大物b波动光学
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”。
北方民族大学大物题库—波动光学计算题(1)
1. 在杨氏双缝干涉实验中，用波长550nm 的单色光垂直照射在双缝上.若用一厚度为e=6.6×10-6m 、折射率为n=1.58的云母片覆盖在狭缝上方，问：(1)屏上干涉条纹有什么变化？ (2)屏上中央O 点现在是明纹还是暗纹？2. 薄钢片上有两条紧靠的平行细缝，用波长为nm 480=λ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 ．现测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为mm 0.12=∆x ，(1) 求两缝间的距离；(2) 从任一明条纹(计作0)向一边数到第20条明条纹，共经过多少距离?解：(1) 设两缝间距离为d ，则明纹坐标 λdD kx k = 由题意 k ＝5，λdD x x k 102==∆ 所以有m 100.8m 1012108.421010437---⨯=⨯⨯⨯⨯=∆=x D d λ (2) 共经过20个条纹间距，即m 104.2m 100.8108.422020247---⨯=⨯⨯⨯⨯==λd D l3. 以单色光照射到相距为0.2 mm 的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1 m ，从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5 mm ，求单色光的波长；4. 一油轮漏出的油(折射率n 1=1.20)污染了某海域, 在海水(n 2=1.30)表面形成一层薄薄的油污.(1) 如果太阳正位于海域上空，一直升飞机的驾驶员从机上向正下方观察，他所正对的油层厚度为460 nm,则他将观察到油层呈什么颜色?(2)如果一潜水员潜入该区域水下，并向正上方观察，又将看到油层呈什么颜色？5. 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?解：(1) λλk ne k =+22 (明纹中心)现 k = 1， 1e e k = 膜厚度mm 1022.1441-⨯==ne λ(2) mm 00.32==lx 6. 波长为680 nm 的平行光照射到L=12 cm 长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互接触 ，另一边被厚度Ｄ=0.048 mm 的纸片隔开. 试问在这12 cm 长度内会呈现多少条暗条纹 ?7.如图所示，利用空气劈尖测细丝直径，已知 λ=589.3 nm ，L=2.888×10-2 m,测得30条条纹的总宽度为4.295×10-3 m ,求细丝直径d.解：相邻条纹间距1=-N xb ∆，则细丝的直径为 m .)-(-510×755=21=2=L xn N L nb d ∆λλ8. 图所示为一牛顿环装置，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．解：(1)明环半径为 ,3,2,1,212=-=k R k r λ 所以入射光波长()()()m 105m 41521030.021227222--⨯=⨯-⨯⨯⨯=-=R k r λ (2)由明环半径公式()λR k r 1222-=得 5.50211054)10(217222=+⨯⨯=+=--λR r k 所以, 在OA 范围内可观察到50个明纹．9.如图所示为测量油膜折射率的实验装置，在平面玻璃片G 上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长 λ=600nm 的单色光垂直入射下，从反射光中可观察到油膜所形成的干涉条纹．已知玻璃的折射率为 n 1=1.50，油膜的折射率 n 2=1.20，问：当油膜中心最高点与玻璃片的上表面相距800nm 时，可看到几条明纹？明纹所在处的油膜厚度为多少 ?10.如图如示，折射率n 2=1.2的油滴落在n 3=1.5的平板玻璃上，.OA.形成一个上表面近似于球面的油膜，测得油膜中心最高处的高度d m =1.1μm ，用 λ=600 nm 的单色光垂直照射油膜。
大学物理波动光学总结资料
大学物理波动光学总结资料波动光学是指研究光的波动性质及与物质相互作用的学科。
在大学物理中，波动光学通常包括光的干涉、衍射、偏振、散射、吸收等内容。
以下是波动光学的一些基本概念和应用。
一、光的波动性质1.光的电磁波理论。
光是由电磁场传输的波动，在时空上呈现出周期性的变化。
光波在真空中传播速度等于光速而在介质中会有所改变。
根据电场和磁场的变化，光波可以分为不同的偏振状态。
2.光的波长和频率。
光波的波长和频率与它的能量密切相关。
波长越长，频率越低，能量越低；反之亦然。
3.光的能量和强度。
光的能量和强度与波长、频率、振幅有关。
能量密度是指单位体积内的能量，光的强度则是表征单位面积内能量流的强度。
二、光的干涉1.干涉的定义。
干涉是指两个或多个光波向同一方向传播时，相遇后相互作用所产生的现象。
2.杨氏双缝干涉实验。
当一束单色光垂直地照到两个很窄的平行缝口上时，在屏幕上会出现一系列互相平衡、互相补偿的亮和暗的条纹，这种现象就叫做杨氏双缝干涉。
3.干涉条纹的间距。
干涉条纹的间距与光波的波长、发生干涉的光程差等因素有关。
4.布拉格衍射。
布拉格衍射是一种基于干涉理论的衍射现象，用于分析材料的晶体结构。
三、光的衍射1.衍射的定义。
衍射是指光波遇到障碍物时出现波动现象，其表现形式是波动向四周传播并在背面出现干涉现象。
2.夫琅和费衍射。
夫琅和费衍射是指光波通过一个很窄的入口向一个屏幕上的孔洞传播时，从屏幕背面所观察到的特征。
孔洞的大小和形状会影响到衍射现象的质量。
3.斯特拉斯衍射。
斯特拉斯衍射是指透过一个透镜后，将光线聚焦到一个小孔上，然后在背面观察到的光的分布情况。
4.阿贝原则与分束学。
阿贝原则是指光学成像的基本原理，根据这个原理，任意一个物体都可以被看作一个点光源阵列。
分束学是将任意一个物体看作一个点光源阵列，在分别聚焦到像平面后重新合成图像。
四、光的偏振1.偏振的定义。
偏振是指光波的电场振动在一个平面内进行的波动现象。
大物光学知识点总结
大物光学知识点总结光学是物理学的一个重要分支，研究光的性质和现象。
在大物光学中，我们会涉及到光的发射、传播、反射、折射、干涉、衍射等现象，以及与光相关的一些光学仪器等内容。
