第五章 光的干涉 习题答案
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
,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 与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:气室充入空气与充气体前后,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,光源与观察屏到双面镜交线的距离分别
为0.6m 与1.8m,双面镜夹角为10－3
rad,求:(1)观察屏上的条纹间距;(2)屏上最多能瞧到多少亮条纹？
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
∴最多能瞧到的亮条纹数为: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,置于光源与屏的中央。若光波波长为500nm,条纹间距为多少？在屏上可瞧见几条条纹？
解:在洛埃镜实验中,S 1与S 1在平面镜中的像S 2可瞧作就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与S 2可瞧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区域内可瞧见10个暗条纹,9个亮条纹
5－6 用λ＝0、5nm 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,瞧到
P 0
12E
膜最亮。假设此时干涉级次最低,并已知肥皂水的折射率为1、33,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瞧到膜最亮？ 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
若垂直观察时瞧到膜最亮,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 ＝1、6,(6.1>H n ),问(1)就是暗斑？(2)由中心向外计算,第10个亮斑的半径就是多少？(3)10个亮环处的条纹间距就是多少？设望远镜物镜的焦距为25cm 。 解:(1)平板的折射率介于上下介质的折射率之间,故环中(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 ∴环中心就是一亮斑。
(2)当中心就是亮斑时,由中心向外计算,第10 rad h nN 0716.02
10640106.16
10≈???==-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
,单色光源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 ＝1、5,为了在给定系统下瞧到干涉环,照射在板上的谱线最大允许宽度就是多少？
习题册第十三章光的干涉
第十三章 光的干涉 1、一束单色光射在两个相距为d=0.2mm 的狭缝上。在狭缝后D=1.0m 处的屏上，从第一级明条纹到同侧第四级明条纹的间距l =7.5mm ，求此单色光的波长。 解：根据双缝干涉明条纹关系λ==θ=δk D x d sin d 可得 d D k x λ= )14(d D x x 14-λ= - D 3xd ?=λ∴ )nm (5000 .13102.0105.73 3 =????=-- 2、在双缝实验中，两缝相距5.0mm ，缝距离屏1.0m ，在屏上可见到两个干涉花样。一个是由480nm 的光产生，另一个由600nm 的光产生。问在屏上两个不同花样的第三级干涉明条纹之间的距离是多少？ 解：双缝干涉明条纹中心位置λ=d D k x ，所以同级而不同波长的光在屏上的间距为 )(d D k x x x 1212λ-λ=-=? ) m (102.710)48006000(100.513 5 10 3 ---?=?-?=
3、已知杨氏实验中d = 0.40mm ，D=50cm ，λ= 640nm 。求： （1）第一级明条纹与中央明条纹的间距； （2）如P 点离中央明条纹为0.2mm ，问两束光在P 点的位相差； （3）P 点的光强和中央明条纹的强度比。 解： cm 10810 4.050 104.6d D x )1(21 5---?=???=λ=? cm 106.150 02 .004.0D x d )2(5-?=?==δ 210 4.6106.12255π=??π=δλπ=?--=1.57 2:1)2 2(I 42c o s I 4I I )3(20 20==? ?= 中 4、在双缝实验中，用一很薄的云母片（n=1.58）覆盖其中的一条狭缝，这时屏幕上的零级明条纹恰好移到屏幕原来第七级明条纹的位置上，如果入射光波长为550nm ，试问此云母片的厚度是多少？ 解：法一：以原来第七级明纹处为观测点 原来第七级明纹的光程差为λ=-7r r 12，放入云母片后第七级明纹变为中央明纹，其光 程差为 0)nd d r (r 12=+-- λ=-=-7)1n (d r r 12 法二：以原来的中央明纹为观测点 .:,:点为第七级明条纹云母片插入后点为中央明条纹云母片插入前o o [])1(,)1(11-=?-+'→'n x n x r r δ 即
第十三章2光的干涉
第十三章 2 光的干涉 杨氏干涉实验 如果光真的是一种波，两束光在一定的条件下应该发生干涉。1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。 演示 光的双缝干涉实验 在暗室中用氦氖激光器发出的红色激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝（图13.2-1甲），在后面的屏上观察光的干涉情况（图13.2-1乙）。 如图13.2-2，让一束单色光投射到一个有两条狭缝S 1和S 2的挡板上，狭缝S 1和S 2相距很近。如果光是一种波，狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是相同的。这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象：光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，因此在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹。 图13.2-2 杨氏双缝干涉的示意图 图13.2-1 用氦氖激光器做双缝干涉实验
