光的干涉 习题答案
第五章 光的干涉
5－1 波长为的钠光照射在一双缝上，在距双缝200cm 的观察屏上测量20个条纹共宽3cm ，试计算双缝之间的距离。 解：由题意，条纹间距为：cm e 15.020
3
==
∴双缝间距为：m e D d 39
1079.015
.0103.589200--?≈??==λ
1.5mm ，观察屏离小孔的垂直距离为1m ，若所用光源发出波长1λ＝650nm 和2λ＝532nm 的两种光波，试求两光波分别形成的条纹间距以及两组条纹的第8级亮纹之间的距离。 解：对于1λ＝650nm 的光波，条纹间距为：
m d D e 3
3
9111043.010
5.1106501---?≈???==λ 对于2λ＝532nm 的光波，条纹间距为：
m d D e 339
221035.010
5.1105321---?≈???==λ ∴两组条纹的第8级条纹之间的距离为： m e e x 3
211064.0)(8-?=-=?
5－3 一个长40mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系，继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹。已知照射光波波长为，空气折射率为，试求注入气体的折射率n g 。
解：气室充入空气和充气体前后，光程的变化为： D n g )000276.1(-=?δ 而这一光程变化对应于30个波长： λδ30=?
∴λ30)1(=-D n g
000768.1000276.110
401028.656303
9
=+???=--g n
5－4 在菲涅耳双面镜干涉实验中，光波长为600nm ，光源和观察屏到双面镜交线的距离分
别为0.6m 和1.8m ，双面镜夹角为10－
3rad ，求：（1）观察屏上的条纹间距；（2）屏上最多能看到多少亮条纹
解：如图所示，S 1S 2的距离为：αsin 2l d =
∴条纹间距为：α
λ
λsin 2)(l q l d D e +=
= ∵α角很小
∴mm
m l q l e 2.1102.1106.0210
600)8.16.0(2)(33
9
=?=????+=
+≈
---αλ
屏上能产生条纹的范围，如图阴影所示
mm
m
q qtg y 6.3108.12223=??=≈=-αα
∴最多能看到的亮条纹数为：32
.16.3===
e y n
5－5 在如图所示的洛埃镜实验中，光源S 1到观察屏的距离为2m ，光源到洛埃镜面的垂直距离为2.5mm 。洛埃镜长40cm ，置于光源和屏的中央。若光波波长为500nm ，条纹间距为多少在屏上可看见几条条纹 解：在洛埃镜实验中，S 1和S 1在平面镜中的像S 2可看作是产生干涉的两个光源。条纹间距为：
mm d D e 2.010
25.21050023
9=????==--λ 由图可知，屏上发生干涉的区域在P 1P 2范围内
mm mm mm
mm OB O S BP tg BP P P 67.112005.280010
1001≈?===θ mm mm
mm
mm OA O S AP tg AP P P 75.38005.2120010
2002=?===θ 由于经平面镜反射的光波有π的相位差，所以S 1和S 2可看作位相相反的相干光源。若
P 0点在干涉区内，它应该有一条暗条纹通过，并且P 1 P 0内包含的暗条纹数目：
4.82
.067
.1011===
e P P N P 2 P 0内包含的暗条纹数目为：8.182
.075
.3022===
e P P N ∴P 1 P 2区域内可看见10个暗条纹，9个亮条纹
5－6 用λ＝的绿光照射肥皂泡膜，若沿着与肥皂泡膜平面成30°角的方向观察，看到膜最
P 0
1P 2E
亮。假设此时干涉级次最低，并已知肥皂水的折射率为，求此时膜的厚度。当垂直观察时，应改用多大波长的光照射才能看到膜最亮
解：在观察膜最亮时，应满足干涉加强的条件：
λλ
θm n n h =+
-=?2
sin 2122
02 m ＝0，1，2，3，……
按题意，m ＝1，?=301θ
∴肥皂膜厚度：m n n m h 71
22
021024.1sin 2)21
(-?≈--=θλ
若垂直观察时看到膜最亮，设m ＝1，应有：2
2λ=
nh
∴nm nh 6604≈=λ
5－7 在如图所示的干涉装置中，若照明光波的波长λ＝640nm ，
厚度h ＝2mm ，折射率n （6.1>H n ），问（1是暗斑（2）由中心向外计算，第10个亮斑的半径是多少（3）第个亮环处的条纹间距是多少设望远镜物镜的焦距为25cm 。 解：（1（021==θθ）对应的光程差为： mm nh 4.626.122=??==? 干涉级次为：1000010
6404
.66
0=?=
?
=
-λ
m ∴环中心是一亮斑。
（2）当中心是亮斑时，由中心向外计算，第10 rad h nN 0716.02
10640106.1610≈???==-λθ
∴半径为：mm mm f r 9.172500716.01010=?==θ （3）第十个亮环处条纹的角间距为：
rad mm
mm
h n 361010575.320716.02106406.12--?≈????==?θλθ
∴间距为：mm f e 894.010
575.32503
≈??=?=-θ
S 照射平行平板G ，经反射后通过透镜L 在其焦平面E 上产生等倾干涉条纹，光源不直接照射透镜，光波长λ＝600nm ，板厚d ＝2mm ，折射率n ＝，为了在给定系统下看到干涉环，照射在板上的谱线最大允许宽度是多少
解：设干涉环中心的干涉级次为0m ，则：λλ
002
2m nd =+
=?
∴2
1
100002120+=+=λnd
m
将m 改写成：ε+=10m m ，则1m 是最靠近中心的亮条纹的干涉级次，100001=m
为了能看到干涉环，最大允许谱线宽度λ?应满足： λλλ)1()(11+=?+m m ∴最大允许的谱线宽度为：nm m 06.01
==
?λ
λ
如图，G 1是待检物体，G 2是一标定长度的标准物，T 是放
在两物体上的透明玻璃板。假设在波长λ＝550nm 的单色光垂直照射下，玻璃板和物体之间的锲形空气层产生间距为1.8mm 的条纹，两物体之间的距离为80mm ，问两物体的长度之差为多少
解：当垂直入射时，条纹间隔为：α
λ
sin 2n e =
∵在该题中是空气层的楔角，且α角很小
∴α
λ
2≈e ∴rad e 3610153.08.12105502--?=??==λα ∴两物体的长度之差为：mm mm R Rtg h 33
1024.1210153.080--?=??=≈=?αα
5－10 如图所示的尖劈形薄膜，右端厚度d 为0.0417mm ，折射率n ＝，波长为μm 的光以30°角入射到表面上，求在这个面上产生的条纹数。若以两块玻璃片形成的空气劈尖代替，产生多少条纹
解：经劈尖上下两表面反射的光发生干涉，其光程差近似为： θ'=?cos 2nh
其中θ'是在上表面的折射角，h 表示平均厚度。
由折射定理：33.030sin sin =?