下面我将从光的性质到光学仪器的操作原理等多个方面进行大物光学知识点的总结。
一、光的性质1. 光的波动性光的波动性体现在它的传播过程中表现出的波动现象。
波动光学的研究对象是光波，即一种电磁波。
光波被认为是在无损耗的传播介质中传播的横波，其速度和频率与介质的物理性质及频率有关。
光波的波长和频率分别与其传播速度相关。
光的波长范围很广，从红外线到紫外线都有。
2. 光的粒子性光的物质性在历史上曾一度备受争议，直到现代物理学的发展，通过一系列实验和理论推导，决定了光不仅具有波动性，同时也具有粒子性。
因此，光是一种既具有波动性又具有粒子性的物质。
在一些实验中，光的粒子性被称为光子，光子的能量和频率有关，频率越高，光子的能量越大。
3. 光的传播速度光在真空中的传播速度是一个常数，即光速。
光速的数值为299,792,458米/秒，这个值也是一个常数，被称为光速常数。
4. 光的折射和反射光的折射是指光从一种介质射向另一种介质时，由于介质的不同而改变传播方向的现象。
光的反射是指光线从一个介质射向另一介质界面时，由于介质的不同而发生反向传播的现象。
这两种现象都遵循斯涅尔定律，即入射角等于反射角，折射角由折射率决定。
5. 光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束光相遇时，互相干涉产生明暗条纹的现象。
光的衍射是指光线通过狭缝或者过边缘时，发生偏折和辐射现象。
这两种现象都是光的波动性产生的结果，它们被广泛应用于光学仪器的设计和使用中。
二、光学仪器1. 望远镜望远镜是一种光学仪器，利用透镜和凸面镜将远处物体的光线聚焦到焦点上，使得远处的物体看起来更加清晰和放大。
望远镜广泛应用于天文学、地质学、军事和航空领域等。
根据镜头的类型和组合方式，望远镜可分为折射望远镜和反射望远镜。
大物三下知识点公式总结
大物三下知识点公式总结第一章：波动光学1. 光的波长和频率的关系：c = λν其中，c为光速，λ为波长，ν为频率2. 失光公式：nλ = d(sinθ + sinφ)其中，n为衍射级数，λ为波长，d为衍射光栅的间距，θ为入射角，φ为衍射角3. 杨氏双缝干涉公式：干涉条纹的间距：Δy = λD/d其中，λ为波长，D为双缝到屏的距离，d为双缝间距4. 薄膜干涉条纹间距公式：2nt = kλ其中，n为薄膜折射率，t为薄膜厚度，k为干涉条纹的级数，λ为波长5. 光的偏振公式：I = I₀cos²θ其中，I为透射光强，I₀为入射光强，θ为偏振角第二章：电磁场1. 库仑定律：F = k(q₁q₂/r²)其中，F为电荷之间的电磁力，k为库仑常数，q₁、q₂为电荷量，r为电荷之间的距离2. 电场强度公式：E = kq/r²其中，E为电场强度，k为库仑常数，q为电荷量，r为距离3. 电势能和电势差公式：U = k(q₁q₂/r)V = kq/r其中，U为电荷间的电势能，V为电势差4. 高斯定理：∮E∙dA = Q/ε₀其中，∮E∙dA表示电场强度E在闭合曲面上的环量，Q为闭合曲面内的电荷总量，ε₀为真空介电常数第三章：磁场1. 洛伦兹力公式：F = qvBsinθ其中，F为洛伦兹力，q为电荷量，v为速度，B为磁感应强度，θ为速度和磁感应强度之间的夹角2. 磁场中的回路电流的环量定理：∮B∙dl = μ₀I其中，∮B∙dl表示磁感应强度B在闭合回路上的环量，I为回路内的电流，μ₀为真空磁导率3. 安培环路定理：∮B∙dl = μ₀(∑I + ε₀dΦE/dt)其中，∮B∙dl表示磁感应强度B在闭合回路上的环量，μ₀为真空磁导率，∑I为回路内的总电流，ε₀为真空介电常数，dΦE/dt为电场通量的变化率4. 毕奥-萨伐尔定律：B = μ₀/4π × (2πI/r)其中，B为磁感应强度，μ₀为真空磁导率，I为电流，r为距离第四章：电磁振荡与电磁波1. LC振荡电路的谐振频率公式：f = 1/2π√(1/LC)其中，f为谐振频率，L为电感，C为电容2. 电磁波的传播速度公式：v = 1/√(μ₀ε₀)其中，v为电磁波的传播速度，μ₀为真空磁导率，ε₀为真空介电常数3. 电磁波波长和频率的关系：v = fλ其中，v为电磁波的传播速度，f为频率，λ为波长第五章：光学器件1. 透镜成像公式：1/f = 1/d₀ + 1/di其中，f为透镜焦距，d₀为物体距透镜的距离，di为像距2. 球面折射率公式：n = c/v其中，n为球面的折射率，c为光速，v为光在介质中的传播速度3. 球面反射定律：θi = θr其中，θi为入射角，θr为反射角4. 光纤数值孔径公式：NA = √(n₁² - n₂²)其中，NA为数值孔径，n₁为光纤的折射率，n₂为包埋在光纤外部的介质折射率5. 亥姆霍兹公式：n₂/ f1 + n₁/f₂ = (n₂ - n₁)/R其中，n₁、n₂为相邻介质的折射率，f₁、f₂为相邻介质的焦距，R为曲率半径第六章：量子力学1. 德布罗意波长公式：λ = h/p其中，λ为德布罗意波长，h为普朗克常数，p为物体的动量2. 不确定性原理：ΔxΔp ≥ h/4π其中，Δx为位置不确定度，Δp为动量不确定度，h为普朗克常数3. 康普顿散射公式：Δλ = h/(m₀c)(1 - cosθ)其中，Δλ为康普顿散射的波长差，h为普朗克常数，m₀为静止质子的质量，c为光速，θ为入射角4. 薛定谔方程：iħ∂Ψ/∂t = - ħ²/2m∇²Ψ + VΨ其中，i为虚数单位，ħ为约化普朗克常数，t为时间，m为粒子的质量，∇²为拉普拉斯算子，V为势能函数，Ψ为波函数5. 光电效应方程：E = hf - φ其中，E为光子的能量，h为普朗克常数，f为光子的频率，φ为光电子的逸出功以上是大物三下知识点公式的总结，通过掌握这些公式，可以更好地理解和应用物理学中的相关知识。
大学物理题库-波动光学 光的衍射习题与答案解析
