第13章 波动光学
吴百诗,大学物理习题解析答案1,2,3,4目录
吴百诗，《大学物理(下册)(第3次修订本B)》荣获国家教委优秀教材一等奖
大学物理习题解析答案2_西安交通大学出版社_吴百诗
文件（一）页码顺序P.1，10；P.100～109；P.11，P.110~119；P.12；P.120~129；P.13；P.130~139；P.14；P.140~149; P.15；P150~159；P.16；P.160~169；P.17。
第2章牛顿运动定律习题
第3章功和能习题（文件四）
第4章冲量和动量习题（文件四）
第5章刚体力学基础动量矩习题（文件四）
第6章机械振动基础习题第11章（文件二）
第7章机械波习题第12章（文件二）
第8章热力学习题第9章（文件二）
第9章气体动理论习题第10章（文件二）
《大学物理(下册)(第3次修订本B)》。
第10章静电场习题第6章（文件一、四）
第11章恒定电流的磁场习题第7章（文件一）
第12章电磁感应与电磁场习题第8章（文件一）
第13章波动光学基础习题（文件三）
第14章狭义相对论力学基础习题（文件三）
第15章量子物理基础习题（文件三）
第16章原子核物理和粒子物理简介习题（文件三）
第17章固体物理简介激光习题（文件三）。
医学物理学(第7版)教学大纲
前言《医学物理学》是国家教育部规定的高等医学院校临床医学、预防医学等专业的一门必修基础课，是为这些专业的学生提供较系统的物理学知识，使他们在中学物理学教育基础上，进一步学习医学专业所必需的物理学的基本概念、基本规律、基本方法，为后继课程的学习以及将来从事专业工作打下一个良好的基础。
我校《医学物理学》教材选用人民卫生出版社出版普通高等教育“十一五”国家级规划教材《医学物理学》第7版（胡新珉主编）。
依据学校的教学计划，本课程共96学时，其中理论课68学时，实验课28学时。
因此制定本“教学大纲”。
因为教材是按72~108学时编写。
所以，“教学大纲”既参照卫生部1982年“高等医学院校《医用物理学》教学大纲（试用本）”和医药类大学物理课程教学的基本要求，也结合当前教育改革倡导素质教育，针对临床医学、预防医学、影像学、法医学、护理学、药学等专业的特点编写。
“大纲”内容分为掌握、熟悉、了解和自学。
自学内容课堂上教师原则上不讲授，属自学内容，结业考试中一般不作要求。
第一章力学的基本定律（自学）第二章物体的弹性一、学习要求本章要求熟悉描述物体弹性的基本概念，对人体骨骼和肌肉组织的力学特性要有一定的了解。
二、讲授内容和要求等级章节次序内容等级第一节线应变与正应力一线应变熟悉二正应力熟悉三正应力与线应变的关系熟悉四弯曲自学第二节切应变与切应力一切应变熟悉二切应力熟悉三切应力与切熟应变的关系悉四扭转自学第三节体应变与体应力一体应变熟悉二体应力熟悉三体应力与体应变的关系熟悉第四节生物材料的黏弹性自学三、授课学时：2学时。
四、练习：第27~28页，2-6、2-9。
第三章流体的运动一、学习要求本章要求掌握理想流体作稳定流动时的基本规律，即连续性方程和伯努利方程以及它们的应用；熟悉实际流体的流动规律和泊肃叶定律；了解斯托克司定律和血液在循环系统中的流动规律。
二、讲授内容和要求等级章节次序内容等级第一节理想流体的稳定流动一理想流体熟悉二稳定流动熟悉三连续性方程掌握第二节伯努利方程一伯努利方程掌握二伯努利方程的应用掌握第三节黏性流体的流动一层流和湍流熟悉二牛顿黏滞定律熟悉三雷诺数了解第四节黏性流体的运动规律一黏性流体的伯努利方程了解二泊肃叶定律熟悉三斯托克司定律了解第五节血液在循环系统中的流动一血液的组成及特性自学二心脏做功了解三血流速度分布自学四血流过程中的血压分布自学三、授课学时：4学时。
大学物理复习题分解
大学物理复习题分解第一章质点运动学htz?（h?0,??0,R、1、设质点的运动方程x?Rcos?t，y?Rsin?t，2?h、ω＝常数）,求：①位置矢量的表达式；②任意时刻速度；③任意时刻加速度。
2、一质点在xoy平面上运动，运动函数为x=2t，y=4t2-8（采用国际单位制），求：①质点的轨道方程；②t=1s和t=2s 时，质点的位置、速度和加速度。
3、一质量为10kg的物体沿x轴无摩擦地运动，设t?0时物体位于原点，速度为零，求：①设物体在力F?(3?4t)N的作用下运动了3s，它的速度及加速度各为多少？②设物体在力F?(3?4x)N的作用下移动了3m，它的速度和加速度各为多少？4、有一学生在体育馆阳台上以投射角??300和速率v0?20m/s向台前操场投出一垒球。
