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CH4 物理光學
- 2. 光的現象è光的本質是甚麼? 碩班同學-王鵬雄老師 南一課本 光直線前進 光有多種顏色 光 反射現象 From wiki 光 折射現象 光束交會 彼此不受影響 光速極大 光經過反射或折射 速率幾乎不變 2020 物理光學 2
- 3. 光是什麼 490~370 BC AD14XX AD16XX 恩佩多克斯 光是一種擾動，在 介質中傳播的現象 德模克利圖斯(原子論) 物體發出微小粒子進入 人的眼睛，而引起視覺 現象 達文西 光的行為類似波動 AD15XX 格理馬迪 發現光的繞射 創造「繞射」名詞 這些看法都是「形而上」 沒有充分的實驗與理論來驗證 或解釋 2020 物理光學 3
- 4. 光是什麼 AD 16XX AD 17XX 海更士(或稱惠更斯) 光是一種波動 傳播光的介質叫做以太 光是由光源向四面八方發 射的微粒組成 牛頓 https://www.nextgurukul.in/ 2020 物理光學 4
- 5. 微粒說 波動說的爭論 VS 微粒說 波動說 光的干涉繞射現象，難以確認 礙於實驗技術，難以測出光速 牛頓 學術界的權威 光在介質中的速率 大於真空中的速率 光在介質中的速率 小於真空中的速率 2020 物理光學 5
- 6. 光是什麼？波動說的驗證 波動說再興 AD 18XX 楊格 成功做出 光的干涉 以光的波動概念解釋牛頓環 菲涅耳 光的繞射 並提出理論 動搖了微粒 說的地位 AD 19XX 傅科 斐索 先後測定光速大小 光在水中速率小於真空中的速率 對微粒說是致命一擊 2020 物理光學 6
- 7. 光是什麼？波動說的驗證 整合電學/磁學/光學 光是電磁波的一種，不需介質 赫茲 用實驗證實 電磁波的存在 AD 19XX 驗證電磁波具備反射、折射、 聚焦、偏振、等光的特性 AD 18XX 馬克士威 電磁波在真空時的波速約為 3×108 公尺/秒，證實光是電磁波的一部份。 電磁波的特性與電磁波的 頻率 息 息相關 2020 物理光學 7
- 8. 光是什麼？波粒⼆象性的起源 光量子論 AD 18XX 電磁波有許多「光子」組成 光同時具備「波動」與「粒子」雙重屬性 光具備粒子屬性，才能解釋 AD 19XX 愛因斯坦 光電效應 高於特定頻率的光照射，才會產生光電流 2020 物理光學 8 𝑬 = 𝒉𝒇 = 𝒉𝒄/𝝀
- 10. 形成亮紋與暗紋相間且等距 的干涉條紋 楊格的實驗-光的⼲涉 用 同調光 且 無相差 的光線 雙狹縫 雷射光當光源 2020 物理光學 10 光 強 度
- 13. 楊格的實驗-光的⼲涉 Microsoft Student With Encarta Premium 2009 是多重頻率的混合光，不具備同調性 猜猜 我如何解決 傳統 光源的非同調 與 多重頻率？ 2020 物理光學 13
- 14. 楊格的實驗-光的⼲涉 光源 S1 S2 濾光器 屏A S0 屏B 濾光器 屏A狹縫S0 線光源 單頻光 抵達S1與S2的光 相同的波前 柱面波 S1與S2的光 同相、單頻 2020 物理光學 14
- 15. 楊格雙狹縫⼲涉的分析 O S1 S2 𝑑 L P 𝐐 O 屏B 光屏 y 2020 物理光學 15 𝒚𝒏 = ±𝒏 𝑳𝝀 𝒅 𝒚𝒎 = ±(𝒎 − 𝟏 𝟐 ) 𝑳𝝀 𝒅 亮紋中心位置：某兩道光線在P點 形成完全相長性干涉 暗紋中心位置：某兩道光線在P點 形成完全相消性干涉 (𝟒. 𝟏) (𝟒. 𝟐)
- 16. ⼲涉條紋-亮紋中⼼位置⽅程式的數學推論 S1 S2 𝑑 L P 𝐐 O 屏B 光屏 𝒚 2020 物理光學 16 QO是S1S2 的中垂線 光從分別從S1與S2 出發，在P點會合 P是光屏上任一點 𝒚：P的位置 𝐿遠⼤於𝑑
- 17. S1、S2 各發出的某一道光波，在 光屏交會於P 楊格雙狹縫⼲涉的分析 𝐿遠⼤於𝑑 S1 S2 𝑑 𝑳 P 𝐐 O 屏B 光屏 𝒚 𝒅 θ θ θ 𝒅𝐬𝐢𝐧𝜽 θ ≈ 𝒅𝐭𝐚𝐧𝜽 𝜽 極小à𝐬𝐢𝐧𝜽 ≈ 𝐭𝐚𝐧𝜽 = 𝒅 𝒚 𝑳 2020 物理光學 17 S1P 、S2P 、QP：平行 𝐒𝟐𝐏 − 𝐒𝟏𝐏 = 𝒅 𝐬𝐢𝐧 𝜽 波程差(光程差)