11、波动光学光的衍射一、选择题(共15题)1.在单缝夫琅禾费衍射实验中波长为λ的单色光垂直入射到单缝上．对应于衍射角为30°的方向上，若单缝处波面可分成3个半波带，则缝宽度a等于(A) λ．(B) 1.5 λ．(C) 2 λ．(D) 3 λ．［］2.一束波长为λ的平行单色光垂直入射到一单Array缝AB上，装置如图．在屏幕D上形成衍射图样，如果P是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置，则BC的长度为(A) λ / 2．(B) λ．(C) 3λ / 2 ．(D) 2λ．［］3.在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹(A) 对应的衍射角变小．(B) 对应的衍射角变大．(C) 对应的衍射角也不变．(D) 光强也不变．［］4.在单缝夫琅禾费衍射实验中，若增大缝宽，其他条件不变，则中央明条纹(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．［］5.在如图所示的单缝夫琅禾费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很小．若使单缝宽度a 变为原来的23，同时使入射的单色光的波长λ变为原来的3 / 4，则屏幕C 上单缝衍射条纹中央明纹的宽度∆x 将变为原来的(A) 3 / 4倍． (B) 2 / 3倍．(C) 9 / 8倍． (D) 1 / 2倍．(E) 2倍． ［ ］ 6.λ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；(E) 变宽，不移． ［ ］ 7.一束平行单色光垂直入射在光栅上，当光栅常数(a + b )为下列哪种情况时(a 代表每条缝的宽度)，k =3、6、9 等级次的主极大均不出现？ (A) a ＋b =2 a ． (B) a ＋b =3 a ．(C) a ＋b =4 a ． (A) a ＋b =6 a ． ［ ］ 8.在光栅光谱中，假如所有偶数级次的主极大都恰好在单缝衍射的暗纹方向上，因而实际上不出现，那么此光栅每个透光缝宽度a 和相邻两缝间不透光部分宽度b 的关系为(A) a=21b ． (B) a=b ．(C) a=2b ． (D) a=3 b ． ［ ］λ9.测量单色光的波长时，下列方法中哪一种方法最为准确？(A) 双缝干涉． (B) 牛顿环 ．(C) 单缝衍射． (D) 光栅衍射． ［ ］ 10.波长λ=550 nm(1nm=10−9m)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． ［ ］ 11.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d 不变，而把两条缝的宽度a 略微加宽，则(A) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目变少． (B) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目变多． (C) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目不变． (D) 单缝衍射的中央主极大变窄，其中所包含的干涉条纹数目变少．(E) 单缝衍射的中央主极大变窄，其中所包含的干涉条纹数目变多．［ ］ 12.某元素的特征光谱中含有波长分别为λ1＝450 nm 和λ2＝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λ2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．．．．．． ［ ］ 13.当单色平行光垂直入射时，观察单缝的夫琅禾费衍射图样．设0I 表示中央极大（主极大）的光强，1θ表示中央亮条纹的半角宽度．若只是把单缝的宽度增大为原来的3倍，其他条件不变，则(A) 0I 增大为原来的9倍，1sin θ减小为原来的 31．(B) 0I 增大为原来的3倍，1sin θ减小为原来的 31．(C) 0I 增大为原来的3倍，1sin θ增大为原来的3倍．(D) 0I 不变，1sin θ减小为原来的 31． ［ ］14.波长为0.168 nm (1 nm = 10-9 m)的X 射线以掠射角θ 射向某晶体表面时，在反射方向出现第一级极大，已知晶体的晶格常数为0.168 nm ，则θ 角为(A) 30°． (B) 45°．(C) 60°． (D) 90°． ［ ］ 15.X 射线射到晶体上，对于间距为d 的平行点阵平面，能产生衍射主极大的最大波长为 (A) d / 4． (B) d / 2．(C) d ． (D) 2d ． ［ ］二、填空题(共15题)1.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a =5 λ的单缝上．对应于衍射角ϕ 的方向上若单缝处波面恰好可分成 5个半波带，则衍射角ϕ =___________________________． 2.如图所示在单缝的夫琅禾费衍射中波长为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DB CD AC ==，则光线 1和2在P 点的相位差为___________．3.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a =2λ的单缝上，对应于衍射角为30︒方向，单缝处的波面可分成的半波带数目为________个． 4.将波长为λ的平行单色光垂直投射于一狭缝上，若对应于衍射图样的第一级暗纹位置的衍射角的绝对值为θ，则缝的宽度等于_________． 5.波长为 600 nm 的单色平行光，垂直入射到缝宽为a=0.60 mm 的单缝上，缝后有一焦距f '=60 cm 的透镜，在透镜焦平面上观察衍射图样．则：中央明纹的宽度为_______，两个第三级暗纹之间的距离为______．(1 nm =10﹣9 m) 6.a λ在单缝夫琅禾费衍射示意图中，所画出的各Array条正入射光线间距相等，那末光线1与2在幕上P点上相遇时的相位差为______ P点应为_____ 点．7.测量未知单缝宽度a的一种方法是：用已知波长λ的平行光垂直入射在单缝上，在距单缝的距离为D处测出衍射花样的中央亮纹宽度为l(实验上应保证D≈103a，或D为几米)，则由单缝衍射的原理可标出a 与λ，D，l的关系为a =_ ___．8.波长为λ的单色光垂直投射于缝宽为a，总缝数为N，光栅常数为d的光栅上，光栅方程(表示出现主极大的衍射角ϕ应满足的条件)为___________．9.一束平行单色光垂直入射在一光栅上，若光栅的透明缝宽度a与不透明部分宽度b相等，则可能看到的衍射光谱的级次为________．10.若光栅的光栅常数d、缝宽a和入射光波长λ都保持不变，而使其缝数N增加，则光栅光谱的同级光谱线将变得___________．11.用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上时，波长为λ1=440 nm的第3级光谱线将与波长为λ2=______nm的第2级光谱线重叠．