球离开手时距离操场水平面的高度h?10m。
试问球投出后何时着地？在何处着地？5、一吊扇翼片长R?0.50m，以n?180r/min的转速转动。
关闭电源开关后，吊扇均匀减速，经tA?1.50min转动停止。
（1）求吊扇翼尖原来的转动角速度?0与线速度v0；（2）求关闭电源开关后时翼尖的角加速度、切向加速度、法向加速度和总加速度。
6、质量m?2kg质点在力F的作用下，在OX直线上运动，运动方程为：x?1t2?2t?4（F,x,t采用国际单位），求：⑴ t=2s 21末的速度v?? 和加速度a??⑵ 在t=1s到t=2s的过程中，力F的冲量I??⑶在t=1s到t=2s的过程中，力F做的功W??第二章牛顿运动定律1、质量为m的小球从高处落下，设它所受到的空气阻力与它的速度的大小成正比f当小球下落的速度vT?80m/s 时，?kv。
重力与阻力平衡，小球作匀速直线运动。
求小球下落到速度v1?1vT时，所经历的时间。
22、一个质量m为的珠子系在线的一端，线的另一端绑在墙上的钉子上，线长为l。
先拉动珠子使线保持水平静止，然后松手使珠子下落。
求线摆下?角时这个珠子的速率和线的张力。
大学物理讲义(第13章波动光学)第一节
第13章波动光学光是能激起视觉的一类电磁波.人们主要通过光来接受自然界的信息.研究光现象、光的本性和光与物质相互作用等规律的学科称为光学.它是物理学的又一个重要分支.光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学三部分.当光的波长可以忽略,其波动效应不明显时,把光的能量看成是沿着一根根光线传播的,光遵从直进、反射、折射等定律,这便是几何光学.波动光学研究的是光在传播过程中显示出的干涉、衍射和偏振等波动现象和特点.通常人们把建立在光的量子性基础上,深入到微观领域研究光与物质相互作用规律的分支学科,称为量子光学.从20世纪60年代以来,由于激光和光信息技术的出现,光学又有了新的发展,并且派生出许多属于现代光学范畴的一些新分支.本章讨论光的波动理论.§13.1 光干涉的一般理论光是一定波长范围内的电磁波.可见光是能够被人的眼睛直接看到的电磁波,它的波长范围在400~760nm之间.一、光的叠加原理在通常的情况下,光和其他波动一样,在空间传播时,遵从波的叠加原理.当几列光波在空间传播时,它们都将保持原有的特性,此即光波的独立传播原理.由此,在它们交叠的区域内各点的光振动是各列光波单独存在时在该点所引起的光振动的矢量和,这就是光的叠加原理.但应指出,光并不是在任何情况下都遵从这一原理的.当光通过非线性介质(例如变色玻璃),或者光强很强(如激光,同步辐射)时,该原理不成立.通常当强光通过介质时将出现许多非线性效应,研究这类光现象的理论称为非线性光学.这是现代光学中很活跃的研究领域之一.不过,在本章所涉及的范围内,光波叠加原理仍然是一个基本的原理.二、光的相干叠加1. 光波的相干条件在讨论机械波时,我们已给出了波干涉的定义,即当两列波同时在空间传播时,在两波交叠的区域内某些地方振动始终加强,而另一些地方振动始终减弱的现象.光的干涉定义与之完全相同.能产生干涉现象的光叫相干光.干涉并不违背叠加原理,且正是后者的结果.但并不是任何两列波在空间相遇时都能发生干涉,产生干涉是有条件的,即干涉是特殊条件下的叠加.波的相干条件是：1) 频率相同；2) 振动方向相同(或存在相互平行的振动分量)；3) 具有恒定的相位差.这三个条件,对机械波来说比较容易实现,因此观察机械波的干涉现象比较方便.但对光波来说就不那么容易做到了.这与普通光源的发光机制有关.光是光源中大量分子或原子等微观粒子的能量状态发生变化而引起的电磁辐射.近代物理学已完全肯定分子或原子的能量是量子化的,即能量具有分立值,当分子或原子由较高能态跃迁到较低能态时就发出一个波列,一个波列的长度是有限的,持续的时间约为10-8s.发出一个波列后,它还可以从外界吸收能量,由低能态跃迁到高能态,当它再次由高能态向低能态跃迁时它就再发出一个波列.这是一个随机的过程,每一个原子或分子先后发射的不同波列以及不同原子或分子同时发射的各个波列,彼此之间在初相上没有联系,振动方向也各不相同,频率也可以不同.我们所观察到的光看起来是连续的光波,实际上是由大量原子或分子发射的许许多多彼此完全独立的有限长波列组成的,如图13.1所示.2. 相干光的获得由前面的讨论可知,普通光源发出的光是由光源中各个分子或原子发出的波列组成的,而这些波列之间没有固定的相位关系.