大学物理课件光学习题课
大学物理第十四章波动光学课后习题答案及复习内容
第十四章波动光学一、基本要求1. 掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。
2. 理解获得相干光的方法，能分析确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置，了解迈克尔逊干涉仪的工作原理。
3. 了解惠更斯-菲涅耳原理; 掌握用半波带法分析单缝夫琅和费衍射条纹的产生及其明暗纹位置的计算，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。
4. 掌握光栅衍射公式。
会确定光栅衍射谱线的位置。
会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。
5. 了解自然光和线偏振光。
理解布儒斯特定律和马吕斯定律。
理解线偏振光的获得方法和检验方法。
6. 了解双折射现象。
二、基本内容1. 相干光及其获得方法只有两列光波的振动频率相同、振动方向相同、振动相位差恒定时才会发生干涉加强或减弱的现象，满足上述三个条件的两束光称为相干光。
相应的光源称为相干光源。
获得相干光的基本方法有两种：（1）分波振面法（如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅耳双面镜和菲涅耳双棱镜等）；（2）分振幅法（如薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环干涉和迈克耳逊干涉仪等）。
2. 光程和光程差（1）光程把光在折射率为n的媒质中通过的几何路程r折合成光在真空x中传播的几何路程x，称x为光程。
nr（2）光程差在处处采用了光程概念以后就可以把由相位差决定的干涉加强，减弱等情况用光程差来表示，为计算带来方便。
即当两光源的振动相位相同时，两列光波在相遇点引起的振动的位相差πλδϕ2⨯=∆ （其中λ为真空中波长，δ为两列光波光程差） 3. 半波损失光由光疏媒质（即折射率相对小的媒质）射到光密媒质发生反射时，反射光的相位较之入射光的相位发生了π的突变，这一变化导致了反射光的光程在反射过程中附加了半个波长，通常称为“半波损失”。
4. 杨氏双缝干涉经杨氏双缝的两束相干光在某点产生干涉时有两种极端情况：（1）位相差为0或2π的整数倍，合成振动最强；（2）位相差π的奇数倍，合成振动最弱或为0。
其对应的光程差()⎪⎩⎪⎨⎧-±±=212λλδk k ()()最弱最强 ,2,1,2,1,0==k k 杨氏的双缝干涉明、暗条纹中心位置：dD k x λ±= ),2,1,0( =k 亮条纹 d D k x 2)12(λ-±= ),2,1( =k 暗条纹 相邻明纹或相邻暗纹间距:λd D x =∆ （D 是双缝到屏的距离，d 为双缝间距） 5. 薄膜干涉以21n n <为例，此时反射光要计“半波损失”， 透射光不计“半波损失”。
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01大学物理概述与回顾Chapter01掌握物理学基本概念、原理和定律，理解物质的基本结构和基本相互作用。
020304培养科学思维能力和分析解决实际问题的能力。
了解物理学在科学技术发展中的应用和对社会发展的影响。
养成良好的学习习惯和严谨的科学态度。
大学物理课程目标与要求01020304牛顿运动定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
力学热力学第一定律、热力学第二定律、气体动理论等。
热学库仑定律、电场强度、电势差、磁场强度等。
电磁学光的干涉、衍射、偏振等基本概念和原理。
光学上学期知识点回顾01020304振动与波动量子力学基础电磁波的辐射与传播固体物理基础本学期学习内容预览010204学习方法与建议认真听课，做好笔记，及时复习巩固所学知识。
多做习题，加深对物理概念和原理的理解。
积极参加课堂讨论和实验活动，提高分析问题和解决问题的能力。
拓展阅读相关物理书籍和文献，了解物理学前沿动态。
0302电磁学基础Chapter静电场的定义与性质库仑定律电场强度与电势高斯定理静电场及其性质恒定电流与电路分析电流的定义与分类欧姆定律基尔霍夫定律电阻、电容和电感磁场与磁感应强度磁场的定义与性质磁感应强度的定义与计算磁场的高斯定理与安培环路定律磁场对运动电荷的作用力电磁感应定律及应用电磁感应现象与法拉第电磁感应定律描述磁场变化时产生感应电动势的规律。
楞次定律与自感、互感现象描述感应电流的方向以及自感、互感现象中感应电动势的大小和方向。
