第12章波动光学
波动光学基础优秀课件
普朗克（Planck） 爱因斯坦（Einstein） 康普顿（Compton）
1900年普朗克提出辐射能量的量子化理论，成功地解释了黑体 辐射问题。1905年爱因斯坦提出光量子理论，圆满地解释了光电 效应。爱因斯坦的结论于1923年被康普顿的散射实验所证实。
一、光是电磁波
电磁波的产生： 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源
例如：天线中的振荡电流； 分子或原子中电荷的振动
电磁波的描述：
EH//v
y
E
zOH
v
x
平面简谐光波方程：
EAco stcr0
光 强： 光波的平均能流密度称为光强 I E2
波动光学基础
前言
光学： 研究光的本性、光的传播和光与物质相互作 用等规律的学科。
几何光学：以光的直线传播为基础，研究光 在透明介质中的传播规律。
光学 波动光学：以光的波动性质为基础，研究光 的传播及规律。
量子光学：以光的粒子性为基础，研究光与 物质相互作用的规律。
光学发展史
光是什么?
一、几何光学时期
举了几个世纪以来两种学说的拥护者，以及它们刚被提出
时的出发点和存在的问题：
支持者
能够解释/无法解释（刚提出时）
牛顿（Newton）
光的直线传播
微 毕奥（Biot）
光的反射
粒 拉普拉斯（Laplace） 光的折射
说 泊松（Poission）
光在折射率大的介质中传播
马吕斯（Malus）
速率小
光的干涉
胡克（Hooke）
波动光学(二)答案
(A) a＋b=6 a．
注:当此比值为整数时,该整数即为第一个缺级.
[ C ]4. 在如图所示的单缝夫琅禾费衍射装置中，将单缝宽度a稍梢
变宽，同时使单缝沿y轴正方向作微小平移(透镜屏幕位置不动)，则屏
幕C上的中央衍射条纹将
(A) 变窄，同时向上移；
(B) 变窄，同时向下移；
(C) 变窄，不移动；
(D) 变宽，同时向上移；
750 nm (1 nm＝10-9 m)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l2的谱线的级数将是
(A) 2 ，3 ，4 ，5 ．．．．．．
(B) 2 ，5 ，8 ，11．．．．．．
(C) 2 ，4 ，6 ，8 ．．．．．．
(D) 3 ，6 ，9 ，12．．．．．．
注:同一角度对应同一种光栅找最小公倍数即可.
(E) 变宽，不移．
注:
[ D ]5. 根据惠更斯－菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面
为S，则S的前方某点P的光强度决定于波阵面S上所有面积元发出的子波
各自传到P点的
(A) 振动振幅之和．
(B) 光强之和．
(C) 振动振幅之和的平方． 6. 某元素的特征光谱中含有波长分别为l1＝450 nm和l2＝
4．钠黄光中包含两个相近的波长μ1=589.0 nm和μ2=589.6 nm．用 平行的钠黄光垂直入射在每毫米有 600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2级光谱中上述两波长μ1和μ2的光谱之 间的间隔Δl．(1 nm =10−9 m)
解：
5．将一束波长μ = 589 nm (1 nm = 10-9 m)的平行钠光垂直入射在1 厘米内有5000条刻痕的平面衍射光栅上，光栅的透光缝宽度a与其间距b 相等，求：
12-1双缝干涉、光程、光程差
双缝干涉
例1 以单色光照射到相距为 0.2mm的双缝上，缝距屏 为 1m 。（ 1 ）从第一级明纹到同侧第四级的明纹为 7.5mm 时 ， 求 入 射 光 波 长 ； （ 2 ） 若 入 射 光 波 长 为 6000Å，求相邻明纹间距离。 3 D 解(1) x4 x1 3x d x4 x1 7.5 103 d 0.2 103 5 107 m 500nm 3 3D
4000Å 紫
7600Å 红
2）基本关系
第十二章 光学
光在介质中波长
c 介质折射率 n u
n n
在光波中，引起视觉效应的是
x o
y
E
E，称光矢量
H
k z
§12-2 光源 单色光 相干光
一. 光源
光源的最基本发光单元是分子、原子 E2 E1 能级跃迁辐射 波列
第十二章 光学
第十二章 光学
第十二章 波动光学
一. 教学内容: 干涉: 光程差、双缝干涉、薄膜干涉; 衍射: 单缝衍射、光栅衍射; 偏振: 马吕斯定律、布儒斯特定律、晶体的双折射. 二. 教学要求: 理解光的干涉、衍射、偏振现象; 清楚光路图, 熟练写出光程差; 掌握双缝干涉、等厚干涉、单缝衍射、光栅衍射; 理解马吕斯定律、布儒斯特定律; 了解晶体的双折射. 三. 重点波带法分析单缝衍射、产生双折射的原因.