=
'n
θ 计算得：943.0cos ='θ 在上表面产生的条纹数，即在劈尖最右端的暗纹或亮纹级数。此时h ＝d ＝0.0417mm 产生暗纹条件： λλ
θ)2
1
(2cos 2+=+
'm nd m ＝0，1，2，3，…… ∴20010
589.0943
.0100417.05.12cos 26
3=?????='
=
--λ
θnd m 劈尖棱线处是暗条纹，因此表面上有201条暗条纹，200条亮条纹
当用两块玻璃片形成的空气劈尖代替时，866.030cos cos =?='θ 在劈尖最右端的暗纹级数为：6.12210589.0866.0100417.012cos 26
3=?????='
=
--λ
θnd m
因此表面上有123条暗条纹，122条亮条纹
5－11 集成光学中的楔形薄膜耦合器如图所示。楔形端从A 到B 厚度逐渐减小到零。为测定薄膜的厚度，用波长λ＝的He －Ne 激光垂直照明，观察到
楔形端共出现11条暗纹，且A 处对应一条暗纹。已
知薄膜对激光的折射率为，求薄膜的厚度。
解：薄膜的折射率大于玻璃，因此入射光在楔形薄膜上表面反射有相位突变。产生暗条纹满足条件： λλ
)2
1
(22+=+
=?m nh m ＝0，1，2，3，…… 在薄膜B 处，h ＝0，2
λ
=
?，所以B 处对应一暗纹。
∴第11条暗纹在薄膜A 处 ∴λλ
)2
111(22+=+
nh ∴A 处薄膜的厚度为：mm n h 0014.021
.22108.632102106
≈???==-λ
5－12 如图，在一块平面玻璃板上，放置一曲率半径R 很大的平凸镜，以观察牛顿环条纹。（1）证明条纹间隔e 满足：N
R e λ
21=
，式中N 是由中心向外计算的条纹数； （2）若分别测得相距k 个条纹的两个环的半径为N r 和k N r +，证明：λ
k r r R N
k N 22-=+
证明：（1）透镜凸表面和玻璃板平面间的空气层中心O 的厚度为零，可知牛顿环中心为一暗斑。设由中心向外计算，第N 个暗环的半径为N r ，则由图中几何关系可知：
22222)(h Rh h R R r N -=--=
∵h R >> ∴Rh r N 22
=
又∵N 个条纹对应的空气层厚度差为： 2
λN
h =
∴λNR r N =2
对上式微分，得：dN R dr r N λ=2
当1=dN 时，e dr = ∴条纹间距为：N
R r R e N λ
λ212=
=
（2）由上面推得得结果： λNR r N =2 λR k N r k N )(2
+=+ ∴λR N k N r r N k N )(2
2-+=-+
∴ λ
k r r R N
k N 22-=+
5－13 在观察牛顿环时，用1λ＝580nm 的第五个亮环与用2λ的第七个亮环重合，求波长2λ为多少
解：设由中心向外计算，第N 个亮环的半径为N r ，则：Rh r N 22
=
亮环满足的光程差条件为：λλ
N h =+22 ∴λ)2
1
(-=N h ∴λR N r N )2
1
(2
-=
由题意，用1λ＝580nm 的第五个亮环与用2λ的第七个亮环重合
∴21)217()215(λλR R -=-
∴nm 54.40113
9
12==λλ
5－14 曲率半径为R 1的凸透镜和曲率半径为R 2的凹透镜相接触如图所示。在钠黄光λ＝垂直照射下，观察到两透镜之间的空气层形成10个暗环。已知凸透镜的直径D ＝30mm ，曲率半径R 1＝500mm ，试求凹透镜的曲率半径。
解：)1
1(42
12R R D N -=λ
∴)1
5001(103.589430102
6
2R -??=- ∴mm R 63.5062≈
5－15 假设照射迈克尔逊干涉仪的光源发出两种波长的单色光（设21λλ>）。因此当平面镜M 1移动时，条纹将周期性的消失和再现。设h ?表示条纹相继两次消失M 1移动的距离，
21λλλ-=?，试证明：λ
λλ?=
?22
1h 证明：当两波长形成的亮条纹重合时，可见度最好，而当1λ的亮条纹与2λ
的暗条纹重合
时，条纹消失，则当条纹消失时光程差满足：2211)2
1(2λλδ+==+=?m m h 式中δ表示光束在半反射面上反射时的附加光程差，未镀膜时为2
λ 则由上式得：λλλδλδλδ?+=+-+=+
-2
1121222221h h h m m 当h 增加h ?时，条纹再次消失，这时干涉级之差增加1，即：
λλλδ?+?+=++
-2
112)(2121h h m m 两式相减，得：λ
λλ?=?22
1h
在光学玻璃基片（52.1=G n ）上镀制硫化锌膜层（n ＝），入射光波长m μλ5.0=，求正入射时最大反射率和最小反射率的膜厚和相应的反射率数值。 解：∵G n n > 反射率有最大值的膜厚是： nm n
h 52.5238
.24500
4=?=
=λ
相应的反射率为：()
()
33.0)38.2(52.11)38.2(52.112
222
222max
=??
????+?-?=+-=
n n
n n n n R G
o
G o 反射率有最小值的膜厚是： nm n
h 04.10538
.22500
2=?=
=
λ
相应的反射率为：()()04.052.1152.112
2
2
min =??
? ??+-=+-=
G o G o n n n n R
5－17 在玻璃片上（6.1=G n ）上镀单层增透膜，膜层材料是氟化镁（n ＝），控制膜厚使其在正入射下对于波长0λ＝μm 的光给出最小反射率，试求这个单层膜在下列条件下的反射率： （1）波长m μλ6.0=，入射角?=00θ （2）波长m μλ6.0=，入射角?=300θ
解：（1）由题意，在正入射下对于波长0λ＝μm 的光给出最小反射率，因此膜层的光学厚度为： 4/0λ=nh
当m μλ6.0=时，相位差为： πλλπ
λ
π
?6
5
40===
nh
∴()()2sin 2cos 2sin 2cos 2
2
222
2
22????
λ??
?
??+++???
??-+-=n n n n n n n n n n n n R G o G o G o G o ()()01.0)
125(sin 38.138.16
.1)12
5(cos 6.11)125(sin 38.138.16.1)125(cos 6.1122
2222
2
2
=??
?
??+++??
? ??-+-=
ππππ
（2）?=300θ，由折射定律：?=??? ??=??
?
??=25.2138.15.0arcsin sin arcsin 0n θθ
光束在基片内的折射角：?=??? ??=???
?
??=2.186.15.0arcsin sin arcsin 0G G n n θθ ∴对于s 分量的有效折射率为：866.030cos cos 000=?==θn n
286.125.21cos 38.1cos =??==θn n
52.12.18cos 6.1cos =??==G G G n n θ
对于p 分量的有效折射率为：155.130cos 1
cos 000=?
==
θn n
48.125.21cos 38
.1cos =?
==
θn n 684.12.18cos 6
.1cos =?
==
G G G n n θ
在?30斜入射下，相位差为：
ππθλπ
?777.025.21cos 6
5
cos 4=??==
nh ∴()()2sin 2cos 2sin 2cos )(2
2
222
2
2
2
0????
λ??
?
??+++???
??-+-=n n n n n n n n n n n n R G o G o G o G o s ()()02.0388.0sin 286.1286.152.1866.0388.0cos 52.1866.0388.0sin 286.1286.152.1866.0388.0cos 52.1866.0222222
22
=??
?
??+?++???
??-?+-=ππππ
∴()()2sin 2cos 2sin 2cos )(2
2
222
2
220????
λ??
?
??+++???
??-+-=n n n n n n n n n n n n R G o G o G o G o p ()()007.0388.0sin 48.148.1684.1155.1388.0cos 684.1155.1388.0sin 48.148.1684.1155.1388.0cos 684.1155.1222222
2
2
=??