杨氏实验证明，光的确是一种波。 杨氏那时没有激光。他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝，发生干涉。如今用激光直接照射双缝，亮度大，便于观察。 决定条纹间距的条件 如图13.2-3所示，S 1和S 2相当于两个频率相同的波源，它们到屏上P 0点的距离相同。由于S 1和S 2发出的两列波到达P 0点的路程一样，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P 0点。在这点，两列波的波峰与波峰叠加、波谷与波谷叠加，它们在P 0点相互加强，因此这里出现亮条纹。 再考察P 0点上方的另外一点，例如P 1。它距S 1比距S 2远一些，两列波到达P 1点的路程不相同，两列波的波峰或波谷不一定同时到达P 1。如果路程差正好是半个波长，那么当一列波的波峰到达P 1时，另一列波正好在这里出现波谷。这时两列波叠加的结果是互相抵消，于是这里出现暗条纹。 对于更远一些的点，例如P 2，来自两个狭缝的光波的单色光路程差更大。如果路程差正好等于波长λ，那么，两列光波的波峰或波谷会同时到达这点，它们相互加强，这里也出现亮条纹。距离屏的中心越远，路程差越大。每当路程差等于λ，2λ，3λ，…时，也就是每 当路程差等于2λ2，4λ2，6λ2，…时两列光波得到加强，屏上出现亮条纹；每当路程差等于1λ2 ，3λ2，5λ2 ，…时，两列光波相互削弱，屏上出现暗条纹。 综合以上分析，可以说，当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时）两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹。 “两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍”，包括了“距离之差为零”这种情况。这时在P 0点出现亮条纹。 做一做 可以用自制的器材来观察双缝干涉现象。取经过曝光的黑色摄影胶片，放在玻璃板上。 图13.2-3 距离中心P0点越远的点，两条狭缝射来的光的路程差越大。
工程光学习题参考答案第十一章 光的干涉和干涉系统
第十一章 光的干涉和干涉系统 1． 双缝间距为1mm,离观察屏1m,用钠光灯做光源，它发出两种波长的单色光 nm 0.5891=λ和nm 6.5892=λ，问两种单色光的第十级亮条纹之间的间距是多 少？ 解：由题知两种波长光的条纹间距分别为 9 6 113 158910 5891010 D e m d λ---??= = =? 9 6 223 1589.610 589.61010 D e m d λ---??= = =? ∴第十级亮纹间距()()6 5 211010589.6589100.610e e m -?=-=?-?=? 2． 在杨氏实验中，两小孔距离为1mm,观察屏离小孔的距离为50cm,当用一片折射率为 1.58的透明薄片贴住其中一个小孔时（见图11-17），发现屏上的条纹系统移动了 0.5场面，试决定试件厚度。 解：设厚度为h ，则前后光程差为()1n h ?=- ()1x d n h D ??∴-= 2 3 0.510 10 0.580.5 h --??= 2 1.7210h mm -=? 3． 一个长30mm 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25个条纹，已知照明光波波长nm 28.656=λ，空气折射率000276.10=n 。试求注入气室内气体的折射率。 解：设气体折射率为n ，则光程差改变()0n n h ?=- 图11-47 习题2 图
()02525x d d n n h e D D λ??∴-= =? = 9 025656.2810 1.000276 1.0008230.03 m n n h λ-??= += += 4． ** 垂直入射的平面波通过折射率为n 的玻璃板，投射光经投射会聚到焦点上。玻 璃板的厚度沿着C 点且垂直于图面（见图11-18）的直线发生光波波长量级的突变 d ，问d 为多少时，焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。 解：无突变时焦点光强为04I ，有突变时为02I ，设',.d D 2 00'4cos 2xd I I I D πλ== ()' 104xd m m D λ? ?∴?= =+≥ ?? ? 又()1n d ?=- 114d m n λ ? ?∴= + ?-?? 5． 若光波的波长为λ，波长宽度为λ?，相应的频率和频率宽度记为ν和ν?，证明 λ λ νν ?=?，对于nm 8.632=λ的氦氖激光，波长宽度nm 8 102-?=?λ，求频 率宽度和相干长度。 解：c λν= λ ν λ ν ??∴ = 对于632.8c nm λνλ =?= 8 9 8 4 18 21010 310 1.4981063 2.8632.810 c Hz λ λ ννλ λ λ ---??????∴?= ?= ? = =??? C 图11-18
工程光学习题解答__第十一章_光的干涉和干涉系统1