2 2 E0 E10 E20 2E10 E20 cos 2 其 中： 20 10
E2
E
20
0
E1 10
相干光
第十二章 光学
平均光强为：
I I1 I 2 2 I1I 2 cos
I = I 1 + I 2 —非相干叠加
第12章2氢原子粒子的波动性与波函数
把电子从基态移到离核无穷远处所需能量称为电离
能，氢原子的电离能为13.6eV。
氢原子的能级公式稍加修改，也适用于类氢离子，
例如氦离子He+。 He 原子核外有两个电子，当它
电离失去一个电子后，其结构类似于氢原子，但核
电荷数为+2e。以Z表示类氢离子的核电荷数，则类
氢离子的能级公式为
Ze2 1
En
这样就能制造出用电子波代替光波的电子显微镜。
19
光学显微镜和电子显微镜成像比较
20
例题1:计算被15000V 电场加速运动电子的德布罗意波长。
解：静止电子经电压U加速后的动能
由 P mv 代入 P 2meU
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
2
mv eU
2
34
h
h
6
.
63
10
2meU
P
2 9 . 1 10 31 1 . 6 10 19 15000
中发现粒子的概率正比于
*
dV dV
2
30
在电子双缝干涉实验中，用波函数 B (r , t ) 和 A (r , t )
分别表示从A、B缝通过电子的状态。两缝同时开启时，
电子的波函数为 (r , t ) A (r , t ) B (r , t )
根据玻恩统计假设，屏上发现电子的概率分布为
玻恩的统计诠释成为量子力学的一个基本假设。 31
和粒子在空间各处出现的概率有什么联系？
3.玻恩假定
波函数 r,t 是一种概率波, 本身无物理意义，但波
2
*
函数模的平方 r ,t r ,t r ,t 代表时刻 t，在空
第12章 几何光学
望远镜的光路
内窥镜
水柱引导光线的行进
11
12.2 光程 费马原理
一、光程
光在均匀介质走过的几何路程 r 与
介质折射率 n 之乘积。用 L表示。
即： L= nr
光程的物理意义：光程就是光在介质中通过的 几何路程按波数相等折合到真空中的路程。
r nr
'
介质中：
折合到真
r
连续变化的介质：
空中：
nr
n
2
◆ 光的波粒二象性
• 牛顿：光的直线转播说明光是粒子流。 • 惠更斯、托马斯 · 杨、菲涅耳：光具有干涉和衍
射现象，所以光是一种波。 • 麦克斯韦：根据我的理论，光是一种电磁波，而
且是横波，转播速度为每秒30万公里。 • 迈克尔逊：我为什么测不到“以太风”。 • 爱因斯坦：用普朗克的“能量子”解释了光电效应。
y P iO
n1
γC
n2
Q
y A
p
q
m y n1q y n2 p
22
一、透镜
12.4 薄透镜成像
透镜——将玻璃、水晶等磨成两面为球面（或一面为平面） 的透明物体。
薄透镜：透镜厚度远小于两球面的曲率半径。
或 两个侧面的中心靠得很近的透镜。
凸透镜： 中间厚边缘薄 的透镜。
①
②
③
凹透镜：中间薄边缘厚
率），其定义为：
n c v
光在真空中的传播速度 光在介质中的传播速度
两种介质相比较，折射率大的介质，光在其中的
传播速度小，称为光密介质；折射率小的介质，光在
其中的传播速度大，称为光疏介质。
n21
v1 v2
n2 n1
折射定律也可表示为：
大学物理第十二章波动光学
[](A)(B)2第12章波动光学、选择题1.如T12-1-1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 片和n 3,已知n 1 n 2 n 3 .若波长为 入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) 2n ?e (B) 2n ?e 1 2 (C) 2n 2(D) 2n ?e -2n 2径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1 ,折射率为n 1的一种介质; 路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2的另一介质；其余部分3.在相同的时间内，一束波长为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2.女口 T12-1-2图所示, S 1、S 2是两个相干光源, 他们到P 点的距离分别为 r 1和r 2 .路可看作真空. 这两条光路的光程差等于： [](A) (「2 匕上)(「nd 1) (B) [r 2 (n 2 1)t 2][「1 (n 2 1)h](C) (「2匕上2)(A n 缶)(D) n 2t 2S 2T12-1-2 图[](A)(B)2(D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等4.频率为f的单色光在折射率为n的媒质中的波速为其光振动的相位改变了2 n f ](A)vv,则在此媒质中传播距离为I2 n vf(B) T (C)2 n nlf vlf(D)厂5.波长为的单色光在折射率为n的媒质中由到b点的几何路程为：a点传到b点相位改变了，则光从a点(C) (D) n6.真空中波长为的单色光，在折射率为n的均匀透明媒质中从a点沿某一路径传到b 点.若将此路径的长度记为I, a、b两点的相位差记为，则[](A) 2则合光照在该表面的强度为8. 相干光是指 [](A)振动方向相同、频率相同、相位差恒定的两束光 (B) 振动方向相互垂直、频率相同、相位差不变的两束光 (C) 同一发光体上不同部份发出的光 (D) 两个一般的独立光源发出的光9.两个独立的白炽光源发出的两条光线 ，各以强度I 照射某一表面•如果这两条光线同时照射此表面，则合光照在该表面的强度为10. 