?
??+?++???
??-?+-=ππππ 因为入射光是自然光，故反射率为：
013.0)007.002.0(2
1
])()[(21)(000=+=+=p s R R R λλλ
5－18 在照相物镜上镀一层光学厚度为560
λ（0λ＝μm ）的低折射率膜，试求在可见光
区内反射率最大的波长为多少
解：镀低折射率膜，因此要使反射率最大，则：2
λ
m
nh = m ＝0，1，2，3，……
由题意，560λ=
nh ∴m
5120
λλ= 取m ＝2，3得可见光区内反射率最大的波长为m μλ6.0=，m μ4.0
比较下面三个4/λ膜系的反射率：
（1）7层膜，50.1=G n ，40.2=H n ，38.1=L n （2）7层膜，50.1=G n ，20.2=H n ，38.1=L n （3）9层膜，50.1=G n ，40.2=H n ，38.1=L n 说明膜系折射率和层数对膜系反射率的影响
解：2
22221
2??????
???????
???
?? ??+???? ??-=+G
H p
L H o G
H
p
L H o p n n n n n n n
n n n R （1）%3.9650.1)40.2(38.140.2150.1)40.2(38.140.212
262
67=?????
?
?????
????
??
? ??+???? ??-=R
（2）%7.9250.1)20.2(38.120.2150.1)20.2(38.120.212
262
67=?????
?
?
????
????
??? ??+???? ??-=R （3）%8.9850.1)40.2(38.140.2150.1)40.2(38.140.212
282
89=?????
?
?????
????
??
? ??+???? ??-=R 可见，膜系高折射率和低折射率层的折射率相差越大，且膜系层数越多，膜系的反射率就
越高。
5－20 有一干涉滤光片间隔层厚度为×10－
4mm ，折射率n ＝，试求： （1） 正入射时滤光片在可见光区内的中心波长； （2） 透射带的波长半宽度，设高反射膜的反射率R ＝
（3） 倾斜入射时，入射角分别为15°和40°时的透射光波长。 解：（1）中心波长为：m m
m m m nh μμλ54
.018.05.1220=??==
m ＝0，
1，2，3，…… 取m ＝1，得在可见光区内的中心波长为：m μλ54.00= （2） 波长半宽度：
nm m R
R
R
R
nh 16016.091
.014.391.0154.01120
20
2
1==?-?
=-=-?
=
?μπλπλλ
（3）倾斜入射时，透射光产生极大的条件是：λθ=cos 2nh
当?=15θ时，m μλλ522.015cos 01=?= 当?=40θ时，m μλλ414.040cos 02=?=
5－21 一块F －P 干涉滤光片，其中心波长0λ＝μm ，波长半宽度02
11.0λλ≤?，求它在反
射光损失为10％时的最大透过率。 解：中心波长nh 20=λ
波长半宽度：0002020
2
1
1.01112λπλπλλπλλ≤-=-?=-?=?R
R R R R R
nh ∴
101≥-R
R
π 求解得： %14.73≥R
最大透过率：%637314
.011.0111=--=--
=R A T M
5－22 观察迈克尔逊干涉仪，看到一个由同心明、暗环所包围的圆形中心暗斑。该干涉仪的一个臂比另一个臂长2.5cm ，且λ＝500nm ，试求中心暗斑的级数，以及第六个暗环的级数。 解：对于虚平板产生的等倾干涉条纹，最小值满足：
λλ
θ)2
1(2cos 2+=+
m nh N 中心为暗斑，则：λ02m nh = ∴干涉级数0m 为： 10000020==
λ
nh
m
∴第6个暗环的干涉级次为：9999406=-m m 5－23 利用如图所示的干涉系统可测量大球面反射镜的曲率半
径。图中球面反射镜的球心位于OP 2的延长线上，由O 到P 1和到P 2的光程相等。假设半反射面A 的镀膜恰使光束1、2的附加程差为零。在准直的单色光照射下，系统产生一些同心圆环条纹。若第十个暗环的半径为6mm ，单色光波长为580nm ，问球面反射镜的曲率半径是多少
解：作出球面反射镜M 2在半反射面A 中的虚像'
2M ，系统产生的条纹亦可视为由虚空气薄层'
21M M 所产生，条纹即是牛顿
环。
由题意，O 到P 1和到P 2的光程相等，且附加程差为零，所以圆环中心为一亮点，干涉级数为0。由圆心向外，第10个暗环的干涉级数为（10－
2
1），故对应的空气层厚度为： 2)2110(λ
-=h
∴λR Rh r N 2
1922
==
∴m r R N 53.61058019)106(21929
2
32≈????==
--λ
F －P 干涉仪中镀金属膜的两玻璃板内表面的反射系数为r ＝，试求锐度系数、条纹半宽度、条纹锐度。
解：反射率为：8.02
==r R 锐度系数为：80)8.01(8
.04)1(42
2=-?=-=
R R F
条纹半宽度：447.080
44==
=
F
ε rad
条纹锐度： πππ47.42
80
2
==
=
F
N
5－25 F －P 干涉仪常用来测量波长相差较小的两条谱线的波长差。设干涉仪两板的间距为0.5mm ，它产生的1λ谱线的干涉环系中第二环和第五环的半径分别为3mm 和5mm ，2λ谱线的干涉环系中第二环和第五环的半径分别为3.2mm 和5.1mm ，两谱线的平均波长为550nm ，试决定两谱线的波长差。
解：设对1λ谱线的干涉环系中心的干涉级数为0m ，则有：102λδm h =+ （1） 其中δ表示光束在板面金属膜上反射时的附加光程差：1λπ
φ
δ=，φ为在金属膜上反射的相变。若0m 非整数，则写为：010ε+=m m
1m 表示靠中心第一个亮环的干涉级数，由中心向外，第N 个亮环的干涉级数为
)]1([1--N m ，而它的角半径由下式求出： λδθ)]1([cos 21--=+N m h N
与（1）式相减，得：11)1()cos 1(2λεθ-+=-N h N ∵N θ一般很小，故有：2
cos 12N
N θθ=
-
∴)1(11
2
-+=
N h
N ελθ
∴第五环和第二环的半径平方之比为：11
112225141215εεεε++=
-+-+=r r ∴786.03553442
22
2222525221=--?=--=r r r r ε
同理，2λ谱线干涉环系中心的干涉级数的小数部分：
948.0)2.3()1.5()1.5()2.3(442
22
2222525222=--?=--=r r r r ε
由（1）式，2212112
11222)(2)2()2(
)()(λ
λλλλλπφ
λπφλεε?=-=+-+
=+-+h h h h
m m ∴nm h 2
329122
109.4)786.0948.0(10
5.02)10550()(2---?=-????=-=?εελλ
，，。问用F －P 标准具分析这一结构时应如何选取标准具的间距（设标准具面的反射率R ＝） 解：用F －P 标准具分析这一结构时，应选取标准具的间距使标准具的自由光谱范围大于超
精细结构的最大波长差，并且使标准具的分辨极限小于超精细结构的最小波长差。 由题意：nm 074.5464
0728
.5460734.5460745.5460753.546=+++=
λ
超精细结构的最大波长差为：nm 0025.00728.5460753.546)(max =-=?λ 要使标准具的自由光谱范围大于超精细结构的最大波长差，则： max 2
)(2)(λλλ?>=
?h
f
∴mm nm nm h 64.591064.590025
.02)074.546()(262
max 2=?=?=?<λλ
标准具的分辨本领为：
R
R
h R R m m -=-=?1297
.0197.0)(πλπλλ ∴标准具的分辨极限：R
R
h m πλλ-?=
?1297.0)(2
超精细结构的最小波长差为：nm 0006.00728.5460734.546)(min =-=?λ 要使min )()(λλ?