2 在杨氏实验中，两小孔距离为1mm,观察屏离小孔的距离为50cm,当用一片折射率 为1.58的透明薄片贴住其中一个小孔时（见图11-17），发现屏上的条纹系统移动了0.5场面，试决定试件厚度。 解：设厚度为h ，则前后光程差为()1n h ?=- ()1x d n h D ??∴-= 23 0.510100.580.5 h --??= 21.7210h mm -=? 8用氦氖激光照明迈克尔逊干涉仪，通过望远镜看到视场内有20个暗环且后移动反射镜1M ，看到环条纹收缩，并且一一在中心消失了20环，此刻视场内只有10个暗环，试求（1）1M 移动前中心暗斑的干涉 1G 不镀膜）；（2）1M 移动后第5个暗环的角半径。 解：（1）设移动前暗斑的干涉级次为0m ，则移动后中心级次为020m - 移动前边缘暗纹级次为020m - ，对应角半径为1θ= 移动后边缘暗纹级次为030m - ，对应角半径2θ= ()1221 1020.............................1h h θθ∴=?= 又∵()1210......................22N h h h λλ?=-= = （条纹收缩，h 变小） 1220,10h h λλ== 图11-47 习题2 图
∴1022h m λ λλ+= 040.5m = （2）移动后 252cos '2h m λ θλ+= ()210cos 20.552λλθλ?+ =- 3cos 4 θ= ∴角半径541.40.72rad θ=?= 16 将一个波长稍小于nm 600的光波与一个波长为nm 600的光波在F-P 干涉上比较，当F-P 干涉仪两镜面间距改变mm 5.1时，两光波的条纹就重合一次，试求未知光波的波长。 解：设附加相位变化?，当两条纹重合时，光程差为1λ，2λ的整数倍， 2h m ?λλπ ?=+= 2h m ?λπ ∴=+ 在移动前21121212222h h m m m h λλ??λπλπλλ????-?=-=+-+= ? ????? 移动后 211212122()2()'12()h h h h m m m h h λλ??λπλπλλ????-+?+??=-+=+-+=+? ? ?? ??? 由上两式得2 12 0.1222nm h h λλλλ?=≈=?? ∴未知波长为599.88nm 22有一干涉滤光片间隔层的厚度为2×10-4mm ，折射率n=1.5，试求： （1） 正入射情况下滤光片在可见区内中心波长； （2） 透射带的波长半宽度（设高反膜的反射率R=0.9）； （3） 倾斜入射时，入射角分别为10°和30°的透射光波长。
第12章(1) 光的干涉答案
P 1.52 1.75 1.52 图中数字为各处的折射率 图16-23 λ 1.62 1.62 第十六章 光的干涉 一、选择题 【C 】1.(基础训练2)如图16-15所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e ，并且 n 1 < n 2 > n 3，则两束反射光在相遇点的相位差为 （A ） 2πn 2e /（n 1λ1） （B ）[4πn 1e / ( n 2λ1)] + π （C ） [4πn 2e / ( n 1λ1)] + π （D ）4πn 2e /( n 1λ1) 解答：[C] 根据折射率的大小关系n 1 < n 2 > n 3，判断，存在半波损失，因此光程 差2/2λδ+=e n 2，相位差πλ πδλ π ??+= = e n 422。 其中λ为光在真空中的波长，换算成介质1n 中的波长即为11λλn =，所以答案选【C 】。 【B 】2.(基础训练6）一束波长为 λ 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜的最小厚度为 （A ） λ/4 （B ） λ/(4n) （C ） λ/2 （D ） λ/(2n) 解答：[B] 干涉加强对应于明纹，又因存在半波损失，所以 光程差()()()2/221/4()/4nd k d k n Min d n λλλλ?=+=?=-?= 【B 】3.（基础训练8）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慢平移而远离平面玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹 （A ） 向右平移 （B ） 向中心收缩 （C ） 向外扩张 （D ） 静止不动 （E ） 向左平移 解答：[B] 中央条纹级次最低，随着平凸镜缓慢上移，中央条纹的级次增大即条纹向中心收缩。 【A 】4.（基础训练9）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射。若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的（）。 （A ）间隔变小，并向棱边方向平移； （B ）间隔变大，并向远离棱边方向平移； （C ）间隔不变，向棱边方向平移； （D ）间隔变小，并向远离棱边方向平移。 解答: [A] 当逆时针方向作微小转动，则劈尖角θ增大，由条纹的间距公式θ λ ?sin 2L = 可知间距变小； 又因为劈棱处干涉级次最低，而随着膜厚增加，干涉级次越来越大，所以波板转逆向转动时，条纹向棱边移动。 【D 】5.（自测提高5）在如图16-23所示的由三种透明材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直照射，在反射光中看到干涉条纹，则在接触点P 处形成的圆斑为（） （A ）全暗 （B ）全明 （C ）右半部明，左半部暗 （D ）右半部暗，左半部明 解答：[D] 对左半边而言，介质折射率1.52<1.62<1.75，没有半波损失，因此，出现明 纹；对右半边而言，介质折射率1.52<1.62>1.52，产生半波损失， 因此， 出现暗纹。 图16-22 e n 1 n 2 n 3 λ1
大学物理13章光的干涉习题答案