相干光波的条件是振动频率相同、相位相同或相位差恒定以及 [](A)传播方向相同 (B)振幅相同 (C)振动方向相同(D)位置相同n i 和n 2 (n i v n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验13. 在杨氏双缝实验中，若用白光作光源3 [](A) l , 3 n 2 3 (C) l ,3 n2n33n n (B) l2n ， (D) l 3—n ， 3n n27. 两束平面平行相干光，每一束都以强度 I 照射某一表面，彼此同相地并合在一起[ ](A) I(B) 21 (C) 41 (D) 2I [](A) I (B) 2I(C) 4I(D) 8I11.用厚度为d 、折射率分别为 中的上下两缝，若入射光的波长为 此时屏上原来的中央明纹 处被第三级明纹所占据 则该媒质的厚度为[](A) 3(B)3 n 2 n 1(C) 22 (D)n 2 n 112. 一束波长为的光线垂直投射到一双缝上，在屏上形成明、暗相间的干涉条纹则下列光程差中对应于最低级次暗纹的是 (B)2(C) (D)T12-1-11 图T12-1-21 图[ ](A)中央明纹是白色的 (C)紫光条纹间距较大干涉条纹的情况为(B)红光条纹较密 (D)干涉条纹为白色T12-1-21 图[](A)缝屏间距离，则条纹间距不变 (C) 入射光强度，则条纹间距不变(B)双缝间距离，则条纹间距变小 (D)入射光波长，则条纹间距不变 20. 在保持入射光波长和缝屏距离不变的情况下 [](A)干涉条纹宽度将变大 (C)干涉条纹宽度将保持不变,将杨氏双缝的缝距减小，则 (B)干涉条纹宽度将变小(D)给定区域内干涉条纹数目将增加21. 有两个几何形状完全相同的劈形膜：一个由空气中的玻 璃形成玻璃劈形膜；一个由玻璃中的空气形成空劈形膜•当用相 同的单色光分别垂直照射它们时，从入射光方向观察到干涉条纹 间距较大的是14. 在双缝干涉实验中，屏幕 E 上的P 点处是明条纹•若将缝S 2盖住，并在S ,S 2连线的垂直平面出放一反射镜 M ，如图所示，则此时[](A)P 点处仍为明条纹(B) P 点处为暗条纹(C) 不能确定P 点处是明条纹还是暗条纹 (D) 无干涉条纹T12-1-14图15.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 2.5，则屏上原来的明纹处 [](A)仍为明条纹(C)既非明条纹也非暗条纹(B)变为暗条纹(D)无法确定是明纹还是暗纹16.把双缝干涉实验装置放在折射率为 D (D d )，所用单色光在真空中的波长为是： D n D [](A) (B)nddn 的水中，两缝间距离为d,双缝到屏的距离为 ，则屏上干涉条纹中相邻的明纹之间的距离(C)d nD(D)D 2nd17.如T12-1-17图所示，在杨氏双缝实验中，若用一片厚度为 装置中的上面一个缝挡住；再用一片厚度为d 2的透光云母片将 下面一个缝挡住，两云母片的折射率均为 n, d 1>d 2,干涉条纹的变化情况是 [](A)条纹间距减小(B)条纹间距增大 (18. 在杨氏双缝实验中，若用一片能透光的云母片将双缝装 置中的上面一个缝盖住,干涉条纹的变化情况是 [ ](A)条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C)条纹间距减小(D)整个干涉条纹将向下移动T12-1-18 图19.当单色光垂直照射杨氏双缝时 ,屏上可观察到明暗交替的干涉条纹•若减小d 1的透光云母片将双缝T12-1-17 图[](A) d 1 d o ，d 2 d o 3(B) d 1 d o ， d 2 d o 3(C) d 1do2,d2 do(D) d1 do孑d2 do(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 24. 两块平玻璃板构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射•若上面的平 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25.检验滚珠大小的干涉试装置示意如 T12-1-25(a)图.S 为光源，L 为汇聚透镜，M为半透半反镜.在平晶T i 、T 2之间放置A 、B 、C 三个滚珠，其中A 为标准，直径为d o •用 波长为 的单色光垂直照射平晶，在 M 上方观察时观察到等厚条纹如 T12-1-25(b)图所示，轻压C 端，条纹间距变大，则B 珠的直径d 1、C 珠的直径d 2与d 0的关系分别为：[ ](A)玻璃劈形膜(C)两劈形膜干涉条纹间距相同(B)空气劈形膜(D)已知条件不够，难以判定22. 用波长可以连续改变的单色光垂直照射一劈形膜 的变化情况为,如果波长逐渐变小，干涉条纹](A)明纹间距逐渐减小 并背离劈棱移动23. 在单色光垂直入射的劈形膜干涉实验中 方向可以察到干涉条纹的变化情况为 若慢慢地减小劈形膜夹角，则从入射光[](A)条纹间距减小(B) 给定区域内条纹数目增加 (C) 条纹间距增大(D) 观察不到干涉条纹有什么变化T12-1-23 图aaaaaaET12-1-25(a)图T12-1-25(b)图26•如T12-1-26(a)图所示，一光学平板玻璃 A 与待测工件B 之间形成空气劈尖， 用波长=500nm(1 nm = 10-9m)的单色光垂直照射.看到的反射光的干涉条纹如 T12-1-26(b)图所示.有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部27.