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2022山东教师资格考试:半波损失问题

2022-09-16 15:27:10 教师资格考试官微
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教师资格考试笔试当中,选择题与计算题都有可能出现光学问题,并且无论是高中知识还是大学知识,光学知识都不可避免的会考查到干涉问题。而半波损失在干涉问题当中一直是各位考生的难点。下面我们就从半波损失的产生以及在实际问题当中的应用两个方面来讨论半波损失问题。

一、半波损失的产生

简单来说,半波损失就是波在介质表面反射时,出现的反射波与入射波的相位突变现象,反射波与入射波的相位相差π,即比原波多走(或少走)半个波长,因此称为半波损失。

实验数据与理论证明都告诉我们,电磁波在从光疏介质垂直入射光密介质时,反射波与透射波会出现半个波长的相位突变,这就是平常所指的半波损失。只不过,仅仅是相位突变并不会在光强上产生任何影响,传播方向也依然遵循反射定律与折射定律,因此在几何光学领域半波损失几乎没有用武之地,但是在考虑光的干涉现象时,半波损失就会导致产生相反的结果。

实际上,不仅仅对于电磁波,普通的机械波也存在半波损失现象。

二、半波损失对干涉现象的影响

首先我们来整理一下产生半波损失的条件:

1.从光疏介质到光密介质;

2.反射光。

实际上还要满足垂直入射或掠射,但绝大多数的题目都不需要考虑这个条件。因此,实际题目中可能出现半波损失的地方需要满足:

1.拥有两个界面三个介质;

2.介质折射率为两大夹一小或两小夹一大。

单纯一束反射光无法发生干涉现象,因此需要两个界面分别反射,也就是常见的薄膜干涉模型。其次,若要分析由于半波损失产生的干涉条纹的变化,则需要两束反射光一束存在半波损失而另一束不存在。可以做以下简单分析:若三个介质折射率是依次变小的,则在两个界面均不会发生半波损失,可以正常分析光程差;若三个介质折射率是依次变大的,则在两个界面均存在半波损失,二者光程差与正常相同。故仅有两大夹一小或两小夹一大的情况,条纹明暗会发生变化,更准确的来说,是与正常情况相反。下面我们就来说几个典型案例。

(1)在劳埃德镜实验中,原本模仿双缝干涉的中央主极大应是亮条纹。在实验中却是暗条纹。

(2)劈尖干涉实验中,若中间的介质是空气(或满足上述条件)则交棱处为暗条纹。可以简单分析:原有交棱处光程差为零,考虑半波损失之后交棱处相差半个波长,因此为暗条纹。其余条纹也均相反。

(3)牛顿环试验中,反射光线的中央亮斑变为暗斑,原理与劈尖干涉相同。

(4)增透膜与增反膜,则在计算中需要将原有光程差(2nd)改写为(2nd+λ/2)再进行计算,厚度可能会有变化。

同时根据能量守恒原则,在反射光中为暗条纹的,投射光线一定为亮条纹,如牛顿环的中央区域,透射光就是亮斑。

总而言之,在教师资格笔试考试之中,如果遇到了薄膜干涉的问题,各位考生就要警醒考虑是否存在半波损失情况,视题目选择进行计算作答,这样才能做到万无一失。祝愿各位考生心想事成!

 
 
 
 
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