第13章习题答案 13—7 在双缝干涉实验中，两缝的间距为mm 5.0，照亮狭缝S 的光源是汞弧灯加上绿色滤光片。在m 5.2远处的屏幕上出现干涉条纹，测得相邻两明条纹中心的距离为mm 2。试计算入射光的波长。 解：已知条纹间距32210-==?x mm m ?，缝宽4 05510-==?d .mm m ，缝离屏的距离25=D .m Q =D x d ?λ ∴ 43751021041025 ---?==??=?d x m D .λ? 13—8用很薄的云母片（58.1=n ）覆盖在双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的零级明条纹移到原来的第七级明条纹的位置上，如果入射光波长为nm 550，试问此云母片的厚度为多少 解: 设云母片厚度为e ，则由云母片引起的光程差为 e n e ne )1(-=-=δ 按题意 λδ7= ∴ 610 106.61 58.1105500717--?=-??=-=n e λm 6.6=m μ 13—9 用包含两种波长成分的复色光做双缝实验，其中一种波长nm 5501=λ。已知双缝间距为mm 6.0，屏和缝的距离为m 2.1，求屏上1λ的第三级明条纹中心位置。已知在屏上1λ的第六级明条纹和未知波长光的第五级明条纹重合，求未知光的波长。 解：屏上1λ的三级明纹中心的位置 m 103.31055010 6.02.133933---?=????==λd D k x 依题意屏上1λ的第六级明条纹和波长为λ的第五级明条纹重合于x 处 则有 λλd D k d D k x 516== 即 λλ516k k = m 106.6105505 679156--?=??== λλk k
第十三章 3 光的干涉
3光的干涉 [学习目标] 1.知道光的干涉现象和产生干涉现象的条件，知道光是一种波.2.理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件． 一、杨氏干涉实验 1．1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有波动性． 2．双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉现象． (2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹． (3)实验结论：光是一种波． 二、决定条纹间距的条件 1．干涉条件：两波源的频率、相位和振动方向都相同． 2．出现明暗条纹的判断 (1)亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时，出现亮条纹． (2)暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，出现暗条纹． 1．判断下列说法的正误． (1)双缝干涉实验中，双缝的作用是产生两束相干光．(√) (2)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定．(×) (3)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上某点的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹．(√) (4)用两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时，从两个狭缝到屏上某点的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹．(×) 2．如图1所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m．则在这里出现的应是________(填“亮条纹”或“暗条纹”)．
图1 答案暗条纹 一、杨氏干涉实验 如图2为双缝干涉的示意图，单缝发出的单色光投射到相距很近的两条狭缝S1和S2上，狭缝就成了两个波源，发出的光向右传播，在后面的屏上观察光的干涉情况． 图2 (1)两条狭缝起什么作用？ (2)在屏上形成的光的干涉图样有什么特点？ 答案(1)光线照到两狭缝上，两狭缝成为振动情况完全相同的光源． (2)在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹． 1．杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的装置示意图 实验装置如图3所示，有光源、单缝、双缝和光屏． 图3 (2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．也可用激光直接照射双缝． (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．
大学物理第12章光的干涉测试题(附答案及知识点总结)
v1.0可编辑可修改 11 第12章习题精选 试题中相关常数： 1(im 10 m , 1nm 10 m ，可见光范围(400nm~760nn ) 1、在真空中波长为 的单色光，在折射率为n 的透明介质中从 A 沿某路径传播到 B,若A 、 B 两点相位差为3n ,则此路径 AB 的光程为： (A ) 1.5 ? (B ) 1.5 /n ? (C 1.5n ? (D ) 3 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①与② 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: 2.5，则屏上原来的明纹处： (B )变为暗条纹. (D )无法确定是明纹，还是暗纹. 单色光 I M 11空气 2、在相同的时间内，一束波长为 (A) 传播路程相等，走过光程相等. (C )传播路程不相等，走过光程相等. 的单色光在空气中与在玻璃中: (B) 传播路程相等，走过光程不相等. (D )传播路程不相等，走过光程不相等. 3、如图所示，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和匕,已知n 1 n 2匕.若用波长为 的单 的光程差是： (A ) 2n ?e . (B ) 2n 2e /2 . (C ) 2n 2e (D ) 2n 2e /(2nJ . (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，入射光的波长为 [: ，用玻璃纸遮住双缝中的一个缝，若玻璃纸中 光程比相同厚度的空气的光程大 (A )仍为明条纹. (C )既非明纹也非暗纹.