磁场的能量与磁场力做功描述磁场中储存的能量以及磁场力对电流做功的过程。
电磁感应在日常生活和科技中的应用如交流电的产生、电动机和发电机的原理、电磁炉和微波炉的工作原理等。
03振动与波动Chapter物体在平衡位置附近做周期性的往返运动，称为简谐振动。
简谐振动的定义特征量简谐振动的运动学方程简谐振动的动力学特征振幅、周期（或频率）、相位。
描述简谐振动物体位移随时间变化的规律。
满足F=-kx的回复力特征。
《大学物理》习题册题目及答案第单元波动光学副本
第18单元 波动光学（一）学号 姓名 专业、班级 课程班序号一 选择题[ A ]1. 如图所示，折射率为2n 、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质折射率分别为1n 和3n ，已知321n n n <<。
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①与②的光程差是(A) 22n e (B) 2e n 2λ-21(C) 22n e λ- (D) 22n e 22n λ-[ A ]2. 双缝干涉的实验中，两缝间距为d ，双缝与屏幕之间的距离为D （D >>d ），单色光波长为λ，屏幕上相邻的明条纹之间的距离为 (A)dD λ (B) D d λ (C) d D 2λ (D) D d2λ[ B ]3. 如图，1S 、2S 是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为 1r 和2r 。
路径1S P 垂直穿过一块厚度为1t 、折射率为1n 的介质板，路径P S 2垂直穿过厚度为2t 、折射率为2n 的另一块介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的光程差等于 (A) )()(111222t n r t n r +-+(B) ])1([])1([111222t n r t n r -+--+ (C) )()(111222t n r t n r ---(D) 1122t n t n -[ C ]4. 如图所示，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321n n n ><, 1λ 为入射光在折射率为n 1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为(A) 1122λπn e n (B) πλπ+1212n en (C) πλπ+1124n e n (D) 1124λπn en 。
[ B ]5. 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[ D ]6. 在迈克尔逊干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长?，则薄膜的厚度是 (A) 2λ (B) n 2λ (C) nλ(D) )1(2-n λ二 填空题1λe1n 2n 3单色光O.λe1n 2n 3①②S 1 S 21r 2r 1n 2n 1t 2tP1. 如图所示，两缝 1s 和 2s 之间的距离为d ，媒质的折射率为n =1，平行单色光斜入射到双缝上，入射角为θ，则屏幕上P 处，两相干光的光程差为21sin r r d θ--。
《大学物理》(下2010.12.9)习题课
第11章光的量子效应及光子理论一、 选择题1. 金属的光电效应的红限依赖于: 【 C 】(A)入射光的频率； (B)入射光的强度；(C)金属的逸出功； (D)入射光的频率和金属的逸出功。
2. 已知某单色光照射到一金属表面产生了光电效应，若此金属的逸出电势是U 0（使电子从金属逸出需做功eU 0），则此单色光的波长λ必须满足： 【 A 】hceU )D (;hceU )C (;eU hc )B (;eU hc)A (0≥≤≥≤λλλλ 3. 关于光电效应有下列说法：(1) 任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生光电效应；(2) 对同一金属如有光电子产生，则入射光的频率不同，光电子的初动能不同； (3) 对同一金属由于入射光的波长不同，单位时间内产生的光电子的数目不同； (4) 对同一金属，若入射光频率不变而强度增加一倍，则饱和光电流也增加一倍。
其中正确的是： 【 D 】(A) (1)，(2)，(3)； (B) (2)，(3)，(4)； (C) (2)，(3)； (D)(2)，(4)二、填空题1. 当波长为300 nm 光照射在某金属表面时，光电子的能量范围从0到.J 100.419-⨯在作上述光电效应实验时遏止电压为V 5.2U a =；此金属的红限频率Hz 104140⨯=ν。