min 2
)(1297.0λπλ?<-?R
R
h
∴mm nm nm nm R R
h h 6.8106.89
.014.39.010006.0297.0)074.546(1297.0622
=?=?-???=-?>
πλ ∴标准具的间距应满足：mm h mm 64.596.8<<
5－27 激光器的谐振腔可看作是一F －P 标准具，若激光器腔长0.6m ，两反射镜的反射率R ＝，气体折射率为1，输出谱线的中心波长为633nm ，试求输出激光的频率间隔和谱线宽度。
解：输出激光的频率间隔为：2506
.01210328
=???==
?nl c νMHz 谱线633nm 的宽度是：
nm R R nl 62922
1
1006.199
.014.399.016.02)10633(12--?=?-???=-?=?πλλ
5－28 在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为，平均波长为540nm ，。问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使干涉中心P 0点附近的条纹消失设玻璃的折射率为。 解：在小孔S 1处贴上厚度为h 的玻璃片后，P 0点对应的光程差为： h n )1(-=?
若这一光程差大于准单色光的相干长度，则P 0点处观察不到条纹。
相干长度为： λ
λ?=?2
c
∴λ
λ?≥-2
)1(h n
∴mm m n h 72.91072.910
06.05.0)10540()1(39
292
=?=???=?-≥---λλ
5－29 在杨氏干涉实验中，照射两小孔的光源是一个直径为3mm 的圆形光源。光源发射光的波长为μm ，它到小孔的距离为2m 。问小孔能够发生干涉的最大距离是多少 解：扩展光源对两小孔S 1S 2中点的张角为：
331075.02
2/1032--?=?=θ
tg ∴rad 33
105.110
75.02--?=??≈θ
圆形光源的横向相干宽度为：mm d t 41.010
5.1105.022.122.13
6
=???==
--θ
λ
∴小孔能够发生干涉的最大距离是mm 41.0
5－30 太阳直径对地球表面的张角θ约为32′。在暗室中若直接用太阳光作光源进行双缝干涉实验（不用限制光源尺寸的单缝），则双缝间距不能超过多大（设太阳光的平均波长为0.55m λμ=，日盘上各点的亮度差可以忽略。
） 解： rad 0093.023='=θ
因为将入射的太阳光看作不用限制光源尺寸的单缝，因此其横向相干宽度为：
m d t μθλ14.590093
.01055.06
=?=
=- ∴双缝间距不能超过m μ14.59
上海市光的干涉 衍射试题(含答案)
上海市光的干涉 衍射试题(含答案) 一、光的干涉 衍射 选择题 1．用a 、b 两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示。现使a 光从水中斜射向水面上的O 点，其入射角为i 、折射角为r ，如图丙所示。对于这两种单色光，下列说法正确的是（ ） A ．在真空中a 光的波长较短 B ．水对a 光的折射率sin sin i n r = C ．在水中a 光的传播速度较大 D ．a 光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小 2．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a 、b ，下列说法正确的是 A ．若增大入射角i ，则b 光最先消失 B ．在该三棱镜中a 光波速小于b 光 C ．若a 、b 光通过同一双缝干涉装置，则屏上a 光的条纹间距比b 光宽 D ．若a 、b 光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a 光的遏止电压高 3．如图所示，半径为R 的特殊圆柱形透光材料圆柱体部分高度为 2 R ，顶部恰好是一半球体，底部中心有一光源s 向顶部发射一束由a 、b 两种不同频率的光组成的复色光，当光线与竖直方向夹角θ变大时，出射点P 的高度也随之降低，只考虑第一次折射，发现当P 点高度h 降低为 12 2 R +时只剩下a 光从顶部射出，下列判断正确的是（ ）
A．在此透光材料中a光的传播速度小于b光的传播速度 B．a光从顶部射出时，无a光反射回透光材料 C．此透光材料对b光的折射率为1042 D．同一装置用a、b光做双缝干涉实验，b光的干涉条纹较大 4．下列关于振动和波的说法，正确的是。 A．声波在空气中传播时，空气中各点有相同的振动频率 B．水波在水面上传播时，水面上各点沿波传播方向移动 C．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射 D．当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某质点相遇，则该质点位移始终最大 E.为了增大干涉条纹间距，可将蓝光换成红光 5．如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，则下列说法正确的是 （） A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度 B．在玻璃中，a光的波长大于b光的波长 C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D．若改变光束在左侧面的入射方向使入射角逐渐变小，则折射光线a首先消失 E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 6．如图所示，一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜，两种颜色不同的可见光细光束a、b，垂直于斜边从空气射向玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是_____________ A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．a光和b光由空气进入玻璃棱镜后频率都变小 C．a光和b光在玻璃中传播时a光的波长小于b光的波长
4光的衍射参考答案
《大学物理（下）》作业 No.4 光的衍射 （电气、计算机、詹班） 一 选择题 1．在如图所示的夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度a 稍稍变窄， 同时使会聚透镜L 沿y 轴正方向作微小位移，则屏幕C 上的中央衍射条纹将 （A ）变宽，同时向上移动 （B ）变宽，不移动 （C ）变窄，同时向上移动 （D ）变窄，不移动 [ A ] [参考解] 一级暗纹衍射条件：λ?=1sin a ，所以中央明纹宽度 a f f f x λ ??2sin 2tan 211=≈=?中。衍射角0=?的水平平行光线必汇聚于透镜主 光轴上，故中央明纹向上移动。 2．在单缝的夫琅和费衍射实验中，若将单缝沿透镜主光轴方向向透镜平移，则屏幕上的衍射条纹 （A ）间距变大 （B ）间距变小 （C ）不发生变化 （D ）间距不变，但明纹的位置交替变化 [ C ] [参考解] 单缝沿透镜主光轴方向或沿垂直透镜主光轴的方向移动并不会改变入射到透镜的平行光线的衍射角，不会引起衍射条纹的变化。 3．波长λ=5500?的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10－ 4cm 的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为 （A ）2 （B ）3 （C ）4 （D ）5 [ B ] [参考解 ]