高中物理 第十三章 光 第3节 光的干涉课下作业 新人教版选修34
第3节光的干涉 1．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是( ) A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹 D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生 解析：在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确。光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误。两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便，故选项D错误。 答案：B 2．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( ) A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同 B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同 D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同 解析：各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹，故A正确。 答案：A 3.煤矿中的瓦斯危害极大，容易发生瓦斯爆炸事故，造成矿工伤亡。 某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于 是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图1所示：在双缝 前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，图1 在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体( ) A．一定含瓦斯B．一定不含瓦斯 C．不一定含瓦斯D．无法判断 解析：如果屏的正中央O变为暗纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以B 中气体一定含瓦斯，A正确。 答案：A
项目工程光学-郁道银-第12章光的干涉课后习题集规范标准答案
1λ第十二章 习题及答案 １。双缝间距为１mm ，离观察屏１m ，用钠灯做光源，它发出两种波长的单色光 =589.0nm 和2λ=589.6nm ，问两种单色光的第10级这条纹之间的间距是多少？ 解：由杨氏双缝干涉公式，亮条纹时： d D m λα= （m=0, ±1, ±2···） m=10时， nm x 89.51 1000105891061=???=-， nm x 896.511000106.5891062=???=- m x x x μ612=-=? ２。在杨氏实验中，两小孔距离为1mm ，观察屏离小孔的距离为50cm ，当用一 片折射率 1.58的透明薄片帖住其中一个小孔时发现屏上的条纹系统移动了0.5cm ，试决定试件厚度。 2 1r r l n =+??2 2212? ?? ???-+=x d D r 2 2222? ? ? ???++=x d D r x d x d x d r r r r ??=?? ? ???--??? ???+= +-222))((2 2 1212mm r r d x r r 22112105005 12-=?≈+??= -∴ , mm l mm l 2 210724.110)158.1(--?=?∴=?- 3.一个长30mm 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２５个条纹，已知照明光波波长λ=656.28nm,空气折射率为000276 .10=n 。 试求注入气室内气体的折射率。 0008229.10005469.0000276.130 1028.6562525)(6 00=+=??= -=-?-n n n n n l λ
第13章 光的干涉习题答案
思 考 题 13-1.单色光从空气射入水中，则（ ） （A ）频率、波长和波速都将变小 （B ）频率不变、波长和波速都变大 （C ）频率不变，波长波速都变小 （D ）频率、波长和波速都不变 答：频率ν不变，n λλ = ，v c n = ，而水空气n n <，故选（C ） 13-2.如图所示，波长为λ的单色平行光垂直入射到折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜上，薄膜上下两边透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1
答：由条纹间距公式a f x λ 2= ?，可知选（B ）。 13-5.在杨氏双缝实验中，如以过双缝中点垂直的直线为轴，将缝转过一个角度α，转动方向如图所示，则在屏幕上干涉的中央明纹将( ) (A)向上移动 (B)向下移动 (C)不动 (D)消失 答：中央明纹出现的位置是光通过双缝后到屏幕上光程差为0的地方，故选（A ） 13-6.在双缝干涉实验中，入射光的波长为λ，用玻璃纸遮住双缝中的一条缝，若玻璃纸中的光程比相同厚度的空气的光程大，则屏上原来的明纹处（ ） (A) 仍为明条纹 (B) 变为暗条纹 (C) 既非明条纹，也非暗条纹 (D) 无法确定是明条纹还是暗条纹 答：明条纹和暗条纹光程差 2 λ ，故选(B)。 13-7.用波长为λ的单色光垂直照射折射率为n 的劈尖上表面。当水平坐标为x 时，该劈尖的厚度bx e e +=0,e 0和b 均为常数，则劈尖表面所呈现的干涉条纹的间距应是( )。 (A) nb 2λ (B) b n 2λ (C)n 2λ (D)b λ2 答：条纹间距为θ λ ?sin 2n l = ，b tg =≈θθsin ，故选（A ） 13-8.两块平板玻璃构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射。