因此,来自两个独立光源的光波,即使频率相同,振动方向相同,它们的相位差也不可能保持恒定,因而不是相干光；同一光源的两个不同部分发出的光,也不满足相干条件.因此也不是相干光.只有从同一光源的同一部分发出的光通过某些装置进行分束后,才能获得符合相干条件的相干光.因此获得相干光的方法的基本原理是把由光源上同一点发出的光设法“一分为二”,然后再使这两部分叠加起来,由于这两部分光的相应部分实际上都来自同一发光原子的同一次发光,即每一个光波列都分成两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波列,因而这两部分是满足相干条件的相干光.把同一光源发出的光分成两部分的方法有两种：一种叫分波振面法,由于同一波振面上各点的振动具有相同相位,所以从同一波振面上取出的两部分可以作为相干光源.如杨氏双缝实验等就用了这种方法；另一种叫分振幅法,其原理是利用反射、折射把波面上某处的振幅分成两部分,再使它们相遇从而产生干涉现象.例如薄膜干涉和迈克耳孙干涉仪等就采用了这种方法.上面讨论的是普通光源,对激光光源,所有发光的原子或分子都是步调一致的动作,所发出的光具有高度的相干稳定性.从激光束中任意两点引出的光都是相干的,可以方便的观察到干涉现象,因而不必采用上述获得相干光束的方法.3. 相干光的干涉光波是电磁波,在光波中,产生感光作用与生理作用的主要是电场强度E ,因此,一般我们将E 称为光矢量.如图13.2所示,光振幅为21E E ,的两束相干光,在空间叠加,按照光的干涉理论知,叠加后任一点P 的合振幅为 )cos( 12102021222122r r E E E E E 在波动光学中,主要讨论的是光波所到之处的相对光强.由于光强(平均能流密度)2E I ,因此可直接把光强表示为2E I ,所以由上式得)cos(121020212122r r I I I I I (13.1) 21I I 、分别为两束相干光的强度,I 为叠加后的强度.可见,两束相干光叠加后,空间各点的光强取决于两束光波在该点的相位差：1210202r r (13.2) 2121212*********I I I I I P k I I I I I P k k min max ,)(,),,,(点的光强最小点的光强最大当 (13.3) 其他位置的光强介于两者之间,即max min I I IP 点的光强分布曲线如图13.3所示.如果两束相干光的光强相等,则干涉后040 min max ,I I I必须指出,对于两束相干光,只有在I 1=I 2或I 1~I 2的情况下,才能观察到清楚的明暗相间的干涉图样；当 I 1、I 2相差甚大时, I max 与I min 相差不大,干涉图样模糊不清.对于两束相干光,在很多情况下初相相同,这时r r r 2212 在这种情况下,干涉明暗点的位置决定于两束光到观察点的波程差 ：暗点亮点212210/)(),,,(k k k r (13.5) 三、光程 光程差上面讨论了两束相干光在真空中传播时的干涉情况,现在讨论两束相干光在介质中传播时的干涉情况.我们知道,光在真空中传播的速度为c,在介质中传播的速度为n c / ；因此,光在介质中的波长为nn c /' λ为光在真空中的波长.如上所述,两束初相相同的相干光,在真空中传播时,到空间某观察点的波程差为r ,则这两束光到该点的相位差为r 2 如果两束光在折射率为n 的介质中传播,它们到观察点的相位差为r n r 22' 由此可见,两束光在真空中传播时,它们到某点的相位差决定于波程差r ;而两束光在介质中传播时,它们到某点的相位差决定于波程差r 与介质折射率n 的乘积,这里n r 称为这两束光的光程差;一般把折射率n 与波程r 的乘积称为光程,21I I 212I I21I I a )(21I I b )(图13.3 两相干光在相遇点的光强随相位差的分布曲线用L 表示,即L=nr .普遍情况下,两束光的光程差δ表示两束光光程之差.如图13.4所示.112212r n r n L L (13.6)两相干光的干涉效果决定于相位差,而相位差决定于光程差;因此,光的干涉规律决定于光程差δ.可见,光程差是讨论光的干涉现象的非常重要的概念.许多干涉装置都满足两束相干光初相相等的条件,因此相位差与光程差的关系及干涉明、暗点的位置决定于光程差δ2 干涉明暗点位置 暗点明点212210/)(),,,(k k k (13.7) 注意：式(13.5 )与(13.7 )实际上是一致的,前者适用于真空情况(r ),而后者则适用一般情况,它是光的干涉中最基本的公式.由它可知,要确定干涉图样的规律,就必须计算两束光的光程差δ.。