设牛顿环干涉装置的平凸透镜可以在垂直于平玻璃的方向上下移动 ，当透镜向上平移(即离开玻璃板)时，从入射光方向可观察到干涉条纹的变化情况是 [](A)环纹向边缘扩散，环纹数目不变 (B)环纹向边缘扩散，环纹数目增加 (C)环纹向中心靠拢，环纹数目不变(D)环纹向中心靠拢，环纹数目减少28.牛顿环实验中，透射光的干涉情况是[](A) 中心暗斑, 条纹为内密外疏的同心圆环(B) 中心暗斑, 条纹为内疏外密的同心圆环(C) 中心亮斑，条纹为内密外疏的同心圆环(D) 中心亮斑， 条纹为内疏外密的同心圆环(平凸透镜的平面始终保29.在牛顿环装置中 ,若对平凸透镜的平面垂直向下施加压力持与玻璃片平行),则牛顿环[](A) 向中心收缩 ,中心时为暗斑，时为明斑，明暗交替变化H 1 H 1(B) 向中心收缩 ,中心处始终为暗斑(C) 向外扩张，中心处始终为暗斑(D)向中心收缩 ,中心处始终为明斑 T12-1-29 图30. 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 一2(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一2(C) 当空气劈形膜的下表面往下平移时，劈形膜上下表面两束反射光的光程差2将增加一2(D) 牛顿干涉圆环属于分波振面法干涉31.根据第k 级牛顿环的半径r k 、第k 级牛顿环所对应的空气膜厚d k 和凸透镜之凸面[](A) 不平处为凸起纹，最大高度为 500nm(B)不平处为凸起纹， 最大高度为 250nm(C) 不平处为凹槽，最大深度为 500nm 分的切线相切.则工件的上表面缺陷是 (D)不平处为凹槽，最大深度为250nmT12-1-26(a)图T12-1-26(b)图半径R 的关系式d k 工可知，离开环心越远的条纹2R[ ](A)对应的光程差越大，故环越密 (B)对应的光程差越小，故环越密 (C)对应的光程差增加越快，故环越密(D)对应的光程差增加越慢，故环越密32. 如果用半圆柱形聚光透镜代替牛顿环实验中的平凸透镜 放在平玻璃上，则干涉条纹的形状 [ ](A)为内疏外密的圆环(B)为等间距圆环形条纹 (C)为等间距平行直条纹(D) 为以接触线为中心，两侧对称分布，明暗相间，内疏外密的一组平行直条纹33. 劈尖膜干涉条纹是等间距的，而牛顿环干涉条纹的间距是不相等的•这是因为： [](A)牛顿环的条纹是环形的(B)劈尖条纹是直线形的 (C)平凸透镜曲面上各点的斜率不等(D)各级条纹对应膜的厚度不等34•如T12-1-34图所示，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e ,且n i < n 2 > n 3,为入射光在折射率为 n i 的媒质中的波35.用白光垂直照射厚度 折射率为n 1,薄膜下面的媒质折射率为 n 3 •则反射光中可看到的加强光的波长为:37. 欲使液体(n > 1)劈形膜的干涉条纹间距增大，可采取的措施是: ](A)增大劈形膜夹角 (B) (C)换用波长较短的入射光(D)38. 若用波长为的单色光照射迈克尔逊干涉仪，并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放长，则两束反射光在相遇点的相位差为： 4 n2 n n 2 [](A)e(B)e n4 n r>24 n(C) e n(D)-ee = 350nm 的薄膜，若膜的折射率 n 2 = 1.4 ,薄膜上面的媒质n 3, 且 n 1 < n 2 <](A) 450nm (C) 690nm(B) 490nm (D) 553.3nmT12-2-35 图n i36. 已知牛顿环两两相邻条纹间的距离不等. 不可行的是如果要使其相等 ,以下所采取的措施中](A)将透镜磨成半圆柱形(C)将透镜磨成三棱柱形(B)将透镜磨成圆锥形 (D)将透镜磨成棱柱形增大棱边长度换用折射率较小的液体入厚度为I 、折射率为n 的透明薄片•放入后，干涉仪两条光路之间的光程差改变量为 [](A) ( n-1) I(B) nl(C) 2 nl(D) 2( n-1)139. 若用波长为 的单色光照射迈克尔逊干涉仪 ，并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放入一厚度为I 、折射率为n 的透明薄片，则可观察到某处的干涉条纹移动的条数为 [ ](A) 4(n 1)-(B)(C)2(n 1)- (D) (n 1)丄40.如图所示，用波长为的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为 n 、劈角为 的透明劈尖b 插入光线2中，则当劈尖b 缓慢向 上移动时(只遮住S 2)，屏C 上的干涉条纹 [](A)间隔变大，向下移动 (B) 间隔变小，向上移动 (C) 间隔不变，向下移动(D) 间隔不变，向上移动41.根据惠更斯--菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S,则S 的前方某点P 的光强度取决于波阵面 S 上所有面积元发出的子波各自传到 P 点的[](A)振动振幅之和 (C)光强之和(B)振动振幅之和的平方 (D)振动的相干叠加42.无线电波能绕过建筑物，而可见光波不能绕过建筑物.这是因为 [](A)无线电波是电磁波 (B)光是直线传播的(C)无线电波是球面波(D)光波的波长比无线电波的波长小得多43.光波的衍射现象没有显著，这是由于[](A)光波是电磁波，声波是机械波 (B)光波传播速度比声波大(C)光是有颜色的(D)光的波长比声波小得多a 的单缝上，缝后紧靠着焦距为f 的薄凸透镜， 屏置于透镜的焦平面上，若整个实验装置浸入折射率为 n 体中，则在屏上出现的中央明纹宽度为的液 ](A)na2f (C)na(B) (D)na 2nf亠L L J口 I -IT12-1-44 图T12-1-40 图44.