(1 nm =10 –9 m)12.一双缝衍射系统，缝宽为a，两缝中心间距为d．若双缝干涉的第±4，±8，±12，±16，…级主极大由于衍射的影响而消失（即缺级），则d/ a的最大值为____ ____________．13.汽车两盏前灯相距l，与观察者相距S= 10 km．夜间人眼瞳孔直径d= 5.0 mm．人眼敏感波长为λ = 550 nm (1 nm = 10-9 m)，若只考虑人眼的圆孔衍射，则人眼可分辨出汽车两前灯的最小间距l = _________m．14.在通常亮度下，人眼瞳孔直径约为3 mm．对波长为550 nm的绿光，最小分辨角约为_______rad．(1 nm = 10-9 m)15.X射线入射到晶格常数为d的晶体中，可能发生布喇格衍射的最大波长为____________．三、计算题(共6题)1. （6分）在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽a =0.100 mm ，平行光垂直入射在单缝上，波长λ=500 nm ，会聚透镜的焦距f =1.00 m ．求中央亮纹旁的第一个亮纹的宽度∆x ． (1 nm =10–9 m)2. （5分）如图所示，设波长为λ的平面波沿与单缝平面法线成θ角的方向入射，单缝AB 的宽度为a ，观察夫琅禾费衍射．试求出各极小值(即各暗条纹)的衍射角ϕ．3. （5分）一束具有两种波长λ1和λ2的平行光垂直照射到一衍射光栅上，测得波长λ1的第三级主极大衍射角和λ2的第四级主极大衍射角均为30°．已知λ1=560 nm (1 nm= 10-9 m)，试求: (1) 光栅常数a ＋b(2) 波长λ24. （10分）波长λ=600nm(1nm=10﹣9m)的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30°，且第三级是缺级．(1) 光栅常数(a + b )等于多少？(2) 透光缝可能的最小宽度a 等于多少？(3) 在选定了上述(a + b )和a 之后，求在衍射角-π21＜ϕ＜π21范围内可能观察到的全部主极大的级次．5.（10分）以波长为λ = 500 nm (1 nm = 10-9 m)的单色平行光斜入射在光栅常数为d = 2.10 μm 、缝宽为a = 0.700 μm 的光栅上，入射角为i = 30.0°，求能看到哪几级光谱线．6. （5分）设汽车前灯光波长按λ = 550 nm (1 nm = 10-9 m)计算，两车灯的距离d = 1.22 m ，在夜间人眼的瞳孔直径为D = 5 mm ，试根据瑞利判据计算人眼刚能分辨上述两只车灯时，人与汽车的距离L ．11、波动光学 光的衍射 答案一、选择题（共15题） 1-5：D 、B 、B 、A 、D 、 6-10：C 、B 、B 、D 、B 、 11-15：D 、D 、A 、A 、D 二、填空题（共15题）1、答案：30°2、答案：π3、答案：24、答案：λ / sin θ5、答案：1.2 mm ；3.6 mm6、答案：2π 暗7、答案：2λD / l8、答案：d sin ϕ =k λ ( k =0，±1，±2,···) 9、答案：0，±1，±3，........ 10、答案：更窄更亮 11、答案：660nm 12、答案：413、答案：1.34m14、答案：2.24×10-4 rad 15、答案：2d三、计算题（共6题）1、解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x 1为：a sin θ1 = λa f f f x /sin tg 111λθθ≈≈= (∵θ1很小) 2分单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标x 2为： a sin θ2 = 2λa f f f x /2sin tg 222λθθ≈≈= (∵θ2很小) 2分 单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度 ()a a f x x x //2121λλ-≈-=∆= f λ / a=1.00×5.00×10-7 / (1.00×10-4) m=5.00 mm 2分2、解：1、2两光线的光程差，在如图情况下为ϕθδsin sin a a BD CA -=-= 2分由单缝衍射极小值条件a (sin θ－sin ϕ ) = ± k λ k = 1,2,…… 2分 （未排除k = 0 的扣1分）得 ϕ = sin —1( ± k λ / a+sin θ ) k = 1,2,……(k ≠ 0) 1分3、解：(1) 由光栅衍射主极大公式得 ()1330sin λ=+ b acm 1036.330sin 341-⨯==+λb a 3分 (2) ()2430sin λ=+ b a()4204/30sin 2=+= b a λnm 2分4、解：(1) 由光栅衍射主极大公式得a +b =ϕλsin k =2.4×10-4 cm 3分(2) 若第三级不缺级，则由光栅公式得()λϕ3sin ='+b a由于第三级缺级，则对应于最小可能的a ，ϕ'方向应是单缝衍射第一级暗纹：两式比较，得 λϕ='sin aa = (a +b )/3=0.8×10-4 cm 3分(3)()λϕk b a =+sin ，(主极大) λϕk a '=sin ，(单缝衍射极小) (k ＇=1，2，3，......)L θ2 θ1 Cx 2 x 1 ∆x f因此 k =3，6，9，........缺级． 2分又因为k max =(a ＋b ) / λ=4, 所以实际呈现k=0，±1，±2级明纹．(k=±4 在π / 2处看不到．) 2分5、解：(1) 斜入射时的光栅方程λθk i d d =-sin sin ，k = 0，±1，±2，… 2分规定i 从光栅G 的法线n －n 起，逆时针方向为正；θ 从光栅G 的法线n －n 起，逆时针方向为正．(2) 对应于i = 30°，设θ = 90°， k = k max1，则有λ1max 30sin 90sin k d d =︒-︒ )30sin 90)(sin /(1max ︒-︒=d d k λ= 2.10取整 k max1 = 2． 2分 (3) 对应于i = 30°，设θ = -90°， k = k max2， 则有 λ2max 30sin )90sin(k d d =︒-︒-]30sin )90)[sin(/(2max ︒-︒-=d d k λ = - 6.30取整 k max1 = -6． 