2. 频率为100MHz 的一个光子的能量是J 1063.626-⨯，动量的大小是s N 1021.234⋅⨯-。
3. 如果入射光的波长从400nm 变到300nm ，则从表面发射的光电子的遏止电势增大（增大、减小）V 03.1U =∆。
4. 某一波长的X 光经物质散射后，其散射光中包含波长大于X 光和波长等于X 光的两种成分，其中大于X 光波长的散射成分称为康普顿散射。
三、计算题1. 已知钾的红限波长为558 nm ，求它的逸出功。
如果用波长为400 nm 的入射光照射，试求光电子的最大动能和遏止电压。
由光电方程2m mv 21A h +=ν，逸出功0h A ν=，0chA λ=，eV 23.2A =用波长为400nm 的入射光照射，光电子的最大动能：A h mv 212m -=ν A chE km -=λ，将nm 400=λ和eV 23.2A =代入得到：eV 88.0E km =遏止电压：a 2m eU mv 21=，2m a mv e21U =，V 88.0U a = 2. 从铝中移出一个电子需要4.2 eV 的能量，今有波长为200 nm 的光投射至铝表面。
大学物理习题课2(1)
解： 两个载同向电流的长直导线在
I
I
b
如图坐标x处所产生的磁场为: B 0 (1 1 ) 2 x x r1 r2
r2
a
r1
O
x
选顺时针方向为线框回路正方向，则:
BdS
0
Ia
r1 b
(
d
x
r1 b
dx
)
2 r1 x
r1 x r1 r2
0 Ia ln( r1 b r2 b )
(C) 只适用于一个匝数很多，且密绕的螺绕环．
√ (D) 适用于自感系数Ｌ一定的任意线圈．
6 、两个质点各自作简谐振动，它们的振幅相同、周期相同．第
一个质点的振动方程为x1 = Acos(ωt + a)．当第一个质
点从相对于其平衡位置的正位移处回到平衡位置时，第二个质
点正在最大正位移处．则第二个质点的振动方程为
之间的夹角．
16 （本题4分）如果从一池静水(n＝1.33)的表面反射出
来的太阳光是线偏振的，那么太阳的仰角(见图)大致
等于______3_7_°________在这反射光中的矢量的
方向应_____垂_直__于_入__射_面________．
阳光
三、计算题:
17 （本题10分）AA‘和CC’为两个正交地放
初相一样为π/2。
合振动方程： y Acos(2t 1 )
2
(2) x =λl /4处质点的速度：
v d y /dt 2Asin(2t 1 )
2
2Acos(2t )
20 （本题10分）用波长为500 nm (1 nm=10-9 m)的单色光 垂直照射到由两块光学平玻璃构成的空气劈形膜上．在观察反 射光的干涉现象中，距劈形膜棱边l = 1.56 cm的A处是从棱 边算起的第四条暗条纹中心． (1) 求此空气劈形膜的劈尖角q； (2) 改用600 nm的单色光垂直照射到此劈尖上仍观察反射光 的干涉条纹，A处是明条纹还是暗条纹？ (3) 在第(2)问的情形从棱边到A处的范围内共有几条明纹？ 几条暗纹？
《大学物理》教学全套课件
物质的电磁性质
物质的导电性
阐述金属、半导体和绝缘体的导电机制及特点。
物质的介电性
介绍电介质的极化现象，以及介电常数和介电 损耗的概念。
物质的磁性
分析物质的抗磁性、顺磁性和铁磁性的产生机理及特点，并讨论磁性材料的应 用。
05
光学基础
几何光学基础
光的直线传播 光在同种均匀介质中沿直线传播，形 成影和像。
02
力学基础
质点运动学
质点的基本概念
定义、特点、适用条件
速度与加速度
定义、物理意义、计算方法及关系
位置矢量与位移
定义、物理意义、计算方法
运动学方程
建立方法、求解及应用
牛顿运动定律
牛顿第一定律
内容、意义及应用
牛顿第二定律
内容、表达式、意义及应用
牛顿第三定律
内容、表达式、意义及应用
牛顿运动定律的应用
重力势能、弹性势能等的计算方法
03
热学基础
温度与热量
1 2
温度的定义和测量 温度是物体热度的量度，通常使用温度计进行测 量。温度的SI单位是开尔文（K）。
热量的定义和性质 热量是物体之间由于温度差异而进行的能量转移。 热量总是从高温物体流向低温物体。
3
热力学第零定律 如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那 么这两个系统之间也将达到热平衡。
课程内容
本课程涵盖力学、热学、电磁学、 光学和近代物理等多个领域，通 过系统的理论学习和实验训练， 使学生掌握物理学的基本知识和 实验技能。