若上面的平板玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的( ) (A)间隔变小，并向棱边方向平移 (B)间隔变大，并向远离棱边方向平移 (C)间隔不变，向棱边方向平移 (D)间隔变小，并向远离棱边方向平移 答：由2 λ θ= l ， 增大，条纹间隔l 变小，并向棱边方向平移。选（A ）。 13-9.波长为的单色光垂直照射折射率为n 2的劈尖薄膜（如图）,图中各部分折射率的关系是n 1< n 2 第11章 《光的干涉》补充习题解答 1．某单色光从空气射入水中，其频率、波速、波长是否变化?怎样变化? 解: υ不变，为波源的振动频率；n n 空 λλ= 变小；υλn u =变小． 2．什么是光程? 在不同的均匀介质中，若单色光通过的光程相等时，其几何路程是否相同?其所需时间是否相同？在光程差与相位差的关系式2π ?δλ ?=中，光波的波长要用真空中波 长，为什么？ 解:nr δ=．不同媒质若光程相等，则其几何路程定不相同；其所需时间相同，为t C δ ?= ． 因为δ中已经将光在介质中的路程折算为光在真空中所走的路程。 3．在杨氏双缝实验中，作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化？试说明理由。 (1)使两缝之间的距离变小； (2)保持双缝间距不变，使双缝与屏幕间的距离变小； (3)整个装置的结构不变，全部浸入水中； (4)光源作平行于1S 、2S 连线方向的上下微小移动； (5)用一块透明的薄云母片盖住下面的一条缝。 解: 由λd D x = ?知，(1)条纹变疏；(2)条纹变密；(3)条纹变密；(4)零级明纹在屏幕上作相反方向的上下移动；(5)零级明纹向下移动． 4．在空气劈尖中，充入折射率为n 的某种液体，干涉条纹将如何变化？ 解：干涉条纹将向劈尖棱边方向移动，并且条纹间距变小。 5．当将牛顿环装置中的平凸透镜向上移动时，干涉图样有何变化？ 解：透镜向上移动时，因相应条纹的膜厚k e 位置向中心移动，故条纹向中心收缩。 6．杨氏双缝干涉实验中，双缝中心距离为0.60mm ，紧靠双缝的凸透镜焦距为2.5m ，焦平面处有一观察屏。 （1）用单色光垂直照射双缝，测得屏上条纹间距为2.3mm ，求入射光波长。 （2）当用波长为480nm 和600nm 的两种光时，它们的第三级明纹相距多远？ 解：（1）由条纹间距公式λd D x = ?，得 332.3100.6105522.5 x d nm D λ--?????=== （2）由明纹公式D x k d λ=，得 9 2132.5()3(600480)10 1.50.610 D x k mm d λλ--?=-=??-?=? 7．在杨氏双缝实验中，双缝间距d =0.20mm ，缝屏间距D ＝1.0m 。 预习导航 1．知道光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中了解光是一种波。 2．理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因。 3．了解相干光源，掌握产生干涉的条件。 干涉是波特有的现象，光既然是波，也有波动，也应该能够产生干涉现象，为什么光的干涉实验直到1801年才做成功？ 提示：机械波的干涉实验很容易做成，但光的干涉实验直到1801年才由托马斯·杨做成功，这是因为光波的波长很短，要得到满足相干条件的两个独立的光源是非常困难的。 1．杨氏双峰干涉实验 (1)史实：1801年，英国物理学家________成功地观察到了光的干涉现象。 (2)实验过程：让一束____的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两条狭缝相距很____。如果光是一种波，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的。两波源发出的光在挡板后面的空间互相____，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互____，在另一些位置相互____。 (3)实验现象：在屏上得到________的条纹。 (4)实验结论：证明光是一种____。 (5)现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的________时(即恰好等于波长的______时)，两列光在这点相互加强，这里出现______；当两个光源与屏上某点的距离之差等于________时，两列光在这一点________，这里出现暗条纹。 2．决定条纹间距的条件 (1)相干光源：如果两个光源发出的光能够产生干涉，这样的两个光源叫做________。激光器发出的光就是相干光源。 (2)干涉条件：两列光的________相同，振动方向相同，________恒定。 思考：两盏普通白炽灯发出的光相遇时，我们为什么观察不到干涉条纹？ 答案：1．(1)托马斯·杨(2)平行近叠加加强削弱 (3)明暗相间(4)波(5)偶数倍整数倍亮条纹半波长的奇数倍相互削弱 2．(1)相干光源(2)频率相位差 偏振光干涉中o 光和e 光的相位 以课件上的问题为例： 设单色平面光波沿z 方向传播，即k //z ： 1. 在偏振片P 1之后，晶片C 之前的光场是： )2cos(11z t e A E P λ πω?=r r 现在事先把它分解为o 光和e 光： )2cos( )()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A z t e e e A E P P λ πωλπω??+??=r r r r r r r （1） 这里1P e r 是沿偏振片P 1的偏振方向的单位矢量，o e r 和e e r 是o 光和e 光偏振方向的单位矢量，。上图表示出了所有的单位矢量，它们都在x －y 平面内。原则上讲，这些单位矢量的方向是可任意规定的，影响的只是它们之间点积的正负，但为了保证现在的o 光和e 光没有相位差，即cos 函数内不出现π（如果o e r 沿图中的反方向定义， 就会引起这个π），则o e r 、e e r 与1P e r 应保持上图所示关系。在上图的规定中，αcos )(1e =?P e e r r ，αsin )(1o =?P e e r r 。 2. 