波长为的单色光垂直入射在缝宽为45. 在单缝衍射中，若屏上的P 点满足a sin ](A)第二级暗纹 (B) (C)第二级明纹 (D) 46.在夫琅和费单缝衍射实验中，欲使中央亮纹宽度增加，可采取的方法是 [](A)换用长焦距的透镜 (B)换用波长较短的入射光=5/2则该点为第五级暗纹 第五级明纹(C)增大单缝宽度 (D)将实验装置浸入水中47. 夫琅和费单缝衍射图样的特点是 [ ](A)各级亮条纹亮度相同 (B) 各级暗条纹间距不等 (C) 中央亮条纹宽度两倍于其它亮条纹宽度(D) 当用白光照射时，中央亮纹两侧为由红到紫的彩色条纹 48. 在夫琅和费衍射实验中，对给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中 心位置不变，各衍射条纹 [ ](A)对应的衍射角变小 (B)对应的衍射角变大 (C)对应的衍射角不变 (D)光强也不变 49. 一束波长为 的平行单色光垂直入射到一单缝 在屏幕E 上形成衍射图样.如果P 是中央亮纹一侧第- AB 上，装置如 T12-1-49图所示, 个暗纹所在的位置，则 BC 的长度为 [ ](A) (B)- 23 c (C) (D) 2 250.在单缝夫琅和费衍射实验中，若增大缝宽，其它条件不变，则中央明纹 [ ](A)宽度变小 (B)宽度变大 (C)宽度不变，且中心强度也不变 (D)宽度不变，但中心强度增大 51.在如T12-1-51图所示的在单缝夫琅和费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很 小.若单缝a 变为原来的 3 -,同时使入射的单色光的波长 2 3变为原来的 -，则屏幕E 上的单缝衍射条纹中央明纹的 4宽度△x 将变为原来的T12-1-51 图[](A) 44 倍 4 2 9 1 (B)-倍 (C) 9 倍 (D)-倍 3 8 2 52. 一单缝夫琅和费衍射实验装置如 T12-1-52图所 示，L 为透镜，E 为屏幕；当把单缝向右稍微移动一点时， 衍射图样将 [ ](A)向上平移 (B)向下平移 (C)不动(D)消失T12-1-52 图55.在T12-1-55图所示的单缝夫琅和费衍射实验中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会聚透镜L 2沿x 轴正方向作微小移动，则屏幕 央衍射条纹将 [](A)变宽，同时上移 (B) 变宽，同时下移 (C) 变宽，不移动 (D) 变窄，同时上移56. 一衍射光栅由宽 300 nm 、中心间距为 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57. 白光垂直照射到每厘米有5000条刻痕的光栅上，若在衍射角 =30。
大学物理波动光学课件
麦克斯韦电磁理论：19 世纪中叶，英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论，揭示了光是一种 电磁波，为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下，波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支，并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质，干涉可分为两类，分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等
。
一束光的振幅分成两部分（或以上）在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支，它主要关注 光线的方向、成像等，基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质，如光的干涉、衍射等现象 ，而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异，但彼此相互补充，构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时，只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时，光 线才能通过。这就是马吕斯定律，它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
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根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系，衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射
第12章-2波动光学
对纵波而言， 对纵波而言，由于振动方向和波的传播方 向一致，如果过波的传播方向做很多平面， 向一致，如果过波的传播方向做很多平面， 振动方向总包含在此平面内。 振动方向总包含在此平面内。因此没有振 动的取向问题，即纵波没有偏振性的问题。 动的取向问题，即纵波没有偏振性的问题。 要区别横波还是纵波， 要区别横波还是纵波，主要就是讨论这种 波动是否具有偏振性。 波动是否具有偏振性。
§12-5 光的偏振 1212-5-1 自然光与偏振光
E
H
光是一种电磁波（横波）。电矢量 光是一种电磁波（横波）。电矢量 E与磁矢量 H相 ）。 互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。 互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。