课程地位
《大学物理》为后续专业课程的 学习打下坚实的物理基础，对于 提高学生的科学素质和创新能力 具有重要意义。
教学目标与要求
知识目标
15级大学物理A2复习提纲(电磁学光学)课件
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20XX级大学物理A2复习提纲第五章静电场1、点电荷的库仑定律；2、高斯定理求解球形带电体的场强、电势分布；（例题5-5;5-6;习题5-23;5-25）3、场强和电势的关系；4、静电场中金属导体的特点；例1.一带电体可作为点电荷处理的条件是【c】(A)电荷必须呈球形分布(b)带电体的线度很小(c)带电体的线度与其它有关长度相比可忽略不计(D)电量很小??例 2.静电场中，任意作一闭合曲面，通过该闭合曲面的电通量?se?ds的值仅取决于高斯面内电荷的代数和，而与高斯面外电荷无关。
??例3．电场的环流定理?e?dl?0，说明了静电场的哪些性质【D】(A)静电场的电力线不是闭合曲线(b)静电力是非保守力(c)静电场是有源场(D)静电场是保守场例4．一个中性空腔导体，腔内有一个带正电的带电体，当另一中性导体接近空腔导体时，腔内各点的场强【b】.(A)升高(b)不变(c)降低(D)不能确定例5．导体壳内有点电荷q1，壳外有点电荷q2，导体壳不接地。
当q2的电量变化时，下列关于壳内任一点的电位、任二点的电位差的说法中正确的是【A】(A)电位改变，电位差不变(b)电位不变，电位差改变(c)电位和电位差都不变(D)电位和电位差都改变例6.在静电场中，有关静电场的电场强度与电势之间的关系，下列说法中正确的是【c】(A)场强大的地方电势一定高；(b)场强相等的各点电势一定相等；(c)场强为零的点电势不一定为零；(D)场强为零的点电势必定是零。
例7.如果对某一闭合曲面的电通量为??se?ds?0，以下说法正确的是【D】(A)s面上的e必定为零(b)s面内的电荷必定为零1(c)空间电荷的代数和为零(D)s面内电荷的代数和为零例8．电场强度与试验电荷无关，只与场点的位置有关。
大学物理讲义(第13章波动光学)第十二节
§13.13 双折射现象与光的偏振一、晶体的双折射现象1669年荷兰人巴托莱纳(E.Bartholinus)无意将一块很大的方解石(又称冰洲石,化学成分是()放在书上,他惊奇地发现,书上每一个字都变成了两个字.他将此现象记载下来.十年后,惠更斯研究了这一现象,他认为一个字有两个像,表明一束光通过方解石后变成了两束光.一束光在各向异性介质中折射成两束光的现象,称为双折射现象.双折射现象的出现是由于晶体的各向异性.具体来说,在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速度.具有这种性质的晶体,称为双折射晶体.我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s,在任意瞬间光波的波面总是球面.而在均匀的双折射晶体中,点光源s 发出的光波波面却有两组,一组是球面,另一组是旋转椭球面.如图13.41所示.这两组波面在某一方向上彼此相切,如图中QQ'的方向,这个方向称为晶体的光轴.在一般情况下,当平行自然光垂直入射到晶体的表面时,根据惠更斯原理,被照射的晶体表面上各点都是发射子波的波源,而子波的波面有球面和椭球面两种,所以子波波面的包络面也应有两种,即球面的包络面和椭球面的包络面.于是折射光将分成两束,如图13.42(a)所示.由球面的包络面形成的折射光,称为寻常光,用o 表示;由椭球面的包络面形成的折射光,称为非常光,用e 表示.寻常光o 是遵从折射定律的,而非常光e 不遵从折射定律.如果晶体表面的法线恰好与光轴重合,使垂直入射的自然光正好沿光轴方向,这时两种波面的包络面相重合,o 光和e 光相重合,即不发生双折射现象,如图13.42(b)所示.实验表明,当自然光射入双折射晶体时,两束折射光o 和e 都是线偏振光.在图13.42的情况下,o 光和e 光的振动方向互相垂直.所以,如果能将寻常光与非常光分开,那么就可以利用双折射晶体由自然光获得线偏振光.光波面光波面)(a)(b射现象惠更斯做图法解释双折图4213.光的波面光和图e o 4113.二、尼科耳棱镜虽然利用晶体的双折射可以从自然光获得o 光和e 光两种线偏振光,但两束光的分开程度决定于晶体厚度.纯净晶体的厚度一般较小,所以两束光靠得很近,使用不方便.通常采用的一种方法是使o 光或e 光经过全反射而偏转到一侧,另一束则无偏折地由晶体出射.历史上最著名的尼科耳棱镜就是利用这个道理获得线偏振光的.图13.43表示了一个尼科耳棱镜的示意图.