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光程差怎么计算,光程差dsinθ
光程差其表达式为:
1、公式一:
2、公式二:
其中c为真空中的光速,v为光在介质中的传播速度。
意义和应用
1、费马原理
费马在1657年首次提出了最短传播时间原理,后称之为费马原理:在给定的两点间,光沿所需时间最短的路径传播,即:光总是沿光程最小的路径传播。
2、光的干涉
相干光相互叠加会出现明暗交替的干涉条纹,可以通过光程差来计算干涉条纹的特征。
如何用光程差计算sinθ、 tanθ?
设定双缝S1、S2的间距为d,双缝所在平面与光屏P平行。
双缝与屏之间的垂直距离为L,我们在屏上任取一点P1,设定点P1与双缝S1、S2的距离分别为r1和r2,O为双缝S1、S2的中点,双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0,设P1与P0的距离为x,为了获得明显的干涉条纹,在通常情况下L>>d,在这种情况下由双缝S1、S2发出的光到敬悄达屏上P1点的光程差Δr为
S2M=r2-r1≈dsinθ, (1)
其中θ也是OP0与OP1所成的角。
因为d<<L,θ很小,所以
sinθ≈tanθ=xL (2)
因此Δr≈dsinθ≈dxL
当Δr≈dxL=±kλ时,屏上表现为明条纹,其中k=0,1,2,……, (3)
当Δr≈dxL =±(k+12 )λ时,屏上表现为暗条纹,其中是k=0,1,2,……。
(3′)
我们继续算得光屏上明条纹和暗条纹的中心位置。
当x=±kLd λ时,屏上表现为明条纹,其中k=0,1,2,…。
(4)
当x=±(k+12 )Ld λ时,屏上表现为暗条纹,其中k=0,1,2,…。
(4′)
我们还可以算出相邻明条纹(或塌型者暗条纹)中心问的距离为 Δx=xk+1-xk=Ldλ (5)
至此我们得出结论:杨氏双缝干涉条纹是等间距的。
此式近似成立的条件是∠S1P1S2很小,因此有S1M⊥S2P1,S1M⊥OP1,因此∠P0OP1=∠S2S1M,如果要保证∠S1P1S2很小,只要满足d<<L即可,因此Δr≈dsinθ是满足的。
第2次近似是因为d<<L,θ很小,所以sinθ≈tanθ。
下面我们通过表1来比亮衫渣较sinθ与tanθ的数值。
原理图如下:
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