光振动： 振动。 光振动：电磁波的 E振动。 光矢量： 矢量。 光矢量：电磁波的 E矢量。
E
v
自然光： 自然光：在垂直于光传播方向上的所有可能方向 上，E 振动的振幅都相等。 振动的振幅都相等。
v
Ey
v
Ex
线偏振光：某一光束只含有一个方向的光振动。 线偏振光：某一光束只含有一个方向的光振动。 振动面：光振动方向与传播方向所确定的那平面。 振动面：光振动方向与传播方向所确定的那平面。
部分偏振光： 部分偏振光：某一方向的光振动比与之相垂直的另 一方向的光振动占优势。 一方向的光振动占优势。
12-5-2 偏振片 马吕斯定律
偏振片：能吸收某一方向的光振动， 偏振片：能吸收某一方向的光振动，而只让与之垂 直方向上的光振动通过的一种透明薄片。 直方向上的光振动通过的一种透明薄片。 偏振化方向： 偏振化方向： 允许通过的光振 动方向。 动方向。
偏振片的用途： 起偏” 偏振片的用途：“起偏”和“检偏” 检偏”
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第12章波动光学、选择题1.如T12-1-1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 片和n3,已知n 1 ::: n 2 ::: n 3.若波长为 入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) 2n ?e (B) 2n ze —1' 2(C) 2n ? -，(D) 2n ?e - ■2n 2径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1 ,折射率为n 1的一种介质; 路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2的另一介质；其余部分 可看作真空.这两条光路的光程差等于： (B) [「2 ' (n 2 —1)t 2】~｛「1 ■ (n 2 T)t 1】 (C)(「2 山2)-(「1 -n^)(D) n 2t 2 -n 1t 13.在相同的时间内，一束波长为 ，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5.波长为•的单色光在折射率为 n 的媒质中由到b 点的几何路程为：6.真空中波长为■的单色光，在折射率为n 的均匀透明媒质中从a 点沿某一路径传到b4.频率为f 的单色光在折射率为n 的媒质中的波速为其光振动的相位改变了2 n f ](A) v2 n vf(B)〒"(C)2 n nlf v,则在此媒质中传播距离为 Ivlf(D)厂](A)(B) n2(C)2.女口 T12-1-2图所示, S 1、S 2是两个相干光源, 他们到P 点的距离分别为r 1和r 2 .路[](A) (「2 口2上2)- 仃1 门缶)a 点传到b 点相位改变了二，则光从a 点S S 2T12-1-2 图点.若将此路径的长度记为I, a、b两点的相位差记为二:-,则T12-1-21 图[](A) l , .1 ・：=3 n2 3、 (C) l , . '：「=3 n2n7. 两束平面平行相干光，每一束都以强度 I 照射某一表面，彼此同相地并合在一起则合光照在该表面的强度为 [](A) I (B) 2I8. 相干光是指 [](A)振动方向相同、频率相同、相位差恒定的两束光 (B) 振动方向相互垂直、频率相同、相位差不变的两束光 (C) 同一发光体上不同部份发出的光 (D) 两个一般的独立光源发出的光 9. 两个独立的白炽光源发出的两条光线，各以强度I 照射某一表面•如果这两条光线同时照射此表面，则合光照在该表面的强度为 [](A) I(B) 2I(C) 4I(D) 8I10. 相干光波的条件是振动频率相同、相位相同或相位差恒定以及 [](A)传播方向相同 (B)振幅相同 (C)振动方向相同 (D)位置相同11.用厚度为d 、折射率分别为n i 和n 2 (n i < n ?)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验 中的上下两缝，若入射光的波长为，，此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占据 ，则该媒质的厚度为3九 [ ](A) 3’ (B) 门2 _ n 〔(C) 2' (D)n 2 _ n 112. 一束波长为■的光线垂直投射到一双缝上 ，在屏上形成明、暗相间的干涉条纹则下列光程差中对应于最低级次暗纹的是»3 .扎[](A) 2(B)(C) '(D)-(B) l ,.：：「= 3 n n 2n3 、 m(D) l n .•；，■,.：：「=3n n2(C) 41(D) 2IT12-1-11 图2 213. 在杨氏双缝实验中，若用白光作光源[ ](A)中央明纹是白色的(C)紫光条纹间距较大干涉条纹的情况为(B)红光条纹较密(D)干涉条纹为白色T12-1-21 图14. 在双缝干涉实验中，屏幕 E 上的P 点处是明条纹•若将缝S 2盖住，并在S ,S 2连线的垂直平面出放一反射镜 M ，如图所示，则此时[](A)P 点处仍为明条纹(B) P 点处为暗条纹(C) 不能确定P 点处是明条纹还是暗条纹 (D) 无干涉条纹T12-1-14图15.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 2.5 •，则屏上原来的明纹处 [](A)仍为明条纹(C)既非明条纹也非暗条纹(B)变为暗条纹(D)无法确定是明纹还是暗纹16.