波动光学案例习题(含答案)
x (2k 1) d
d2
11/5 条纹间距
x
xk 1
xk
d
d
4
2.薄膜干涉 （分振幅法）
光程差
2d
n22
n12
s in 2
i
2
i
①
② n1 n2 d
n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3
n1 n2 n3
11/5
n3
光程差不附加
2
光程差附加
2
5
光程差
2d
答： （C）
11/5
21
例： 在牛顿环实验装置中，曲率半径为R的平 凸透镜与平玻璃板在中心恰好接触，它们之间 充满折射率为n的透明介质，垂直入射到牛顿 环装置上的平行单色光在真空中的波长为λ， 则反射光形成的干涉条纹中暗环半径的表达式 为：
( A)r kR (C)r knR
(B)r kR / n (D)r k /(nR)
解： 条纹间距 x d D
dd
中央明纹两侧的第10级明纹中心间距
210x 210 D 0.11m
d
11/5
32
（2）将此装置用一厚度为 e 6.6106 m ，折射率
解： 据明环半径公式 rk
( k 1 )R
2
充液前： r120 19R / 2 充液后： r102 19R /( 2n )
n r120 1.36
11/5
r102
20
例，在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在 空气中和在玻璃中：
（A）传播的路程相等，走过的光程相等 （B）传播的路程相等，走过的光程不相等 （C）传播的路程不相等，走过的光程相等 （D）传播的路程不相等，走过的光程不相等
第13章 光的干涉
0
3.光强 光强
λ−
∆λ 2
λ λ + ∆λ λ
2
E 矢量，称为光矢量。 E 矢量的振动称为光振动。 矢量，称为光矢量。 矢量的振动称为光振动。 光强I 在光学中，通常把平均能流密度称为光强。 光强 ：在光学中，通常把平均能流密度称为光强。
I ∝E
2 0
在波动光学中，主要讨论的是相对光强， 在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此 在同一介质中直接把光强定义为： 在同一介质中直接把光强定义为：
16
三、光程与光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差∆ϕ 干涉现象决定于两束相干光的位相差∆ϕ 两束相干光通过不同的介质时， 两束相干光通过不同的介质时，位相差不能单纯 由几何路程差决定。 由几何路程差决定。
S1 S2
r1
n1
P
r2
n2
光在介质中传播几何路程为r， 光在介质中传播几何路程为 ，相应的位相变化为 r 2π 2π = ⋅ nr λn λ r r2 2π 1 (n1r − n2r2 ) ∆ϕ = 2π − 2π = 1
(k = 0,1,2…)
8
I 4I1两相干光束 2I1 两非相干光束 π π -5π -3π -π π π I1一个光源 3π π 5π π ∆ϕ
普通光源获得相干光的途径（方法） 普通光源获得相干光的途径（方法） (1) 分波阵面方法: 分波阵面方法 方法: (2)分振幅的方法: 分振幅的方法: 分振幅的方法 杨氏干涉 等倾干涉、 等倾干涉、等厚干涉
3
独立(同一原子先后发的光 独立 同一原子先后发的光) 同一原子先后发的光 独立(不同原 独立 不同原 子发的光) 子发的光 光波列频率、位相、振动方向等具有随机性。 光波列频率、位相、振动方向等具有随机性。 2.光的颜色和光谱 2.光的颜色和光谱 可见光频率范围: 7.7×1014 ~ 3.9×1014Hz 可见光频率范围 × × 可见光波长范围: 7600Å 可见光波长范围 3900 Å ∼ 7600 可见光颜色对照: 可见光颜色对照 紫 ~ 红 单色光——只含单一波长的光。 单色光——只含单一波长的光。 ——只含单一波长的光 复色光——含多种波长的光。 复色光——含多种波长的光。 ——含多种波长的光
第13章 波动光学(习题)
−2
条纹角间距 ∆θ ′ =
λ
d
480 ×10−9 ∆x′ = f ∆θ ′ = 50 × 10 × = 2.4mm −3 0.1× 10
条干涉主极大， （3）单缝衍射的中央包线内共有 条干涉主极大，两端处出现缺级 ）单缝衍射的中央包线内共有9条干涉主极大