2分 (4) 但因 d / a = 3，所以，第-6，-3，… 级谱线缺级． 2分 (5) 综上所述，能看到以下各级光谱线： -5，-4，-2，-1，0，1，2，共7条光谱线． 2分6、解：人眼最小分辨角为 θr = 1.22 λ /D 2分汽车两前灯对人眼的张角 L d /≈'θ1分 人眼刚能分辨两灯时，θθ'=r ，或 d / L =1.22 λ /D∴ ==)22.1/(λDd L 9.09 km 2分d 屏 光栅 透镜11、波动光学光的衍射一、选择题(共15题)1.在单缝夫琅禾费衍射实验中波长为λ的单色光垂直入射到单缝上．对应于衍射角为30°的方向上，若单缝处波面可分成3个半波带，则缝宽度a等于(A) λ．(B) 1.5 λ．(C) 2 λ．(D) 3 λ．［］2.一束波长为λ的平行单色光垂直入射到一单Array缝AB上，装置如图．在屏幕D上形成衍射图样，如果P是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置，则BC的长度为(A) λ / 2．(B) λ．(C) 3λ / 2 ．(D) 2λ．［］3.在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹(A) 对应的衍射角变小．(B) 对应的衍射角变大．(C) 对应的衍射角也不变．(D) 光强也不变．［］4.在单缝夫琅禾费衍射实验中，若增大缝宽，其他条件不变，则中央明条纹(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．［］5.在如图所示的单缝夫琅禾费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很小．若使单缝宽度a 变为原来的23，同时使入射的单色光的波长λ变为原来的3 / 4，则屏幕C 上单缝衍射条纹中央明纹的宽度∆x 将变为原来的(A) 3 / 4倍． (B) 2 / 3倍．(C) 9 / 8倍． (D) 1 / 2倍．(E) 2倍． ［ ］ 6.λ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；(E) 变宽，不移． ［ ］ 7.一束平行单色光垂直入射在光栅上，当光栅常数(a + b )为下列哪种情况时(a 代表每条缝的宽度)，k =3、6、9 等级次的主极大均不出现？ (A) a ＋b =2 a ． (B) a ＋b =3 a ．(C) a ＋b =4 a ． (A) a ＋b =6 a ． ［ ］ 8.在光栅光谱中，假如所有偶数级次的主极大都恰好在单缝衍射的暗纹方向上，因而实际上不出现，那么此光栅每个透光缝宽度a 和相邻两缝间不透光部分宽度b 的关系为(A) a=21b ． (B) a=b ．(C) a=2b ． (D) a=3 b ． ［ ］λ9.测量单色光的波长时，下列方法中哪一种方法最为准确？(A) 双缝干涉． (B) 牛顿环 ．(C) 单缝衍射． (D) 光栅衍射． ［ ］ 10.波长λ=550 nm(1nm=10−9m)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． ［ ］ 11.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d 不变，而把两条缝的宽度a 略微加宽，则(A) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目变少． (B) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目变多． (C) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目不变． (D) 单缝衍射的中央主极大变窄，其中所包含的干涉条纹数目变少．(E) 单缝衍射的中央主极大变窄，其中所包含的干涉条纹数目变多．［ ］ 12.某元素的特征光谱中含有波长分别为λ1＝450 nm 和λ2＝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λ2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．．．．．． ［ ］ 13.当单色平行光垂直入射时，观察单缝的夫琅禾费衍射图样．设0I 表示中央极大（主极大）的光强，1θ表示中央亮条纹的半角宽度．若只是把单缝的宽度增大为原来的3倍，其他条件不变，则(A) 0I 增大为原来的9倍，1sin θ减小为原来的 31．(B) 0I 增大为原来的3倍，1sin θ减小为原来的 31．(C) 0I 增大为原来的3倍，1sin θ增大为原来的3倍．(D) 0I 不变，1sin θ减小为原来的 31． ［ ］14.波长为0.168 nm (1 nm = 10-9 m)的X 射线以掠射角θ 射向某晶体表面时，在反射方向出现第一级极大，已知晶体的晶格常数为0.168 nm ，则θ 角为(A) 30°． (B) 45°．(C) 60°． (D) 90°． ［ ］ 15.X 射线射到晶体上，对于间距为d 的平行点阵平面，能产生衍射主极大的最大波长为 (A) d / 4． (B) d / 2．(C) d ． (D) 2d ． ［ ］二、填空题(共15题)1.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a =5 λ的单缝上．对应于衍射角ϕ 的方向上若单缝处波面恰好可分成 5个半波带，则衍射角ϕ =___________________________． 2.如图所示在单缝的夫琅禾费衍射中波长为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DB CD AC ==，则光线 1和2在P 点的相位差为___________．3.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a =2λ的单缝上，对应于衍射角为30︒方向，单缝处的波面可分成的半波带数目为________个． 4.将波长为λ的平行单色光垂直投射于一狭缝上，若对应于衍射图样的第一级暗纹位置的衍射角的绝对值为θ，则缝的宽度等于_________． 5.波长为 600 nm 的单色平行光，垂直入射到缝宽为a=0.60 mm 的单缝上，缝后有一焦距f '=60 cm 的透镜，在透镜焦平面上观察衍射图样．