在晶片C 之后，偏振片P 2之前的光场是： )2cos()()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A z t e e e A E P P λ πωδλπω??++??=r r r r r r r （2） 与（1）式不同的是，（2）式中的o 光和e 光有了相位差δ，这是由晶片引起的。这时一般 y z k x 合成为椭圆偏振光。 3. 在偏振片P 2之后的光场是（对o 光和e 光，只有沿P 2方向的分量可通过）： ) 2cos())(()2cos())((212212e e 1o o 1z t e e e e e A z t e e e e e A E P P P P P P λπωδλπω???++???=r r r r r r r r r r r 这时的情况是：振动都沿同方向－2P e r 方向的、相差恒定的两个波叠加，故可产生干涉。 具体分析相位，除了由晶片引起的δ，还存在可能由光矢量分解引起的π，表现在)(2o P e e r r ?和)(2e P e e r r ?差负号。在上面的情形中，的确引入了π的相位差。 第3节 光_的_干 _涉 一、杨氏干涉实验 1．物理史实 1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性。 2．双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉。 (2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 (3)实验结论：证明光是一种波。 二、光发生干涉的条件 1．干涉条件 两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 2．相干光源 发出的光能够产生干涉的两个光源。 3．一般情况下很难观察到光的干涉现象的原因 由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象。 1.英国物理学家托马斯·杨于1801年成功地观察到了光的干涉现象。 2．双缝干涉图样：单色光——明暗相间的条纹。 3．干涉条件：两列光的频率相同，振动方向相同，相位差恒定。 4．出现明纹与暗纹的条件：两光源到屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时出现亮条纹，奇数倍时出现暗条纹。 1．自主思考——判一判 (1)直接用强光照射双缝，发生干涉。(×) (2)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。(×) (3)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。(√) (4)在双缝干涉实验中单缝屏的作用是为了获得一个线光源。(√) (5)双缝干涉实验证明光是一种波。(√) 2．合作探究——议一议 (1)两只手电筒射出的光束在空间相遇，能否观察到光的干涉现象？ 提示：不能。两只手电筒射出的光束在空间相遇，不满足光发生干涉的条件，不能观察到光的干涉现象。 (2)在双缝干涉实验中，如果入射光用白光，在两条狭缝上，一个用红色滤光片(只允许通过红光)遮挡，一个用绿色滤光片(只允许通过绿光)遮挡。试想：屏上还有干涉条纹吗？ 提示：屏上不会出现干涉条纹，因为双缝用红、绿滤光片遮挡后，透过的两束光频率不相等，就不是相干光源了，不会再发生干涉。 对杨氏双缝干涉实验的理解 1．双缝干涉的装置示意图 实验装置如图13-3-1所示，有光源、单缝、双缝和光屏。 图13-3-1 2．单缝屏的作用 获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。 3．双缝屏的作用 平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。 第十一章 光的干涉 一、选择题 从一狭缝透出的单色光经过两个平行狭缝而照射到120cm 远的幕上，若此两狭缝相距为0.20mm ，幕上所产生干涉条纹中两相邻亮线间距离为3.60mm ，则此单色光的波长以mm 为单位，其数值为[ ] (A) 41050.5-? (B) 41000.6-? (C) 41020.6-? (D) 41085.4-? 用波长为650nm 之红色光作杨氏双缝干涉实验，已知狭缝相距410-m ，从屏幕上量得相邻亮条纹间距为1cm ，如狭缝到屏幕间距以m 为单位，则其大小为[ ] (A) 2 (B) (C) (D) 用白色光源进行双缝实验，若用一个纯红色的滤光片盖住一个缝，用一纯兰色的滤光片盖住另一个缝，则[ ] (A) 产生红色和兰色两套彩色干涉条纹 (B) 干涉条纹宽度发生变化 (C)干涉条纹亮度发生变化 (D)不产生干涉条纹 波长λ为4106-?mm 单色光垂直地照到尖角α很小、折射率n 为的玻璃尖劈上。在长度l 为1cm 内可观察到10条干涉条纹，则玻璃尖劈的尖角α为[ ] (A) 24'' (B) 4.42'' (C) 3.40'' (D) 2.41'' 当牛顿环装置中的透镜与玻璃之间充以液体时，则第十个亮环的直径由1.40cm 变为1.27cm ，故这种液体的折射率为( ) (A) (B) (C) (D) 借助于玻璃表面上所涂的折射率为n=的2MgF 透明薄膜，可以减少折射率为60.1='n 的玻璃表面的反射，若波长为50000 A 的单色光垂直入射时，为了实现最小的反射，问此透明薄膜的厚度至少为多少0 A ( ) (A) 50 (B) 300 (C) 906 (D)2500 二、填空题 在杨氏双缝实验中，如果用厚度为L ，折射率分别为n 1和n 2 ( n 1＜n 2）的薄玻璃片 第12章 光的干涉习题 【12-1】 某单色光从空气射入水中，其频率、波速、波长是否变化?怎样变化? 【解】 ν为波源的振动频率，不变；/n n λλ=空变小；n u λν=变小． 【12-2】在杨氏双缝实验中，作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化?试说明理由． (1)使两缝之间的距离变小； (2)保持双缝间距不变，使双缝与屏幕间的距离变小； (3)整个装置的结构不变，全部浸入水中； (4)光源作平行于1S ，2S 联线方向上下微小移动； (5)用一块透明的薄云母片盖住下面的一条缝． 【解】由λd D x = ?