它是由两块方解石直角棱镜(图中ABD 和ACD)用加拿大胶粘合而成的.光轴QQ'与端面成48o 角.当自然光沿平行于棱AC 的方向入射到端面AB 后,折射成两束,即寻常光o 和非常光e,o 光的振动方向与截面ABCD 垂直,e 光的振动方向与截面ABCD 平行.对于寻常光,方解石的折射率1.658,加拿大胶的折射率为1.550,因此o 光在方解石与加拿大胶的界面上发生全反射(入射角为76o,全反射的临界角为69o ).对于非常光e,在此入射方向上方解石的折射率1.516,加拿大胶的折射率仍为 1.550,不会发生全反射,而进入第二个直角棱镜,并从端面CD 出射,这样就得到了线偏振光.三、波片波片是从单轴晶体上切割下来的光轴平行于晶面的晶体薄片.如图13.44所示,当平行光垂直射到波片上,将被分解为寻常光o 和非常光e 两种振动,它们的振动方向分别垂直于光轴和平行于光轴,虽然它们在波片中传播方向相同,但传播速率却不同,因此彼此产生了附加的相位差φ∆.设波片的厚度为d,e 光和o 光的折射率分别为n e 和n o ,则两光束从波片射出后的相位差为d n ne o )(-λπ=φ∆2 当λ一定时,不同厚度d尼科尔棱镜图4313.折射光轴平行于晶体时的双图4413.光轴光波面o 光波面e对应于不同的相位差(或光程差).如果波片的厚度正好使某一波长的光产生π/2的相位差,这样的波片称为1/4波片,椭圆偏振光和圆偏振光都可以利用1/4波片获得.除1/4波片外,还有半波片,它能使两种振动产生π的附加相位差.如果让线偏振光垂直入射到1/4波片,那么从波片另一表面出射的光是椭圆偏振光;如果线偏振光的振动方向与1/4波片的光轴成45o 角,如图13.45所示,那么分解后的o 光和e 光振幅相等,从晶片的另一表面出射的光则是圆偏振光.*四、克尔电光效应某些各向同性的媒质本来并不产生双折射现象,但受到外界作用(如机械力、电场或磁场等)时,可以变为各向异性媒质,从而显示双折射现象,这种在人为的条件下产生的双折射,称人为双折射.下面以克尔电光效应为例,介绍人为双折射现象及其应用.各向同性的液体(如硝基苯)在强电场作用下会出现双折射,这种现象称为克尔电光效应.实验表明,这时液体类似于光轴沿电场方向的晶体.可以设想,这些各向同性的液体的分子是不规则排列的,在足够强的电场作用下,分子作有序排列,致使整体呈现各向异性.光轴与电场方向一致.图13.46是观测克尔效应的示意图.图中K 是盛有硝基苯液体的克尔盒,被放置在两个透振方向正交的偏振片之间,K 的两端为透明窗口以便光线通过,盒中在与光的传播方向相垂直的方向上装有两块平行金属板作为电极.单色平行自然光通过起偏振器M 后变为线偏振光.电源未接通时,各向同性的液体样品无双折射现象,所以没有光从偏振片N 射出.当电源接通后,克尔盒中处于电极之间的液体受到电场作用而变成各向异性的,使进入其中的线偏振光发生双折射分解为o 光和e 光.实验表明,o 光和e 光之间的相位差正比于电场强度E 的大小的平方,正比于光在各向异性液体中通过的距离l ,即 22klE π=δ (13.36)式中k 为克尔系数.克尔效应的特点是可以利用外加电场的变化来调节偏振光的输出,特别是可以制成反应极为灵敏的电光开关.这种开关在10-9s 内能作出响应.可用于高速摄影、激光测距、激光通信等设备中.如在图13.46的装置中用磁场代替电场.同样能产生双折射现象,此时液体则类似于光轴沿磁场方向的晶体.其分解的o光和e光的相位差与磁感强度成正比.这现象称为科顿—穆顿(Cotton—Monton)磁光效应.五、偏振光的检测前已述及,利用偏振片可以检测线偏振光、部分偏振光和自然光.将被检测的光投射到偏振片上,以入射光线为轴旋转偏振片.对于线偏振光,则当其振动方向与偏振片的透振方向的夹角为90o时,透射光强为零,这种现象称为消光.而当α为0o或180o时,透射光强为最大.如果被测光是自然光,在旋转偏振片的过程中透射光强不变.如果被测光是部分偏振光,在某个α值时,透射光强为最大,而当偏振片的透振方向旋转到与该方向垂直时,透射光强为最小,但不等于零,即无消光现象.如果被测的光包括椭圆偏振光和圆偏振光,我们将无发用一个偏振片鉴别自然光和圆偏振光,也无法区分部分偏振光和椭圆偏振光,而只能根据消光现象把线偏振光从这些光中辩认出来.因为椭圆偏振光和圆偏振光通常是让线偏振光通过1/4波片后产生的,所以鉴别它们也必须借助于1/4波片.圆偏振光通过1/4波片后变为线偏振光,然后通过偏振片,改变偏振片的透振方向可以观察到消光现象.椭圆偏振光通过1/4波片后一般仍为椭圆偏振光,只有当波片的光轴与椭圆的主轴平行时,才变为线偏振光,然后用偏振片加以鉴别.。