把双缝干涉实验装置放在折射率为 D (D d )，所用单色光在真空中的波长为是：扎DMD[](A)(B)nd dn 的水中，两缝间距离为d,双缝到屏的距离为 则屏上干涉条纹中相邻的明纹之间的距离Zd (C)nD(D)D 2nd17.如T12-1-17图所示，在杨氏双缝实验中，若用一片厚度为 装置中的上面一个缝挡住；再用一片厚度为 d 2的透光云母片将 下面一个缝挡住，两云母片的折射率均为 n, d j >d 2,干涉条纹的变化情况是 [](A)条纹间距减小 (B)条纹间距增大(C)整个条纹向上移动(D)整个条纹向下移动18.在杨氏双缝实验中，若用一片能透光的云母片将双缝装 置中的上面一个缝盖住,干涉条纹的变化情况是 [](A)条纹间距增大 (B)整个干涉条纹将向上移动 (C)条纹间距减小(D)整个干涉条纹将向下移动1 ——> 11ET12-1-17 图----- > E1L119.当单色光垂直照射杨氏双缝时 ,屏上可观察到明暗交替的干涉条纹•若减小d 1的透光云母片将双缝T12-1-18 图[ ](A)缝屏间距离，则条纹间距不变(C)入射光强度，则条纹间距不变(B)双缝间距离，则条纹间距变小(D)入射光波长，则条纹间距不变20. 在保持入射光波长和缝屏距离不变的情况下[ ](A)干涉条纹宽度将变大(C)干涉条纹宽度将保持不变,将杨氏双缝的缝距减小，则(B)干涉条纹宽度将变小(D)给定区域内干涉条纹数目将增加21. 有两个几何形状完全相同的劈形膜：一个由空气中的玻璃形成玻璃劈形膜；一个由玻璃中的空气形成空劈形膜•当用相同的单色光分别垂直照射它们时，从入射光方向观察到干涉条纹间距较大的是(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24. 两块平玻璃板构成空气劈尖，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25. 检验滚珠大小的干涉试装置示意如T12-1-25(a)图.S为光源，L为汇聚透镜，M为半透半反镜.在平晶「、T2之间放置A、B、C三个滚珠，其中A为标准，直径为d0.用波长为■的单色光垂直照射平晶，在M上方观察时观察到等厚条纹如T12-1-25(b)图所示，轻压C端，条纹间距变大，则B珠的直径d1、C珠的直径d2与d0的关系分别为：aaaaaaET12-1-25(a)图[ ](A) d1=d o ，d- d o 3 ■[ ](A)玻璃劈形膜(B)空气劈形膜(C)两劈形膜干涉条纹间距相同(D)已知条件不够，难以判定22. 用波长可以连续改变的单色光垂直照射一劈形膜的变化情况为,如果波长逐渐变小，干涉条纹](A)明纹间距逐渐减小并背离劈棱移动23. 在单色光垂直入射的劈形膜干涉实验中方向可以察到干涉条纹的变化情况为若慢慢地减小劈形膜夹角，则从入射光[ ](A)条纹间距减小(B) 给定区域内条纹数目增加(C) 条纹间距增大(D) 观察不到干涉条纹有什么变化(B) d1 =d。
- ’，d2 =d。
- 3'. 3-'-(D) d1"0-〒d2"0一刁T12-1-23 图T12-1-25(b)图T12-1-21 图3-' ■ (C) d1 "0 —，d2二d。
2 226•如T12-1-26(a)图所示，一光学平板玻璃 A 与待测工件B 之间形成空气劈尖， 用波长■= 500nm(1 nm = 10-9m)的单色光垂直照射.看到的反射光的干涉条纹如 T12-1-26(b)图所27.设牛顿环干涉装置的平凸透镜可以在垂直于平玻璃的方向上下移动，当透镜向上平移(即离开玻璃板)时，从入射光方向可观察到干涉条纹的变化情况是 [](A)环纹向边缘扩散，环纹数目不变 (B)环纹向边缘扩散，环纹数目增加 (C)环纹向中心靠拢，环纹数目不变 (D)环纹向中心靠拢，环纹数目减少28. 牛顿环实验中，透射光的干涉情况是 [](A)中心暗斑，条纹为内密外疏的同心圆环 (B) 中心暗斑，条纹为内疏外密的同心圆环(C) 中心亮斑，条纹为内密外疏的同心圆环 (D)中心亮斑，条纹为内疏外密的同心圆环 29.在牛顿环装置中，若对平凸透镜的平面垂直向下施加压力 (平凸透镜的平面始终保30. 关于光的干涉，下面说法中唯一正确的是扎[](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一2Z(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-2九(C) 当空气劈形膜的下表面往下平移时，劈形膜上下表面两束反射光的光程差2将增加一示.有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切.则工件的上表面缺陷是[](A)不平处为凸起纹，最大高度为 500nm(B) 不平处为凸起纹，最大高度为250nm(C) 不平处为凹槽，最大深度为500nm(D) 不平处为凹槽，最大深度为 250nm>)A B持与玻璃片平行)，则牛顿环](A)向中心收缩，中心时为暗斑，时为明斑，明暗交替变化 (B) 向中心收缩 ,中心处始终为暗斑 (C) 向外扩张，中心处始终为暗斑 (D) 向中心收缩 ,中心处始终为明斑T12-1-26(a)图T12-1-26(b)图T12-1-29 图2(D) 牛顿干涉圆环属于分波振面法干涉31 •根据第k 级牛顿环的半径「k 、第k 级牛顿环所对应的空气膜厚d k 和凸透镜之凸面2半径R 的关系式d k = J 可知，离开环心越远的条纹2R[ ](A)对应的光程差越大，故环越密 (B)对应的光程差越小，故环越密(C)对应的光程差增加越快，故环越密(D)对应的光程差增加越慢，故环越密32. 如果用半圆柱形聚光透镜代替牛顿环实验中的平凸透镜 放在平玻璃上，则干涉条纹的形状 [ ](A)为内疏外密的圆环(B) 为等间距圆环形条纹 (C) 为等间距平行直条纹(D)为以接触线为中心，两侧对称分布，明暗相间，内疏外密的一组平行直条纹33. 