- 18. ⼲涉條紋-亮紋中⼼位置⽅程式的數學推論 波程差若為𝑛𝜆，形成完全相⻑ ⼲涉，P點形成亮紋中⼼ S1 S2 屏B Q O S1 S2 O點 𝒅𝐬𝐢𝐧𝜽 = ±𝒏𝝀 P S1 S2 P點 𝝀 中央亮紋 第一亮紋 2020 物理光學 18 第一亮紋中心 𝒏 = 𝟏 其他亮紋，依序類推 𝒅 𝒚 𝑳 = 𝒏𝝀 𝒚𝒏 = ±𝒏 𝑳𝝀 𝒅
- 19. ⼲涉條紋-暗紋中⼼位置⽅程式的數學推導 波程差若為𝜆/2的奇數被，形成完 全相消⼲涉，P點形成暗紋中⼼ S1 S2 屏B Q O 𝒅𝐬𝐢𝐧𝜽 =±(𝒎 − 𝟏 𝟐 ) 𝝀 P S1 S2 S1 S2 𝟏 𝟐 𝝀 𝟑 𝟐 𝝀 第一暗紋(中心) 𝒎 = 𝟏 其他暗紋，依序類推 2020 物理光學 19 𝒚𝒎 = ±(𝒎 − 𝟏 𝟐 ) 𝑳𝝀 𝒅
- 20. 雙狹縫⼲涉-亮暗紋的分布 O 光屏 Δ𝑦 Δ𝑦 中央亮紋 n= 0 第一亮紋 n=-1 第一亮紋 n=-1 第二亮紋 n=-2 第二亮紋 n=-2 第一暗紋 m=-0 第二暗紋 m=-1 第一暗紋 m=-1 第二暗紋 m=-2 2020 物理光學 20
- 21. 光紋間距的討論 2020 物理光學 21 𝚫𝒚 = 𝒏 𝑳𝝀 𝒅 − (𝒏 − 𝟏) 𝑳𝝀 𝒅 𝚫𝒚 = 𝒎 − 𝟏 𝟐 𝑳𝝀 𝒅 − [(𝒎 − 𝟏) − 𝟏 𝟐 ] 𝑳𝝀 𝒅 𝚫𝒚 = 𝑳𝝀 𝒅 Δ𝑦 Δ𝑦 (𝟒. 𝟑) 雙狹縫干涉條紋是明暗均勻相間
- 22. ⼲涉條紋-條紋間距的討論 亮紋(暗紋)的間距 與狹縫寬度𝒅 成反比 與狹縫到屏幕的 距離𝑳 成正比 與波⻑𝝀 成正比 𝚫𝐲 = 𝑳𝝀 𝒅 2020 物理光學 22 https://en.wikipedia.org/wiki/Interference_(wave_propagation (𝟒. 𝟑)
- 28. ⼲涉條紋-條紋間距的討論 2020 物理光學 28 將雙狹縫裝置放置在折射率𝑛的介質中，亮紋間隔變 小 ∵ 𝒏 = 𝒄 𝒗 → 𝒗 = 𝒄 𝒏 𝜟𝒚 = 𝑳𝝀 𝒅 𝝀$ = 𝝀 𝒏 𝚫𝒚# = 𝚫𝒚 𝒏 S1 S2 屏B
- 29. 2020 物理光學 29 有一雙狹縫裝置，其狹縫間距為𝑑，屏幕與雙狹縫平行、距離為 𝐿 ，以一 束綠色雷射光經空氣垂直射入雙狹縫，在屏幕上相鄰兩亮紋間距為 𝑥# 。 若改在平靜的水中進行上述實驗，其餘條件皆相同，在屏幕上相鄰兩亮 紋間距為 𝑥$ ，則 %# %$ 之值為何？（已知水的折射率為 & ' ） (A) ' $ (B) & ' (C) 1 (D) ' & (E) $ ' 。 例題1.
- 30. 2020 物理光學 30 氦氖雷射所發出的紅光波長為632.8 nm，以此紅光進行楊格雙狹縫干涉 實驗，在光屏上量得中央亮紋和第四條亮紋之間的距離為3.50 cm。現改 用一未知波長的單色光，重作該實驗，上述的距離變為2.70 cm，則此待 測光的波長為何？答： 488.16 m 類題1. Δ𝑦 Δ𝑦 Δ𝑦 Δ𝑦 𝑛 = 0 𝑛 = 4
- 31. 2020 物理光學 31 在一個雙狹縫干涉實驗中，光波的波長為550 nm，兩狹縫的間隔為2.20 μm，兩狹縫至屏幕的距離為50.0 cm，則在屏幕上，中央干涉亮紋與第 一干涉亮紋的中心，其間隔為何？[91.指定科考] 答： 0.125 m 類題2. S1 S2 Q O P 中央亮紋 第一亮紋 𝒚𝟏 = ±𝟏 ⋅ 𝑳𝝀 𝒅 𝒚
- 32. 2020 物理光學 32 以波長為400 nm（紫光）和600 nm（橙光）的平行光，分別垂直地照 射雙狹縫，則在光屏上所呈現的干涉圖樣，其兩相鄰干涉亮紋之間的距 離比值為何？ 例題2.
- 34. 2020 物理光學 34 將一透鏡從中間分割成兩半，用此透鏡所成的兩點光源實像，可作為干 涉實驗產生兩同相光源的一種方法，若透鏡焦距4公分，一點光源距透鏡 5 cm，兩半透鏡相距0.01 cm，若屏距像光源100 cm，則干涉條紋間距 為______cm。（已知光的波長5000Å）(圖形並未按照實際比例繪製) 例題3.