波长为500nm和 520nm的两种单色光同时 例 13-15 波长为 和 的两种单色光同时 垂直入射在光栅常量为0.002cm的光栅上 ， 紧靠光栅 的光栅上， 垂直入射在光栅常量为 的光栅上 后用焦距为2m的透镜把光线聚焦在屏幕上 的透镜把光线聚焦在屏幕上。 后用焦距为 的透镜把光线聚焦在屏幕上。求这两束 光的第三级谱线之间的距离。 光的第三级谱线之间的距离。 x2 解： (a + b) sin ϕ = kλ x
A2o A2e C
d(no − ne ) 4300 ∴λ = = k k M 满足上式的波长λ即是在透射光中缺少的光波波长 即是在透射光中缺少的光波波长， 满足上式的波长 即是在透射光中缺少的光波波长， 的可见光范围内， 在400~700nm的可见光范围内，有： 的可见光范围内 k =10, λ10 = 430(nm) k = 9, λ9 = 478(nm)
4.薄膜干涉 4.薄膜干涉
2 δ = 2n2 e cos γ + δ 0 = 2e n2 − n12 sin 2 i + δ 0
5.迈克尔逊干涉仪 5.迈克尔逊干涉仪
三、光的衍射
1.惠更斯1.惠更斯-菲涅尔原理 惠更斯 2.单缝的夫琅和费衍射 2.单缝的夫琅和费衍射 3.圆孔的夫琅和费衍射 3.圆孔的夫琅和费衍射 4.多缝的夫琅和费衍射 4.多缝的夫琅和费衍射 5.X射线衍射 5.X射线衍射 亮纹 asin θ = ±(2k +1) λ , 2 λ θ 0 ≈ 1.22 爱利斑角半径
导波光学
导波光学清华大学电子工程系范崇澄等编著内容简介本书系1988年出版的同名教材的修改版。
全书由九章增至十二章，系统讨论了用于光通信、光传感和光信息处理的光波导的基本原理和特性。
内容包括光波理论的一般问题、平面与条形光波导、耦合波理论、阶跃和渐变折射率光导纤维中的场解、光波导中的损耗、信号沿光波导传输时的弥散、单模光纤中的双折射和偏振态的演化、光纤光栅、有源掺杂光纤以及光纤中的非线性等内容。
在叙述中强调基本物理概念和处理方法的思路，并介绍了本学科近期发展的某些重要成果。
本书适合于有关光通信、信息光电子学、电子物理、以及微波技术等专业的大学高年级学生及研究生阅读，并可作为有关领域的教学、科学研究和工程技术人员参考。
教学大纲总学时：60。
授课方式：讲课+自学。
主要内容（根据需要有所取舍）：第一章光导波理论的一般问题§1-1 导波光学的基本问题及研究方法§1-2 几何光学方法§1-3 波动光学方法及波动方程§1-4 电磁波在介质界面上的反射及古斯-汉欣位移§1-5 光波导中模式的基本性质§1-6 弱导近似§1-7 传播常数（本征值）的积分表达式及变分定理§1-8 相速、群速及色散特性§1-9 本地平面波方法§1-10 光束的衍射·几何光学及本地平面波方法的应用范围§1-11 介质波导与金属波导的若干比较第二章平面及条型光波导§2-1 用本地平面波方法平面光波导的本征值方程§2-2 用电磁场方法求解平面光波导§2-3 条形光波导的近似解析解§2-4 条形光波导的数值解法概述第三章耦合模理论§3-1 模式正交性的及模式展开§3-2 导波模式的激励§3-3 耦合模方程及耦合系数§3-4 耦合模理论的局限及其改进第四章导波光束的调制§4-1 光波调制的一般概念§4-2 晶体的电-光特性§4-3 光波导的电-光调制§4-4 定向耦合型调制器/开关第五章阶跃折射率光纤中的场解§5-1 数学模型及波动方程的解§5-2 模式分类准则及模式场图(本征函数)§5-3 导波模的色散特性及U值的上、下限§5-4 色散特性的进一步简化§5-5 弱导光纤中场的标量近似解—线偏振模§5-6 平均功率与功率密度§5-7 模式场的本地平面波描述第六章渐变折射率弱导光纤中的场解§6-1 无界抛物线折射率弱导光纤中场的解析解§6-2 WKB法求解导波模的本征函数及本征值§6-3 模式容积及主模式号·泄漏模§6-4 单模光纤的近似解法（一）——高斯近似§6-5 单模光纤的近似解法(二) -- 等效阶跃光纤近似（ESF）§6-6 单模光纤的近似解法(三) - 矩等效阶跃折射率近似及其改进§6-7 单模光纤的模场半径§6-8 单模光纤的截止波长第七章光波导中的传输损耗§7-1 损耗起因和损耗谱§7-2 本征吸收及瑞利散射损耗§7-3 杂质吸收§7-4 弯曲损耗§7-5 弯曲过渡损耗§7-6 连接损耗第八章信号沿线性光波导传输时的畸变§8-1 脉冲沿线性光波导传输时畸变的起因及描述方法§8-2 材料色散§8-3 g型多模光纤的模间弥散§8-4 单模光纤的色散§8-5 单模光纤的色散对系统色散的影响§8-6 