結果其相鄰亮紋的間距放大為1.25倍,則θ為何?
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補充2頁16 將兩強度相同,波長分別為 4000 埃(紫光)及 6000 埃(橙光)的混合光垂直照射到一相距為 0.01 公分的雙狹縫,在狹縫正後方 100 公分處有一光屏,則下述現象,哪些可在光屏上發生? (A)干涉條紋均為紫、橙均勻相間的條紋 (B)干涉條紋約每 1.2 公分有由紫、橙兩光混合而成較明亮的條紋 (C)橙光第一條亮帶中央位置正是紫光第二條暗紋的位置 (D)橙光第二條暗紋的位置正是紫光第三條亮帶中央位置 (E)因兩混合光波長不成整數比,故看不見任何干涉條紋。
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(B)干涉條紋約每 1.2 公分有由紫、橙兩光混合而成較明亮的條紋
(C)橙光第一條亮帶中央位置正是紫光第二條暗紋的位置 (D)橙光第二條暗紋的位置正是紫光第三條亮帶中央位置 (E)因兩混合光波長不成整數比,故看不見任何干涉條紋。
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補充2頁 19 楊氏雙狹縫干涉實驗中,如果將雙狹縫中之一狹縫以折射率為 1.2 之玻璃板遮住,而另一狹縫以折射率為 1.6 的玻璃板遮住,其中兩玻璃板的厚度相同。原來未蓋上玻璃片時之中央亮帶的位置為蓋上玻璃板之後的第 3 亮帶所占有,假設λ=5600埃則兩玻璃板的厚度為何?
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單狹縫繞射 1. 中央亮紋寬度為一般亮紋寬度的兩倍 2. 中央亮紋較亮,愈靠外側的亮紋愈暗
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亮紋亮度為何不同?
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d. 繞涉角
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e. 中央亮紋寬為一般亮紋寬的兩倍
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258頁 5-6 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,試求第一暗紋的位置和中央亮帶的寬度為何?
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265頁 17 以一未知波長的平行單色光,垂直地照射單狹縫(寬度為0.50 mm),在距狹縫2.00 m的牆壁上形成繞射圖樣。今以測光計定出在中央亮帶兩側的光強極小值的位置,量得兩者之間的距離為4.8 mm。試求該光的波長?
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265頁 19 在單狹縫繞射實驗中,入射單色光的波長為λ,其所形成第二極小,恰與另一波長為λ'的單色光所形成第一極大重合,則λ'與λ的關係為何?
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265頁 20 在單狹縫繞射實驗中,欲使第一亮紋中線的繞射角θ= 5.0°,則狹縫寬度和波長的比值應為何?
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補充:指考題
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白光照射單狹縫
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薄膜的干涉現象
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多狹縫(補充) 單 雙 三 多
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鑑別率 繞射愈明顯時鑑別率愈差 θ愈大時,繞射愈明顯,故鑑別率愈差 因此d愈大、λ愈小時鑑別率愈好
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95南一
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184頁 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?
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