知，(1)条纹变疏；(2)条纹变密；(3)条纹变密；(4)零级明纹 在屏幕上作相反方向的上下移动；(5)零级明纹向下移动． 【12-3】 什么是光程? 在不同的均匀媒质中，若单色光通过的光程相等时，其几何路程是否相同?其所需时间是否相同?在光程差与位相差的关系式 ?λ π ??2= 中,光波的波长要用真空中波长,为什么? 【解】nr =?．不同媒质若光程相等，则其几何路程定不相同；其所需时间相同，为/t c ?=?．因为?中已经将光在介质中的路程折算为光在真空中所走的路程。 【12-4】如题12-4图所示，A ，B 两块平板玻璃构成空气劈尖，分析在下列情况中劈尖干涉条纹将如何变化? (1) A 沿垂直于B 的方向向上平移［见图(a)］； (2) A 绕棱边逆时针转动［见图(b)］． 题12-4图 【解】 (1)由l 2λ θ= ，2 λ k e k =知，各级条纹向棱边方向移动，条纹间距不变； (2)各级条纹向棱边方向移动，且条纹变密． 【12-5】用劈尖干涉来检测工件表面的平整度，当波长为λ的单色光垂直入射时,观察到的干涉条纹如题12-5图所示，每一条纹的弯曲部分的顶点恰与左邻的直线部分的连线相切．试说明工件缺陷是凸还是凹?并估算该缺陷的程度． 第十一章 光的干涉和干涉系统 1． 双缝间距为1mm,离观察屏1m,用钠光灯做光源，它发出两种波长的单色光 nm 0.5891=λ和nm 6.5892=λ，问两种单色光的第十级亮条纹之间的间距是多少 解：由题知两种波长光的条纹间距分别为 96113 1589105891010D e m d λ---??===? 9 6223 1589.610589.61010 D e m d λ---??===? ∴第十级亮纹间距()()6 5 211010589.6589100.610e e m -?=-=?-?=? 2． 在杨氏实验中，两小孔距离为1mm,观察屏离小孔的距离为50cm,当用一片折射率为的透明薄片贴住其中一个小孔时（见图11-17），发现屏上的条纹系统移动了场面，试决定试件厚度。 解：设厚度为h ，则前后光程差为()1n h ?=- ()1x d n h D ??∴-= 23 0.510100.580.5 h --??= 2 1.7210h mm -=? 3． 一个长30mm 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25 个条纹，已知照明光波波长nm 28.656=λ，空气折射率000276.10=n 。试求注入气室内气体的折射率。 解：设气体折射率为n ，则光程差改变()0n n h ?=- 图11-47 习题2 图 ()02525x d d n n h e D D λ??∴-= =?= 9 025656.2810 1.000276 1.0008230.03 m n n h λ-??=+=+= 4． ** 垂直入射的平面波通过折射率为n 的玻璃板，投射光经投射会聚到焦点上。玻 璃板的厚度沿着C 点且垂直于图面（见图11-18）的直线发生光波波长量级的突变d ，问d 为多少时，焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。 解：无突变时焦点光强为04I ，有突变时为02I ，设',.d D 2 00' 4cos 2xd I I I D πλ== ()'104xd m m D λ?? ∴?= =+≥ ??? 又()1n d ?=-Q 114d m n λ? ? ∴= + ?-?? 5． 若光波的波长为λ，波长宽度为λ?，相应的频率和频率宽度记为ν和ν?，证明 λ λ ν ν ?= ?，对于nm 8.632=λ的氦氖激光，波长宽度nm 8 102-?=?λ，求频 率宽度和相干长度。 解：c λν=Q λ ν λ ν ??∴ = 对于632.8c nm λνλ =?= 898 41821010310 1.49810632.8632.810 c Hz λ λννλλλ---??????∴?=?=?==??? C 图11-18 大学物理13章光的干涉习题答案 精品资料 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2 第13章习题答案 13—7 在双缝干涉实验中，两缝的间距为mm 5.0，照亮狭缝S 的光源是汞弧灯加上绿色滤光片。在m 5.2远处的屏幕上出现干涉条纹，测得相邻两明条纹中心的距离为mm 2。试计算入射光的波长。 解：已知条纹间距32210-==?x mm m ?，缝宽4 05510-==?d .mm m ，缝离屏的距离25=D .m =D x d ?λ ∴ 43751021041025 ---?==??=?d x m D .λ? 13—8用很薄的云母片（58.1=n ）覆盖在双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的零级明条纹移到原来的第七级明条纹的位置上，如果入射光波长为nm 550，试问此云母片的厚度为多少？ 解: 设云母片厚度为e ，则由云母片引起的光程差为 e n e ne )1(-=-=δ 按题意 λδ7= ∴ 610 106.61 58.1105500717--?=-??=-=n e λm 6.6=m μ 13—9 用包含两种波长成分的复色光做双缝实验，其中一种波长nm 5501=λ。已知双缝间距为mm 6.0，屏和缝的距离为m 2.1，求屏上1λ的第三级明条纹中心位置。已知在屏上1λ的第六级明条纹和未知波长光的第五级明条纹重合，求未知光的波长。 解：屏上1λ的三级明纹中心的位置 m 103.31055010 6.02.133933---?=????==λd D k x 依题意屏上1λ的第六级明条纹和波长为λ的第五级明条纹重合于x 处 则有 λλd D k d D k x 516== 即 λλ516k k = m 106.6105505 679156--?=??==λλk k 13—10平板玻璃（5.1=n ）表面上的一层水（33.1=n ）薄膜被垂直入射的光束照射，光束中的光波波长可变。当波长连续变化时，反射强度从nm 500=λ时的最小变到nm 750=λ时的同级最大，求膜的厚度。 习题13-10图第11章《光的干涉》补充习题解答
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