新型石英系光纤第九章单模光波导中的双折射及偏振态的演化§9-1 双折射现象及其意义§9-2 双折射光纤的参数及其分类§9-3 光纤中的线双折射§9-4 光纤中的圆双折射§9-5 偏振态沿光纤的演化（一）—琼斯矩阵法§9-6 单模光纤中偏振态的演化(二)—邦加球法§9-7 偏振模色散在邦加球上的描述第十章光纤光栅§10-1 概述§10-2光纤布拉格光栅(FBG)的基本原理、结构和分析方法§10-3 常见的FBG§10-4 采样布拉格光栅(SBG)§10-5 长周期光纤光栅第十一章掺铒光纤放大器§11-1 引言§11-2 掺铒光纤放大器的基本工作原理与特性§11-3 EDFA内部物理过程的进一步讨论和Giles参数§11-4 EDFA的稳态工作特性§11-5 EDFA中的增益瞬态过程§11-6 EDFA的设计原则第十二章光纤中的非线性效应§12-1 引言§12-2 光纤中的非线性薛定鄂方程§12-3 光纤中的受激散射§12-4 光纤中的四波混频效应§12-5 自相位调制（SPM）§12-6 非线性色散光纤中信道内的噪声演化与调制不稳定性§12-7 信道间的串扰噪声：互相位调制(XPM)和受激拉曼散射(SRS) 结语。
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第13章 波动光学一、选择题1. 在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝1S 、2S 距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中O 处，现将光源S 向下移动到示意图中的S '位置，则 （A ）中央明纹向上移动，且条纹间距增大； （B ）中央明纹向上移动，且条纹间距不变； （C ）中央明统向下移动，且条纹间距增大；（D ）中央明纹向下移动，且条纹间距不变。
[ ]2. 如图1所示，1S 、2S 是两个相干光源，他们到P 点的距离分别为 1r 和 2r ．路径PS 1垂直穿过一块厚度为1t 、折射率为1n 的一种介质；路径P S 2垂直穿过一块厚度为2t 、折射率为2n(A) )()(111222t n r t n r +-+(B) ])1([])1([121222t n r t n r -+--+ (C) )()(111222t n r t n r --- (D) 1122t n t n -3. 在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气和在玻璃中 (A) 传播的路程相等，走过的光程相等 (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等 (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等(D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等 [ ]4. 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个缝，若玻璃纸中光程比相同厚度的空气的光程大2.5λ，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) 无法确定是明纹还是暗纹 [ ]5. 用波长可以连续改变的单色光垂直照射一劈形膜, 如果波长逐渐变小, 干涉条纹的变化情况为 (A) 明纹间距逐渐减小, 并背离劈棱移动 (B) 明纹间距逐渐变小, 并向劈棱移动 (C) 明纹间距逐渐变大, 并向劈棱移动(D) 明纹间距逐渐变大, 并背向劈棱移动 [ ]6. 关于光的干涉，下面说法中唯一正确的是 (A) 在杨氏双缝干涉图样中, 相邻的明条纹与暗条纹间对应的光程差为2λ1S S P图1(B) 在劈形膜的等厚干涉图样中, 相邻的明条纹与暗条纹间对应的厚度差为2λ (C) 当空气劈形膜的下表面往下平移2λ时, 劈形膜上下表面两束反射光的光程差将增加2λ (D) 牛顿干涉圆环属于分波振面法干涉 [ ] 7. 如图2所示，一束平行单色光垂直照射到薄膜上，经上、下两表面反射的光束发生干涉．若薄膜的厚度为d ，且n 1 < n 2 > n 3，λ为入射光在折射率为n 1的介质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为： [ ](A) 212πn d n λ⋅ (B)124ππn d n λ⋅+(C)214πn e d n λ⋅+ (D)214πn d n λ⋅8. 