则：中央明纹的宽度为_______，两个第三级暗纹之间的距离为______．(1 nm =10﹣9 m) 6.a λ在单缝夫琅禾费衍射示意图中，所画出的各Array条正入射光线间距相等，那末光线1与2在幕上P点上相遇时的相位差为______ P点应为_____ 点．7.测量未知单缝宽度a的一种方法是：用已知波长λ的平行光垂直入射在单缝上，在距单缝的距离为D处测出衍射花样的中央亮纹宽度为l(实验上应保证D≈103a，或D为几米)，则由单缝衍射的原理可标出a 与λ，D，l的关系为a =_ ___．8.波长为λ的单色光垂直投射于缝宽为a，总缝数为N，光栅常数为d的光栅上，光栅方程(表示出现主极大的衍射角ϕ应满足的条件)为___________．9.一束平行单色光垂直入射在一光栅上，若光栅的透明缝宽度a与不透明部分宽度b相等，则可能看到的衍射光谱的级次为________．10.若光栅的光栅常数d、缝宽a和入射光波长λ都保持不变，而使其缝数N增加，则光栅光谱的同级光谱线将变得___________．11.用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上时，波长为λ1=440 nm的第3级光谱线将与波长为λ2=______nm的第2级光谱线重叠．(1 nm =10 –9 m)12.一双缝衍射系统，缝宽为a，两缝中心间距为d．若双缝干涉的第±4，±8，±12，±16，…级主极大由于衍射的影响而消失（即缺级），则d/ a的最大值为____ ____________．13.汽车两盏前灯相距l，与观察者相距S= 10 km．夜间人眼瞳孔直径d= 5.0 mm．人眼敏感波长为λ = 550 nm (1 nm = 10-9 m)，若只考虑人眼的圆孔衍射，则人眼可分辨出汽车两前灯的最小间距l = _________m．14.在通常亮度下，人眼瞳孔直径约为3 mm．对波长为550 nm的绿光，最小分辨角约为_______rad．(1 nm = 10-9 m)15.X射线入射到晶格常数为d的晶体中，可能发生布喇格衍射的最大波长为____________．三、计算题(共6题)1. （6分）在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽a =0.100 mm ，平行光垂直入射在单缝上，波长λ=500 nm ，会聚透镜的焦距f =1.00 m ．求中央亮纹旁的第一个亮纹的宽度∆x ． (1 nm =10–9 m)2. （5分）如图所示，设波长为λ的平面波沿与单缝平面法线成θ角的方向入射，单缝AB 的宽度为a ，观察夫琅禾费衍射．试求出各极小值(即各暗条纹)的衍射角ϕ．3. （5分）一束具有两种波长λ1和λ2的平行光垂直照射到一衍射光栅上，测得波长λ1的第三级主极大衍射角和λ2的第四级主极大衍射角均为30°．已知λ1=560 nm (1 nm= 10-9 m)，试求: (1) 光栅常数a ＋b(2) 波长λ24. （10分）波长λ=600nm(1nm=10﹣9m)的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30°，且第三级是缺级．(1) 光栅常数(a + b )等于多少？(2) 透光缝可能的最小宽度a 等于多少？(3) 在选定了上述(a + b )和a 之后，求在衍射角-π21＜ϕ＜π21范围内可能观察到的全部主极大的级次．5.（10分）以波长为λ = 500 nm (1 nm = 10-9 m)的单色平行光斜入射在光栅常数为d = 2.10 μm 、缝宽为a = 0.700 μm 的光栅上，入射角为i = 30.0°，求能看到哪几级光谱线．6. （5分）设汽车前灯光波长按λ = 550 nm (1 nm = 10-9 m)计算，两车灯的距离d = 1.22 m ，在夜间人眼的瞳孔直径为D = 5 mm ，试根据瑞利判据计算人眼刚能分辨上述两只车灯时，人与汽车的距离L ．11、波动光学 光的衍射 答案一、选择题（共15题） 1-5：D 、B 、B 、A 、D 、 6-10：C 、B 、B 、D 、B 、 11-15：D 、D 、A 、A 、D 二、填空题（共15题）1、答案：30°2、答案：π3、答案：24、答案：λ / sin θ5、答案：1.2 mm ；3.6 mm6、答案：2π 暗7、答案：2λD / l8、答案：d sin ϕ =k λ ( k =0，±1，±2,···) 9、答案：0，±1，±3，........ 10、答案：更窄更亮 11、答案：660nm 12、答案：413、答案：1.34m14、答案：2.24×10-4 rad 15、答案：2d三、计算题（共6题）1、解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x 1为：a sin θ1 = λa f f f x /sin tg 111λθθ≈≈= (∵θ1很小) 2分单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标x 2为： a sin θ2 = 2λa f f f x /2sin tg 222λθθ≈≈= (∵θ2很小) 2分 单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度 ()a a f x x x //2121λλ-≈-=∆= f λ / a=1.00×5.00×10-7 / (1.00×10-4) m=5.00 mm 2分2、解：1、2两光线的光程差，在如图情况下为ϕθδsin sin a a BD CA -=-= 2分由单缝衍射极小值条件a (sin θ－sin ϕ ) = ± k λ k = 1,2,…… 2分 （未排除k = 0 的扣1分）得 ϕ = sin —1( ± k λ / a+sin θ ) k = 1,2,……(k ≠ 0) 1分3、解：(1) 由光栅衍射主极大公式得 ()1330sin λ=+ b acm 1036.330sin 341-⨯==+λb a 3分 (2) ()2430sin λ=+ b a()4204/30sin 2=+= b a λnm 2分4、解：(1) 由光栅衍射主极大公式得a +b =ϕλsin k =2.4×10-4 cm 3分(2) 若第三级不缺级，则由光栅公式得()λϕ3sin ='+b a由于第三级缺级，则对应于最小可能的a ，ϕ'方向应是单缝衍射第一级暗纹：两式比较，得 λϕ='sin aa = (a +b )/3=0.8×10-4 cm 3分(3)()λϕk b a =+sin ，(主极大) λϕk a '=sin ，(单缝衍射极小) (k ＇=1，2，3，......)L θ2 θ1 Cx 2 x 1 ∆x f因此 k =3，6，9，........