由光栅方程λ?k d ±=sin 及衍射角2 π ?< 可知，观察屏可能察到的光谱线 的最大级次64.310 550010210 6 =??=<--λd k m ，所以3=m k 。 4．在双缝衍射实验中，若保持双缝S 1和S 2的中心之间距离不变，把两条缝的宽度a 略微加宽，则 （A ）单缝衍射的中央主极大变宽，其中包含的干涉条纹的数目变少； （B ）单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目不变； （C ）单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目变多； （D ）单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目变少。 [ D ] [参考解] 参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄，而光栅常数不变，则由光栅方程可知干涉条纹间距不变，故其中包含的干涉条纹的数目变少。或由缺级条件分析亦可。 二 填空题 1．惠更斯——菲涅耳原理的基本内容是：波阵面上各面积元发出的子波在观察点P 的 相干叠加 ，决定了P 点合振动及光强。 2．在单缝夫琅和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应的单缝处波阵面可划分为 6 个半波带，若将缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是 明 纹。 [参考解] 由单缝衍射条件（其中n 为半波带个数，k 为对应级次）可知。 ???? ???±?+±=?==，各级暗纹 ，次极大，主极大λλλ?δk k n a 2 )12(02sin 3．如图所示的单缝夫琅和费衍射中，波长λ的单色光垂直入 射在单缝上，若对应于会聚在P 点的衍射光线在缝宽a 处的波阵面恰好分成3个半波带，图中CD BC AB ==，那么光线1和2在P 点的相位差为 π 。
光的干涉-参考答案
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的干涉）作业3 一 选择题 1．如图示，折射率为n 2厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e － 2 λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e －2 2n λ [ A ] [参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存 在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋ 2λ）－ 2 λ = 2n 2e 。 2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1 ，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一（A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1） （B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1 [ B ] 3．如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直向上缓缓平移而离开平面玻璃板时，可以观察到环状干涉条纹 （A ）向右移动 （B ）向中心收缩 （C ）向外扩张 （D ）静止不动 [ B ] [参考解]：由牛顿环的干涉条件（k 级明纹） λλ k ne k =+ 22 ? n k e k 2)21(λ -= 可知。 4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、 B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （ C ）3λ （ D ）1.5λ/n [ A ] [参考解]：由相位差和光程差的关系λ δ π ?2=?可得。 3S 1P S 空 气
光的干涉计算题及答案
《光的干涉》计算题 1.在双缝干涉实验中，用波长λ＝546.1nm (1 nm=10-9m)的单色光照射，双缝与屏的距离D ＝300 mm．测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹的间距为1 2.2 mm，求双缝间的距离． 解：由题给数据可得相邻明条纹之间的距离为 ?x＝12.2 / (2×5)mm＝1.22 mm 2分由公式?x＝Dλ / d，得d＝Dλ / ?x＝0.134 mm 3分 2. 在图示的双缝干涉实验中，若用薄玻璃片(折射率n1＝1.4)覆 盖缝S1，用同样厚度的玻璃片(但折射率n2＝1.7)覆盖缝S2，将 使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O变为第五级明纹．设 单色光波长λ＝480 nm(1nm=10-9m)，求玻璃片的厚度d(可认为光 线垂直穿过玻璃片)． 解：原来，δ = r2－r1= 0 2分覆盖玻璃后，δ＝( r2 + n2d–d)－(r1 + n1d－d)＝5λ3分∴(n2－n1)d＝5λ 1 2 5 n n d - = λ 2分 = 8.0×10-6 m 1分 3. 薄钢片上有两条紧靠的平行细缝，用波长λ＝546.1 nm (1 nm=10-9 m)的平面光波正入射到钢片上．屏幕距双缝的距离为D＝2.00 m，测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为?x＝12.0 mm． (1) 求两缝间的距离． (2) 从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹，共经过多大距离？ (3) 如果使光波斜入射到钢片上，条纹间距将如何改变？ 解：(1) x＝2kDλ / d d = 2kDλ /?x2分此处k＝５ ∴d＝10 Dλ / ?x＝0.910 mm 2分 (2) 共经过20个条纹间距，即经过的距离 l＝20 Dλ / d＝24 mm 2分 (3) 不变2分 4. 在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝S1和S2的距离分 别为l1和l2，并且l1－l2＝3λ，λ为入射光的波长，双缝之间 的距离为d，双缝到屏幕的距离为D(D>>d)，如图．求： (1) 零级明纹到屏幕中央O点的距离． (2) 相邻明条纹间的距离． 屏
《光的衍射》答案.docx
第7章光的衍射 一、选择题 1(D), 2(B), 3(D), 4(B), 5(D), 6(B), 7(D), 8(B), 9(D), 10(B) 二、填空题 (1). 1.2mm, 3.6mm (2). 2, 4 ⑶.N2, N (4). 0, ±1, ±3, ........... (5)? 5 (6). 更窄更亮 (7). 0.025 ⑻.照射光波长，圆孔的肓径 (9). 2.24X104 (10). 13.9 三、计算题 1.在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含冇两种波长佥和几2,垂直入射于单缝上.假如 入的第一级衍射极小与几2的第二级衍射极小相重合，试问 (1)这两种波氏Z间冇何关系？ (2)在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其他极小相重合？ 解：(1)由单缝衍射暗纹公式得 a sin ￡ = lAj a sin 02 = 2A2 由题意可知&]=2，sin O x = sin 0. 代入上式可得入=2A2 (2) a sin = 2k{A2(k\ = 1,2, .......... ) sin&] = 2k l A2 la a sin g =灯兄2 (k2=1,2, ............) sin= k2A2 la 若k2=2k\,贝Ij0]=仇，即2i的任一k\级极小都有弘的2k\级极小与之重合. 2.波长为600 nm (1 nm=10 9 m)的单色光垂直入射到宽度为a=0.10 mm的单缝上，观察夫琅禾费衍射图样，透镜焦距戶1.0 m,屏在透镜的焦平面处.求： (1)中央衍射明条纹的宽度△/()； (2)第二级喑纹离透镜焦点的距离七 解：(1)对于第一级暗纹， 有a sin?仟2 因0很小,故tg卩仟sin卩i = 2/a 故中央明纹宽度A.￥()= 2/tg }=2fA / ? = 1.2 cm
光的干涉习题答案