如图3所示，用白光垂直照射厚度d = 350nm 的薄膜，若膜的折射率n 2 = 1.4 ,薄膜上面的介质折射率为n 1，薄膜下面的介质折射率为n 3，且n 1 < n 2 < n 3．则反射光中可看到的加强光的波长为 (A) 450nm (B) 490nm [ ] (C) 690nm(D) 553.3nm9. 在单缝衍射中, 若屏上的P 点满足5sin 2a θ=则该点为(A) 第二级暗纹 (B) 第五级暗纹(C) 第二级明纹(D) 第五级明纹 [ ]10. 在单缝夫琅禾费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为3λ的单缝上，对应于衍射角为30o 的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为（A ）2个； （B ）3个； （C ）4个； （D ）6个。
[ ]11. 波长nm 550=λ的单色光垂直入射于光栅常数41.010cm d -=⨯的光栅上, 可能观察到的光谱线的最大级次为(A ）4； （B ）3； （C ）2； （D ）1。
[ ] 12. 一衍射光栅由宽300 nm 、中心间距为900 nm 的缝构成, 当波长为600 nm 的光垂直照射时, 屏幕上最多能观察到的亮条纹数为 [ ](A) 2条 (B) 3条 (C) 4条 (D) 5条13. 三个偏振片P 1、P 2与P 3堆叠在一起，P 1与P 3的偏振化方向相互垂直, P 2与P 1的偏振化方向间的夹角为45o ，强度为I 0的自然光入射于偏振片P 1，并依次透过偏振片P 1、P 2与P 3，则通过三个偏振片后的光强为 [ ]（A ）160I ； （B ）830I ； （C ） 80I ； （D ） 40I 。
图314. 自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，则反射光是 [ ] (A) 在入射面内振动的完全线偏振光 (B) 平行于入射面的振动占优势的部分偏振光 (C) 垂直于入射面的振动的完全偏振光 (D) 垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光二、填空题1. 如图4所示，在双缝干涉实验中SS 1=SS 2，用波长为λ的光照射双缝S 1和S 2，通过空气后在屏幕E 上形成干涉条纹．已知P 点处为第三级明条纹，则S 1和S 2到P 点的光程差为 ____________．若将整个装置放于某种透明液体中，P 点为第四级明条纹，则该液体的折射率n ＝ ____________．2.两条狭缝相距2 mm, 离屏300 cm, 用600 nm 的光照射时, 干涉条纹的相邻明纹间距为___________mm.3. 将一块很薄的云母片(n = 1.58)覆盖在杨氏双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的中央明纹中心被原来的第7级明纹中心占据．如果入射光的波长λ = 550 nm, 则该云母片的厚度为___________．4. 分别用波长λ1＝600 nm 与波长λ2＝700 nm 的平行单色光垂直照射到劈形膜上，劈形膜的折射率为3.1，膜两侧是同样的介质，则这两种波长的光分别形成的第七条明纹所对应的膜的厚度之差为__________nm ．5. 波长为λ的平行单色光垂直照射到劈尖薄膜上，劈尖角为θ，劈尖薄膜的折射率为n ，第k 级明条纹与第k ＋7级明条纹的间距是 ．6. 波长为λ的平行单色光垂直地照射到劈尖薄膜上，劈尖薄膜的折射率为n ，第二级明纹与第五条明纹所对应的薄膜厚度之差是 _____________．7. 用λ＝600 nm 的单色光垂直照射牛顿环装置时，从中央向外数第4个(不计中央暗斑)暗环对应的空气膜厚度为________________μm ．8. 如果单缝夫琅禾费衍射的第一级暗纹发生在衍射角为30=ϕ的方位上，所用的单色光波长为nm 500=λ，则单缝宽度为 ．9. 一束平行光束垂直照射宽度为1.0 mm 的单缝上，在缝后放一焦距为2.0 mm 的汇聚透镜．已知位于透镜焦平面处的中央明纹的宽度为 2.0 mm ，则入射光波长约为 ．10. 