缺级． 2分又因为k max =(a ＋b ) / λ=4, 所以实际呈现k=0，±1，±2级明纹．(k=±4 在π / 2处看不到．) 2分5、解：(1) 斜入射时的光栅方程λθk i d d =-sin sin ，k = 0，±1，±2，… 2分规定i 从光栅G 的法线n －n 起，逆时针方向为正；θ 从光栅G 的法线n －n 起，逆时针方向为正．(2) 对应于i = 30°，设θ = 90°， k = k max1，则有λ1max 30sin 90sin k d d =︒-︒ )30sin 90)(sin /(1max ︒-︒=d d k λ= 2.10取整 k max1 = 2． 2分 (3) 对应于i = 30°，设θ = -90°， k = k max2， 则有 λ2max 30sin )90sin(k d d =︒-︒-]30sin )90)[sin(/(2max ︒-︒-=d d k λ = - 6.30取整 k max1 = -6． 2分 (4) 但因 d / a = 3，所以，第-6，-3，… 级谱线缺级． 2分 (5) 综上所述，能看到以下各级光谱线： -5，-4，-2，-1，0，1，2，共7条光谱线． 2分6、解：人眼最小分辨角为 θr = 1.22 λ /D 2分汽车两前灯对人眼的张角 L d /≈'θ1分 人眼刚能分辨两灯时，θθ'=r ，或 d / L =1.22 λ /D∴ ==)22.1/(λDd L 9.09 km 2分d 屏 光栅 透镜。
大学物理波动光学综合练习题(含答案)
《大学物理》综合练习(七)——波动光学教学班级： 序 号： 姓 名： 日 期：一、选择题(把正确答案的序号填入括号内)1．如图，由空气中一单色点光源S 发出的光，一束掠入射到平面反射镜M 上，另一束经折射率为n 、厚度为d 的媒质薄片N 后直接射到屏E 上。
如果l AP SA ==，D SP =， 则两相干光束SP 与SAP 在P 点的光程差为：(A) D l −=2δ； (B) 2/)1(2λδ+−−−=d n D l ；(C) d n D l )1(2−−−=δ； (D) 2/2λδ+−=D l 。
解：2/)1(22/])[(2λλδ+−−−=++−−=d n D l nd d D l[ B ]2．如图，折射率为2n 、厚度为e 的透明媒质薄膜上方和下方的透明介质的折射率分别是1n 和3n ，已知321n n n <<。
如果用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从上下两表面3题1图 题2图反射的光束的光程差是(A) e n 22； (B) 2/22λ−e n ；(C) 2/322λ−e n ； (D) 222/2n e n λ−。
解：两反射面均有半波损失,e n 22=δ。
[ A ]3．设在双缝干涉实验中，屏幕E 上的P 点是亮条纹，如将缝2S 盖住，并在21S S 连线的垂直平分面处放一反射镜M (如图)，则此时：(A) P 点处为暗条纹；(B) P 点处仍然是亮条纹；(C)无干涉条纹； (D)无法确定P 点是亮条纹还是暗条纹。
解：光在M 处发射有半波损失，故P 点处为暗条纹。
[ A ]4．用波长为λ的平行单色光垂直照射图示装置观察空气层上下表面反射光形成的等厚干涉条纹。
以下各图画出可能出现的暗条纹的形状和位置。
试判断哪一图是实际观察到的干涉暗条纹。
题3图解：λλλδ42247max =+⨯= 4max =k (明)，故图(C )正确。
[ C ]5．在迈克尔耳逊干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n 、厚度为d 的透明薄片，放入前后两条光路的光程差的改变量为(A) d n )1(−； (B) nd ； (C) d n )1(2−； (D) nd 2。
精选-大学物理波动光学总结
大学物理学波动光学的学习总结（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院131715班北京 100191）摘要：文章就大学物理学中的波动光学中的核心部分包括干涉，衍射，偏振部分的知识做了梳理，并就对推动波动光学理论建立的光学实验做了总结性的介绍和研究。
关键词：波动光学干涉衍射偏振实验19世纪初，人们发现光有干涉、衍射、和偏振等现象。
例如，在日常生活中常可看到在太阳光的照耀下，肥皂泡或水面的油膜上会呈现出色彩绚丽的彩色条纹图样；又如，让点光源发出的光通过一个直径可调的圆孔，在孔后适当位置放置一屏幕，逐渐缩小孔径，屏幕上上会出现中心亮斑，周围为明暗相间的圆环形图案等等。
这些现象表明光具有波动性，用几何光学理论是无法解释的。
由此产生了以光是波动为基础的光学理论，这就是波动光学。
19世纪60年代，麦克斯韦建立了光的电磁理论，光的干涉，衍射和偏振现象得到了全面说明。
本文将从光的干涉衍射和偏振来讨论光的波动性以及波动光学中的经典实验。
一、光的干涉1.光波定义光波是某一波段的电磁波，是电磁量E和H的空间的传播.2.光的干涉定义满足一定条件的两束(或多束)光波相遇时，在光波重叠区域内，某些点合光强大于分光强之和，在另一些点合光强小于分光强之和，因而合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布，称为光的干涉现象，光波的这种叠加称为相干叠加，合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布称为干涉条纹，其中强度极大值的分布称为明条纹，强度极小值的分布称为暗条纹.3.相干条件表述两束光波发生相干的条件是:频率相同，振动方向几乎相同，在相遇点处有恒定的相位差.4.光程差与相位差定义两列光波传播到相遇处的光程之差称为光程差;两列光波传播到相遇处的相位之差称为相位差.5.双光束干涉强度公式表述在满足三个相干条件时，两相干光叠加干涉场中各点的光强为式子中，相位差保持恒定，若021I I I ==则6.杨氏双缝千涉实验实验装置与现象如图1所示，狭缝光源S 位于对称轴线上，照明相距为a 的两个狭缝1S 和2S ，在距针孔为D 的垂轴平面上观察干涉图样，装置放置在空气(n=1)中，结构满足θθtan sin ,,≈≥≤x D D d .