劈尖膜干涉条纹是等间距的，而牛顿环干涉条纹的间距是不相等的•这是因为： [](A)牛顿环的条纹是环形的(B)劈尖条纹是直线形的 (C)平凸透镜曲面上各点的斜率不等(D)各级条纹对应膜的厚度不等34•如T12-1-34图所示，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e ,且①＜ n 2 ＞ n 3,，为入射光在折射率为 山的媒质中的波37. 欲使液体(n ＞ 1)劈形膜的干涉条纹间距增大，可采取的措施是： [](A)增大劈形膜夹角 (B)增大棱边长度(C)换用波长较短的入射光(D)换用折射率较小的液体长, 则两束反射光在相遇点的相位差为:2 n r )24 n m[](A)e(B)e nA几n 2(C) 4 n 匕e +e n(D) 4 n n 2e扎e = 350nm 的薄膜，若膜的折射率氐=1.4 ,薄膜上面的媒质折射率为n 1,薄膜下面的媒质折射率为 n 3,且n 1 ＜氐＜n 3 •则反射光中可看到的加强光的波长为: [](A) 450nm (C) 690nm(B) 490nm (D) 553.3nm36.已知牛顿环两两相邻条纹间的距离不等.如果要使其相等 不可行的是[ ](A)将透镜磨成半圆柱形 (B)将透镜磨成圆锥形(C)将透镜磨成三棱柱形 (D)将透镜磨成棱柱形35.用白光垂直照射厚度 n 3T12-1-34 图以下所采取的措施中38.若用波长为，的单色光照射迈克尔逊干涉仪，并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放 入厚度为I 、折射率为n 的透明薄片•放入后，干涉仪两条光路之间的光程差改变量为 [](A) ( n-1) I (B) nl(C) 2 nl(D) 2( n-1)139. 若用波长为•的单色光照射迈克尔逊干涉仪，并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放入一厚度为I 、折射率为n 的透明薄片，则可观察到某处的干涉条纹移动的条数为 II II[](A) 4(n-1)—(B) n —(C)2(n -1)—(D) (n-1)-40.如图所示，用波长为■的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为 n 、劈角为[的透明劈尖b 插入光线2中，则当劈尖b 缓慢向 上移动时(只遮住S0，屏C 上的干涉条纹 [](A)间隔变大，向下移动 (B) 间隔变小，向上移动 (C) 间隔不变，向下移动 (D) 间隔不变，向上移动41.根据惠更斯--菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S,则S 的前方某点P 的光强度取决于波阵面 S 上所有面积元发出的子波各自传到 P 点的45. 在单缝衍射中，若屏上的P 点满足a sin ：：= 5/2则该点为[ ](A)振动振幅之和 (C)光强之和(B)振动振幅之和的平方(D) 振动的相干叠加42.无线电波能绕过建筑物 [](A)无线电波是电磁波(C)无线电波是球面波而可见光波不能绕过建筑物.这是因为(B) 光是直线传播的(D)光波的波长比无线电波的波长小得多43. 光波的衍射现象没有显著，这是由于 [](A)光波是电磁波，声波是机械波 (B)光波传播速度比声波大 (C)光是有颜色的(D)光的波长比声波小得多44. 波长为，的单色光垂直入射在缝宽为a 的单缝上，缝后紧靠着焦距为f 的薄凸透镜n 的液 体中，则在屏上出现的中央明纹宽度为f 扎f ■[ ](A)(B)nana 2f-2nf ' (C)na(D)a7丄■ Jd一 |丁T12-1-44 图屏置于透镜的焦平面上，若整个实验装置浸入折射率为[ ](A)第二级暗纹(B)第五级暗纹(C)第二级明纹(D)第五级明纹46. 在夫琅和费单缝衍射实验中，欲使中央亮纹宽度增加，可采取的方法是 [](A)换用长焦距的透镜 (B)换用波长较短的入射光(C)增大单缝宽度 (D)将实验装置浸入水中47. 夫琅和费单缝衍射图样的特点是 [](A)各级亮条纹亮度相同 (B) 各级暗条纹间距不等(C) 中央亮条纹宽度两倍于其它亮条纹宽度(D) 当用白光照射时，中央亮纹两侧为由红到紫的彩色条纹48. 在夫琅和费衍射实验中，对给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中 心位置不变，各衍射条纹 [](A)对应的衍射角变小 (B)对应的衍射角变大 (C)对应的衍射角不变(D)光强也不变49.一束波长为'的平行单色光垂直入射到一单缝 在屏幕E 上形成衍射图样.如果P 是中央亮纹一侧第-50. 在单缝夫琅和费衍射实验中，若增大缝宽，其它条件不变，则中央明纹个暗纹所在的位置，则 BC 的长度为[](A)'(B)23 ■2 (C)(D)2[ ](A)宽度变小(B)宽度变大(C)宽度不变，且中心强度也不变(D) 宽度不变，但中心强度增大51. 在如T12-1-51图所示的在单缝夫琅和费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很3小.若单缝a变为原来的-,同时使入射的单色光的波长23变为原来的-，则屏幕E上的单缝衍射条纹中央明纹的4宽度△x将变为原来的3 2 9 1[ ](A) 3倍(B)—倍(C)9倍(D)—倍52. 一单缝夫琅和费衍射实验装置如T12-1-52图所示，L为透镜，E为屏幕；当把单缝向右稍微移动一点时，衍射图样将[ ](A)向上平移(C)不动(B)向下平移(D)消失T12-1-52 图57.白光垂直照射到每厘米有 5000条刻痕的光栅上，若在衍射角;：=30。