学号 班级 姓名 成绩 第十六章 光的干涉（一） 一、选择题 1、波长mm 4 108.4-?=λ的单色平行光垂直照射在相距mm a 4.02=的双缝上，缝后 m D 1=的幕上出现干涉条纹。则幕上相邻明纹间距离是[ B ]。 A ．0.6mm ； B ．1.2 mm ； C ．1.8 mm ； D ． 2.4 mm 。 2、在杨氏双缝实验中，若用一片透明云母片将双缝装置中上面一条缝挡住，干涉条纹发生的变化是[ C ]。 A .条纹的间距变大； B .明纹宽度减小； C .整个条纹向上移动； D .整个条纹向下移动。 3、双缝干涉实验中，入射光波长为λ，用玻璃薄片遮住其中一条缝，已知薄片中光程比相同厚度的空气大2.5λ，则屏上原0级明纹处[ B ]。 A ．仍为明条纹； B ．变为暗条纹； C ．形成彩色条纹； D ．无法确定。 4、在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ B ]。 A ．使屏靠近双缝； B ．使两缝的间距变小； C ．把两个缝的宽度稍微调窄； D ．改用波长较小的单色光源。 5、在双缝干涉实验中，单色光源S 到两缝S 1、S 2距离相等，则中央明纹位于图中O 处，现将光源S 向下移动到S ’的位置，则[ B ]。 A ．中央明纹向下移动，条纹间距不变； B ．中央明纹向上移动，条纹间距不变； C ．中央明纹向下移动，条纹间距增大； D ．中央明纹向上移动，条纹间距增大。 二、填空题 1、某种波长为λ的单色光在折射率为n 的媒质中由A 点传到B 点，相位改变为π，问光程改变了 2λ ， 光从A 点到B 点的几何路程是 2n λ 。 2、从两相干光源s 1和s 2发出的相干光，在与s 1和s 2等距离d 的P 点相遇。若s 2位于真空 中，s 1位于折射率为n 的介质中，P 点位于界面上，计算s 1和s 2到P 点的光程差 d-nd 。 3、光强均为I 0的两束相干光相遇而发生干涉时，在相遇区域内有可能出现的最大光强是 04I ；最小光强是 0 。
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第五章 光的干涉 5－1 波长为589.3nm 的钠光照射在一双缝上，在距双缝200cm 的观察屏上测量20个条纹共宽3cm ，试计算双缝之间的距离。 解：由题意，条纹间距为：cm e 15.020 3 == ∴双缝间距为：m e D d 39 1079.015 .0103.589200--?≈??==λ 5－2 在杨氏干涉实验中，两小孔的距离为1.5mm ，观察屏离小孔的垂直距离为1m ，若所用光源发出波长 1λ＝650nm 和2λ＝532nm 的两种光波，试求两光波分别形成的条纹间距以及两组条纹的第8级亮纹之间 的距离。 解：对于1λ＝650nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9111043.010 5.1106501---?≈???==λ 对于2λ＝532nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9221035.0105.1105321---?≈???==λ ∴两组条纹的第8级条纹之间的距离为： m e e x 3211064.0)(8-?=-=? 5－3 一个长40mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系，继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹。已知照射光波波长为656.28nm ，空气折射率为1.000276，试求注入气体的折射率n g 。 解：气室充入空气和充气体前后，光程的变化为： D n g )000276.1(-=?δ 而这一光程变化对应于30个波长： λδ30=? ∴λ30)1(=-D n g 000768.1000276.110 401028.656303 9 =+???=--g n 5－4 在菲涅耳双面镜干涉实验中，光波长为600nm ，光源和观察屏到双面镜交线的距离分别为0.6m 和1.8m ，双面镜夹角为10－ 3rad ，求：（1）观察屏上的条纹间距；（2）屏上最多能看到多少亮条纹？
光的衍射参考答案
光的衍射参考解答 一 选择题 1．在如图所示的夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会聚 透镜L 沿y 轴正方向作微小位移，则屏幕C 上的中央衍射条纹将 （A ）变宽，同时向上移动 （B ）变宽，不移动 （C ）变窄，同时向上移动 （D ）变窄，不移动 [ A ] [参考解] 一级暗纹衍射条件：λ?=1sin a ，所以中央明纹宽度a f f f x λ ??2sin 2tan 211=≈=?中。衍射角0 =?的水平平行光线必汇聚于透镜主光轴上，故中央明纹向上移动。 2．在单缝的夫琅和费衍射实验中，若将单缝沿透镜主光轴方向向透镜平移，则屏幕上的衍射条纹 （A ）间距变大 （B ）间距变小 （C ）不发生变化 （D ）间距不变，但明纹的位置交替变化 [ C ] [参考解] 单缝沿透镜主光轴方向或沿垂直透镜主光轴的方向移动并不会改变入射到透镜的平行光线的衍射角，不会引起衍射条纹的变化。 3．波长λ=5500?的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10－4 cm 的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为 （A ）2 （B ）3 （C ）4 （D ）5 [ B ] [参考解] 由光栅方程λ?k d ±=sin 及衍射角2 π ?< 可知，观察屏可能察到的光谱线的最大级次 64.310 550010210 6 =??=<--λd k m ，所以3=m k 。 4．在双缝衍射实验中，若保持双缝S 1和S 2的中心之间距离不变，把两条缝的宽度a 略微加宽，则 （A ）单缝衍射的中央主极大变宽，其中包含的干涉条纹的数目变少； （B ）单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目不变； （C ）单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目变多； （D ）单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目变少。 [ D ] [参考解] 参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄，而光栅常数不变，则由光栅方程可知干涉条纹间距不变，故其中包含的干涉条纹的数目变少。或由缺级条件分析亦可。 二 填空题 1．惠更斯——菲涅耳原理的基本内容是：波阵面上各面积元发出的子波在观察点P 的 相干叠加 ，决定了P 点合振动及光强。 2．在单缝夫琅和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应的单缝处波阵面可划分为 6 个半波带，若将缝宽缩小
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第十六章光的干涉《一〉 一、选择题 1、波长A = 4.8x10^/777/7的单色平行光垂直照射在相距2。= 0.4〃仰的双缝上，缝后 D = lm的幕上出现干涉条纹。则幕上相邻明纹间距离是［B ］。 A.0.6mm； B. 1.2 mm； C. 1.8 mm； D. 24 mm。 2、在杨氏双缝实验中，若用一片透明云母片将双缝装置中上面一条缝挡住，干涉条纹发生的变化是［C ］。 A.条纹的间距变大； B.明纹宽度减小； C.整个条纹向上移动； D.整个条纹向下移动。 3、双缝干涉实验中，入射光波长为人，用玻璃薄片遮住其中一条缝，已知薄片中光程比 相同厚度的空气大2.5/1,则屏上原（）级明纹处［B ］o A.仍为明条纹； B.变为暗条纹； C.形成彩色条纹； D.无法确定。 4、在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是［B ］。 A.使屏靠近双缝； B.使两缝的间距变小； C.把两个缝的宽度稍微调窄； D.改用波长较小的单色光源。 5、在双缝干涉实验中，单色光源S到两缝&、S?距离相等，则中央明纹位于图中O处，现将光源S向下移动到S，的位置，则［B ］。 A.中央明纹向下移动，条纹间距不变； B.中央明纹向上移动，条纹间距不变； C.中央明纹向下移动，条纹间距增大； D.中央明纹向上移动，条纹间距增大。 二、填空题 1、某种波长为人的单色光在折射率为〃的媒质中由A点传到B点，相位改变为兀，问光 程改变了_仝_，光从A点到B点的几何路程是—仝 2 2/? 2、从两相干光源&和S2发出的相干光，在与S|和S2等距离d的P点相遇。若S2位于真空中，Si位于折射率为〃的介质中,P点位于界面上，计算S!和s2到P点的光程差d-nd ° 3、光强均为I。的两束相干光相遇而发生干涉时，在相遇区域内有可能出现的最大光强是一 _；最小光强是0 。 47
第一章 光的干涉 习题及答案
λd r y 0 = ?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为 cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹 为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 式: 解：（1）由公 得 λd r y 0= ? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?