波长nm 500=λ的单色光垂直照射到mm 25.0=a 的单缝上, 单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕,用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明纹一侧第三个暗纹和另一侧第三个暗纹之间的距离为12=d mm, 则凸透镜的焦距f 为 ． 11. 一衍射光栅, 狭缝宽为a , 缝间不透明部分宽为b ．当波长为600 nm 的光垂直照射时, 在某一衍射角θ 处出现第二级主极大．若换为400 nm 的光垂直入射时, 则在上述衍射角θ 处出现缺级, b 至少是a 的 倍．1图412. 一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，且两偏振片的偏振化方向成45︒角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为_________．13. 使一光强为0I 的平面偏振光先后通过两个偏振片1P 和2P ．已知1P 和2P 的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是α和︒90，则通过这两个偏振片后的光强I 是_____________．14. 一束由自然光和线偏振光组成的混合光，让它垂直通过一偏振片．若以此入射光束轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的7倍；那么入射光束自然光和线偏振光的光强比为_____________．15. 一束自然光通过一偏振片后，射到一折射率为3的玻璃片上，若转动玻璃片在某个位置时反射光消失，这时入射角i 等于_____________．三、计算题1. 白色平行光垂直入射到间距为d ＝0.25 mm 的双缝上，距D =50 cm 处放置屏幕，分别求第一级和第六级明纹彩色带的宽度．(设白光的波长范围是从400 nm 到760 nm ．这里说的“彩色带宽度” 指两个极端波长的同级明纹中心之间的距离．)2. 波长为nm 600=λ的单色光垂直入射到置于空气中的平行薄膜上，已知膜的折射率54.1=n ，求：(1) 反射光最强时膜的最小厚度；(2) 透射光最强时膜的最小厚度．3. 波长λ= 650 nm 的红光垂直照射到劈形液膜上，膜的折射率n = 1.33，液面两侧是同一种介质．观察反射光的干涉条纹．(1) 离开劈形膜棱边的第一条明条纹中心所对应的膜厚度是多少?(2) 若相邻的明条纹间距mm 6=l , 上述第一条明纹中心到劈形膜棱边的距离x 是多少?4. 图5为一牛顿环装置，设平凸透镜中心恰好与平玻璃接触，透镜凸表面的曲率半径是R ＝400 cm ．用单色平行光垂直入射，观察反射光形成的牛顿环，测得第5个明环的半径是0.30 cm ．(1) 求入射光的波长；(2) 设图中OA =1.00 cm ，求在半径为OA 的范围内可观察到的明环数目．5. 某种单色平行光垂直地入射在一单缝上, 单缝的宽度a = 0.15 mm ．缝后放一个焦距f = 400 mm 的凸透镜，在透镜的焦平面上，测得中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8.0 mm ，求入射光的波长．6. 钠黄光中包含两个相近的波长λ1 = 589.0 nm 和λ2 = 589.6 nm ．用平行的钠黄光垂直入射在每毫米有500条缝的光栅上，会聚透镜的焦距f =1.00 m ．求在屏幕上形成的第三级光谱中上述两波长λ1和λ2的光谱之间的间隔l ∆．7. 用钠光(nm 3.589=λ)垂直照射到某光栅上，测得第三级光谱的衍射角为60︒． (1) 若换用另一光源测得其第二级光谱的衍射角为30︒，求后一光源发光的波长．(2) 若以白光(400 nm ~760 nm) 照射在该光栅上，求其第二级光谱的张角．第13章 波动光学答案一、选择题1.[B];(2)[B];3[C];4.[B];5.[B];6.[A ];7.[ C ];8.[B ].;9.[C ];10.[ B ].11.[ D ] 12.[B ];13.[C ];14[C ] 。
二、填空题1. 3λ, 1.33 ；2. 0.9 ；3. mm 104.63-⨯；4. 105 ；5.θλn 27 ；6. 1.2 ；7. 5100.1-⨯； 8. 5100.1-⨯m 9. 500nm ；10. 1m ；11. 2 ；12. 40I ；13. )2(sin 4120αI ；14.1: 315.60 。