5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??= ??==π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所 在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7 m . 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式 2r ?πλ??=可知为 Δr = 215252r r λ πλπ-=??= 现在 1 S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 6050050010 1.250.2r y d λ-?= =??=mm 122I I = 22 122A A = 1 2A A =
光的干涉参考答案
光的干涉参考解答 一 选择题 1．如图示，折射率为n 2厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e －2 λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e － 2 2n λ [ A ] [参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存 在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋ 2λ）－2 λ = 2n 2e 。 2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径光的光程差等于 （A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1） （B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1 [ B ] 3．如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直向上缓缓平移而离开平面玻璃板时，可以观察到环状干涉条纹 （A ）向右移动 （B ）向中心收缩 （C ）向外扩张 （D ）静止不动 [ B ] [参考解]：由牛顿环的干涉条件（k 级明纹） λλ k ne k =+ 22 ? n k e k 2)21(λ -= 可知。 4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、 B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （ C ）3λ （ D ）1.5λ/n [ A ] [参考解]：由相位差和光程差的关系λ δ π?2=?可得。 3S 1P S 空 气
工程光学习题解答 第十二章 光的衍射
第十二章 光的衍射 1． 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上，以焦距为50cm 的会 聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹的强度。 解：（1）零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0a λ θ?= ∴亮纹半宽度29 0035010500100.010.02510 r f f m a λ θ---???=??===? （2）第一亮纹，有1sin 4.493a π αθλ = ?= 9 13 4.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--??∴= ==?? 2 1150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=?=??== 同理224.6r mm = （3）衍射光强2 0sin I I αα?? = ??? ，其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹，tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0 I I 0 0 1 1 4.493 0.04718 2 7.725 0.01694 . . . . . . . . . 2． 平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ?? -??=????-?? 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图12-50） （2）中央亮纹的角半宽度为cos a i λ θ?=
第一章--光的干涉--习题及答案
第一章--光的干涉--习题及答案
λ d r y 0 =?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 解：（1）由公式: 得
λd r y 0 = ? = cm 100.8104.64 .050 25--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可 知 52100.01sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===? 5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2 I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??=??= =π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验 的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7m . 解：未加玻璃片时，1 S 、2 S 到P 点的光程差，由 公式 2r ?πλ ??=可知为 Δr = 215252r r λ πλπ-= ??=
第五章光的干涉习题答案
第五章 光的干涉 5－1 波长为的钠光照射在一双缝上，在距双缝200cm 的观察屏上测量20个条纹共宽3cm ，试计算双缝之间的距离。 解：由题意，条纹间距为：cm e 15.020 3 == ∴双缝间距为：m e D d 39 1079.015 .0103.589200--?≈??==λ 1.5mm ，观察屏离小孔的垂直距离为1m ，若所用光源发出波长1λ＝650nm 和2λ＝532nm 的两种光波，试求两光波分别形成的条纹间距以及两组条纹的第8级亮纹之间的距离。 解：对于1λ＝650nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9111043.010 5.1106501---?≈???==λ 对于2λ＝532nm 的光波，条纹间距为： m d D e 339 221035.010 5.1105321---?≈???==λ ∴两组条纹的第8级条纹之间的距离为： m e e x 3 211064.0)(8-?=-=? 5－3 一个长40mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到 稳定的干涉条纹系，继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹。已知照射光波波长为，空气折射率为，试求注入气体的折射率n g 。 解：气室充入空气和充气体前后，光程的变化为： D n g )000276.1(-=?δ 而这一光程变化对应于30个波长： λδ30=? ∴λ30)1(=-D n g 000768.1000276.110 401028.656303 9 =+???=--g n 5－4 在菲涅耳双面镜干涉实验中，光波长为600nm ，光源和观察屏到双面镜交线的距 离分别为0.6m 和1.8m ，双面镜夹角为10－3 rad ，求：（1）观察屏上的条纹间距；（2）屏上最多能看到多少亮条纹
光的干涉练习题及答案
一、选择题 1、严格地讲，空气折射率大于1，因此在牛顿环实验中，若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去而成为真空时，干涉环将：（ ） A.变大； B.缩小； C.不变； D.消失。 【答案】：A 2、在迈克耳逊干涉仪的一条光路中，放入一折射率n ，厚度为h 的透明介质板，放入后，两光束的光程差改变量为：（ ） A.h n )1(2-； B.nh 2； C.nh ； D.h n )1(-。 【答案】：A 3、用劈尖干涉检测工件（下板）的表面，当波长为λ的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹如图。图中每一条纹弯曲部分的顶点恰与左边相邻的直线部分的连线相切。由图可见工件表面： （ ） A.一凹陷的槽，深为λ/4； B.有一凹陷的槽，深为λ/2； C.有一凸起的埂，深为λ/4； D.有一凸起的埂，深为λ。 【答案】：B 4、牛顿环实验装置是用一平凸透镜放在一平板玻璃上，接触点为C ，中间夹层是空气，用平行单色光从上向下照射，并从下向上观察，看到许多明暗相间的同心圆环，这些圆环的特点是：（ ） A.C 是明的，圆环是等距离的； B.C 是明的，圆环是不等距离的； C.C 是暗的，圆环是等距离的； D.C 是暗的，圆环是不等距离的。 【答案】：B 5、若将牛顿环玻璃夹层中的空气换成水时，干涉环将： （ ） A .变大； B .缩小； C .不变； D .消失。 【答案】：B 6、若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹 （ ） A .中心暗斑变成亮斑； B .变疏； C .变密； D .间距不变。 【答案】：C 7、两个不同的光源发出的两个白光光束，在空间相遇是不会产生干涉图样的，这是由于（ ） A.白光是由许多不同波长的光组成； B.两个光束的光强不一样； C.两个光源是独立的不相干光源； D.两个不同光源所发出的光，频率不会恰好相等。 【答案】：C 8、在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝S 1、S 2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于O 处。现将光源S 向下移动到S '位置，则（ ） A .中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变； B .中央明条纹向上移动，且条纹间距不变； C .中央明条纹向下移动，且条纹间距增大； D .中央明条纹向上移动，且条纹间距增大。
《大学物理AII》作业 No 光的衍射 参考答案
《大学物理AII 》作业 No.06 光的衍射 班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______ ------------------------------------------------------------------------------------------------------- ****************************本章教学要求**************************** 1、理解惠更斯-菲涅耳原理以及如何用该原理解释光的衍射现象。 2、理解夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的区别，掌握用半波带法分析夫琅禾费单缝衍射条纹的产生，能计算明暗纹位置、能大致画出单缝衍射条纹的光强分布曲线；能分析衍射条纹角宽度的影响因素。 3、理解用振幅矢量叠加法求单缝衍射光强分布的原理。 4、掌握圆孔夫琅禾费衍射光强分布特征，理解瑞利判据以及光的衍射对光学仪器分辨率的影响。 5、理解光栅衍射形成明纹的条件，掌握用光栅方程计算主极大位置；理解光栅衍射条纹缺级条件，了解光栅光谱的形成以及光栅分辨本领的影响因素。 6、理解X 射线衍射的原理以及布拉格公式的意义，会用它计算晶体的晶格常数或X 射线的波长。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 一、填空题 1、当光通过尺寸可与（波长）相比拟的碍障物（缝或孔）时，其传播方向偏离直线进入障碍物阴影区，并且光强在空间呈现（非均匀分布）的现象称为衍射。形成衍射的原因可用惠更斯-菲涅耳原理解释，即波阵面上各点都可以看成是（子波的波源），其后波场中各点波的强度由各子波在该点的（相干叠加）决定。 2、光源和接收屏距离障碍物有限远的衍射称为（菲涅尔衍射或近场衍射）；光源和接收屏距离障碍物无限远的衍射称为（夫琅禾费衍射）或者远场衍射。在实际操作中，远场衍射是通过（平行光）衍射来实现的，即将光源放置在一透镜的焦点上产生平行光照射障碍物，通过障碍物的衍射光再经一透镜会聚到接收屏上观察来实现。 3、讨论单缝衍射光强分布时，可采用（半波带法）和（振幅矢量叠加法）两种方法，这两种方法得到的单缝衍射暗纹中心位置都是一样的，暗纹中心位置= x （a kf λ ±）。两相邻暗纹中心之间的距离定义为（明纹）宽度，单缝衍射中央明
大学物理光的衍射试题及答案
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的衍射）作业4 一 选择题 1．在测量单色光的波长时，下列方法中最准确的是 （A ）双缝干涉 （B ）牛顿环 （C ）单缝衍射 （D ）光栅衍射 [ D ] 2．在如图所示的夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会聚透镜L 沿y 轴正方向作微小位移，则屏幕C 上的中央衍射条纹将 （A ）变宽，同时向上移动 （B ）变宽，不移动 （C ）变窄，同时向上移动 （D ）变窄，不移动 [ A ] [参考解] 一级暗纹衍射条件：λ?=1s i n a ，所以中央明纹宽度a f f f x λ ??2s i n 2t a n 211=≈=?中。衍射角0 =?的水平平行光线必汇聚于透镜主光轴上，故中央明纹向上移动。 3．波长λ=5500?的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10－ 4cm 的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为 （A ）2 （B ）3 （C ）4 （D ）5 [ B ] [参考解] 由光栅方程λ?k d ±=s i n 及衍射角2 π ?<可知，观察屏可能察到的光谱线的最大级次 64.310550010210 6 =??=<--λd k m ，所以3=m k 。 4．在双缝衍射实验中，若保持双缝S 1和S 2的中心之间的距离不变，而把两条缝的宽度a 略微加宽，则 （A ）单缝衍射的中央明纹区变宽，其中包含的干涉条纹的数目变少； （B ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目不变； （C ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目变多； （D ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目变少。 [ D ] [参考解] 参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄，而光栅常数不变，则由光栅方程可知干涉条纹间距不变，故其中包含的干涉条纹的数目变少。或由缺级条件分析亦可。 5．某元素的特征光谱中含有波长分别为1λ=450nm 和2λ=750nm 的光谱线，在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处的谱线2λ主极大的级数将是 (A) 2、3、4、5… (B) 2、5、8、11… (C) 2、4、6、8… (D) 3、6、9、12… 【 D 】
光的干涉计算题及答案
《光的干涉》计算题 1、在双缝干涉实验中,用波长λ＝546、1nm (1 nm=10-9 m)的单色光照射,双缝与屏的距离D ＝300 mm.测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹的间距为12.2 mm,求双缝间的距离. 解:由题给数据可得相邻明条纹之间的距离为 ?x ＝12、2 / (2×5)mm ＝1.22 mm 2分 由公式 ?x ＝D λ / d ,得d ＝D λ / ?x ＝0.134 mm 3分 2、 在图示的双缝干涉实验中,若用薄玻璃片(折射率n 1＝1、4)覆盖缝S 1,用同样厚度的玻璃片(但折射率n 2＝1、7)覆盖缝S 2,将使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O 变为第五级明纹.设单 色光波长λ＝480 nm(1nm=10-9m ),求玻璃片的厚度d (可认为光线垂直穿过玻璃片). 解:原来, δ = r 2－r 1= 0 2分 覆盖玻璃后, δ＝( r 2 + n 2d – d )－(r 1 + n 1d －d )＝5λ 3分 ∴ (n 2－n 1)d ＝5λ 1 25n n d -=λ 2分 = 8、0×10-6 m 1分 3、 薄钢片上有两条紧靠的平行细缝,用波长λ＝546、1 nm (1 nm=10-9 m)的平面光波正入射 到钢片上.屏幕距双缝的距离为D ＝2.00 m,测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为?x ＝12.0 mm. (1) 求两缝间的距离. (2) 从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹,共经过多大距离？ (3) 如果使光波斜入射到钢片上,条纹间距将如何改变？ 解:(1) x ＝ 2kD λ / d d = 2kD λ /?x 2分 此处 k ＝５ ∴ d ＝10 D λ / ?x ＝0.910 mm 2分 (2) 共经过20个条纹间距,即经过的距离 l ＝20 D λ / d ＝24 mm 2分 (3) 不变 2分 4、 在双缝干涉实验中,单色光源S 0到两缝S 1与S 2的距离分别为l 1与l 2,并且l 1－l 2＝3λ,λ为入射光的波长,双缝之间的距离为d ,双缝到屏幕的距离为D (D >>d ),如图.求: (1) 零级明纹到屏幕中央O 点的距离. (2) 相邻明条纹间的距离. S 1 S 2 n 2 n 1 r 1 r 2 d 屏 d S 2 S 1 l 1 S 0 l 2 D
4光的衍射参考标准答案
《大学物理(下)》作业 N ｏ.4 光的衍射 （电气、计算机、詹班) 一 选择题 1.在如图所示的夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会聚透镜L 沿y 轴正方向作微小位移,则屏幕C 上的中央衍射条纹将 (Ａ)变宽,同时向上移动 （B ）变宽，不移动 （C ）变窄，同时向上移动 (D ）变窄,不移动 [ A ] [参考解] 一级暗纹衍射条件:λ?=1sin a ，所以中央明纹宽度 a f f f x λ ??2sin 2tan 211=≈=?中。衍射角0=?的水平平行光线必汇聚于透镜主 光轴上,故中央明纹向上移动。 2．在单缝的夫琅和费衍射实验中,若将单缝沿透镜主光轴方向向透镜平移,则屏幕上的衍射条纹 (A ）间距变大 (B)间距变小 (C)不发生变化 (D)间距不变，但明纹的位置交替变化 [ Ｃ ] ［参考解] 单缝沿透镜主光轴方向或沿垂直透镜主光轴的方向移动并不会改变入射到透镜的平行光线的衍射角,不会引起衍射条纹的变化。 ３.波长λ=５5０0?的单色光垂直入射于光栅常数d=2×１0－ 4ｃｍ的平面衍射光栅上,可能观察到的光谱线的最大级次为 (Ａ)2 (Ｂ)３ （Ｃ）4 (D)5 ［ Ｂ ] [参考解 ]
由光栅方程λ?k d ±=sin 及衍射角2 π ?< 可知，观察屏可能察到的光谱线 的最大级次64.310 550010210 6 =??=<--λd k m ，所以3=m k 。 ４．在双缝衍射实验中,若保持双缝S １和Ｓ２的中心之间距离不变，把两条缝的宽度a 略微加宽,则 (Ａ）单缝衍射的中央主极大变宽，其中包含的干涉条纹的数目变少； （B)单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目不变; (C ）单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目变多； (D)单缝衍射的中央主极大变窄，其中包含的干涉条纹的数目变少。 [ D ] [参考解］ 参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄,而光栅常数不变，则由光栅方程可知干涉条纹间距不变,故其中包含的干涉条纹的数目变少。或由缺级条件分析亦可。 二 填空题 1．惠更斯——菲涅耳原理的基本内容是：波阵面上各面积元发出的子波在观察点P 的 相干叠加 ，决定了P 点合振动及光强。 2.在单缝夫琅和费衍射实验中,屏上第三级暗纹对应的单缝处波阵面可划分为 6 个半波带,若将缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是 明 纹。 [参考解] 由单缝衍射条件(其中n 为半波带个数，k 为对应级次）可知。 ???? ???±?+±=?==，各级暗纹 ，次极大，主极大λλλ?δk k n a 2 )12(02sin 3.如图所示的单缝夫琅和费衍射中,波长λ的单色光垂直入射 在单缝上，若对应于会聚在Ｐ点的衍射光线在缝宽a 处的波阵面恰好分成3个半波带，图中CD BC AB ==,那么光线１和2在P 点的相位差为 π 。