在近轴区内，屏幕上的是平行、等间距的明暗相间的直条纹，屏幕上P 点的光程差δ为相应明暗纹条件是\干涉条纹的位置是式中，整数k 称为干涉级数，用以区别不同的条纹.7.薄膜干涉实验装置如图2所示，扩展单色光源照射到薄膜上反射光干涉的情况，光源发出的任一单条光线经薄膜上下两个面反射后，形成两条光线①、②，在实验室中可用透镜将它们会聚在焦平面处的屏上进行观察，在膜的上下两个表面反射的两束光线①和②的光程差为二、光的衍射1.光的衍射现象定义一束平行光通过一狭缝K，在其后的屏幕上将呈现光斑，若狭缝的宽度比波度大得多时，屏幕E上的光斑和狭缝完全一致，如图3 Ca)所示，这时可成光沿直线传播的;若缝宽与光波波长可以相比拟时，在屏幕E上的光斑亮度虽然降低，但光斑范围反而增大，如图3 Cb)所示的明暗相间的条纹，这就是光的衍射现象，称偏离原来方向传播的光为衍射光.2.惠更斯一菲涅耳原理表述任何时刻波面上的每一点都可以作为子波的波源，从同一波面上各点发出的子波在空间相遇时，可以相互叠加产生干涉.3.菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射定义光源到障碍物，或障碍物到屏的距离为有限远，这类衍射称为菲涅尔衍射:光源到障碍物，以及障碍物到屏的距离都是无限远，这时入射光和衍射光均可视为平行光，这类衍射称为夫琅禾费衍射.三、光的偏振1.光的偏振性定义光波是电磁波，其电矢量称为光矢量，在垂直于传播方向的平面内，光矢量E可能具有的振动状态(矢量端点的轨迹)，称为光的偏振态.光矢量的振动方向与光传播方向所组成的平面称为振动面.2.偏振光定义振动方向具有一定规则的光波，称为偏振光。
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11-8 钠黄光波长为589.3mm ，试以一次延续时间810-计，计算一个波列中的完整波的个数。
解 178631010510589.3c N τλ-⨯⨯==≈⨯ 11-9 在杨氏双缝实验中，当做如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化（要说明理由）（1） 使两缝之间的距离逐渐减小；（2） 保持双缝的间距不变，使双缝与屏幕的距离逐渐减小；（3）如图所示，把双缝中的一条狭缝遮住，并在两缝的垂直平分线上放置一块平面反射镜。
解 （1）由条纹间距公式Dx dλ∆=，在D 和λ不变的情况下，减小d 可使x ∆增大，条纹间距变宽。
（2）同理，若d 和λ保持不变，减小D ，x ∆变小，条纹变密，到一定程度时条纹将难以分辨。
（3）此装置同洛埃镜实验，由于反射光有半波损失，所以()212D x k d D x k dλλ=-=明暗与杨氏双缝的干涉条纹相比，其明暗条纹分布的状况恰好相反，且相干的区域仅在中心轴线上方的一部分。
11-10 洛埃镜干涉装置如图所示，光源波长77.210m λ-=⨯，试求镜的右边缘到第一条明纹的距离。
解 因为镜右边缘是暗纹中心，它到第一明条纹的距离h 应为半个条纹间隔，()531120307.210 4.510220.4D h cm d λ--+==⨯⨯⨯=⨯ 11-11 由汞弧灯发出的光，通过一绿光滤光片后，照射到相距为0.60mm 的双缝上，在距双缝2.5m 远处的屏幕上出现干涉条纹。
现测得相邻两明条纹中心的距离为2.27mm ，求入射光的波长 解 有公式Dx dλ∆=得()()3372.27100.0610 5.5105502.5d x m nm D λ---⨯⨯⨯=∆•==⨯=11-12 在双缝装置中，用一很薄的云母片（n=）覆盖其中的一条狭缝，这时屏幕上的第七级明条纹恰好移到屏幕中央原零级明条纹的位置。
如果入射光的波长为550nm ，则这云母片的厚度应为多少解 设云母片的厚度为()17ne e n e σλ=-=-=，根据题意，插入云母片而引起的光程差为()967755010 6.6101 1.581e m n λ--⨯⨯===⨯--11-13 在杨氏干涉装置中，光源宽度为0.25b mm =，光源至双孔的距离为20R cm =，所用光波波长为546nm λ=。
（1）试求双孔处的横向相干宽度d ；（2）试求当双孔间距为0.50d mm '=时，在观察屏幕上能否看到干涉条纹（3）为能观察到干涉条纹，光源至少应再移动多少距离 解 （1） 由公式Rb dλ<得()62010546100.440.25R b mm d λ-⨯⨯⨯<=≈（2）不能，因为，0.50d mm '=()170.25100.50102354610bd R cm λ-'⨯⨯⨯'>=≈⨯ （3）()23203R R R cm '∆=-=-=11-14 在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白色光源，其波长范围为100nm λ∆=，平均波长为490nm λ=。
试估计从第几级开始，条纹将变得无法分辨解 设蓝绿光的波长范围为12λλ-，则按题意有()()()212110014902nm nm λλλλλλ-=∆=+== 相应于1λ和2λ，杨氏干涉条纹中k 级极大的位置分别为1122,D D x kx k d dλλ== 因此，k 级干涉条纹所占据的宽度为2121D D Dx x kk k d d dλλλ-=-= 显然，当此宽度大于或等于相应与平均波长λ的条纹间距时，干涉条纹变得模糊不清，这个条件可以表达为D D kd dλλ∆≥ 即4.9k λλ≥=∆ 所以，从第五级开始，干涉条纹变得无法分辨。
11-15（1）在白色的照射下，我们通常可看到呈彩色花纹的肥皂膜和肥皂泡，并且当发现有黑色斑纹出现时，就预示着泡沫即将破裂，试解释这一现象。
（2）在单色照射下观察牛顿环的装置中，如果在垂直于平板的方向上移动平凸透镜，那么，当透镜离开或接近平板时，牛顿环将发生什么变化为什么解 （1）肥皂泡沫是由肥皂水形成的厚度一般并不均匀的薄膜，在单色光照射下便可产生等厚干涉花纹。
用白光照射可产生彩色的干涉花纹。
设泡沫上的黑斑这一局部区域可近似看作是厚度e 均匀的薄膜，由于它的两表面均与空气相接触，因此在薄膜干涉的反射光相消条件中须计入半波损失，其为()221,0,1,2,3,22k k λλ=+=…… 式中，为入射光的波长，i 为光线的入射角。
挡在白光照射下观察到黑斑这一现象，说明对于任何波长的可见光在该处均产生干涉相消，于是由上面的公式可见，此时惟有k=0,厚度0e →时，才能成立。
因而黑斑的出现即使肥皂沫先破裂的先兆。
（2）在牛顿环装置中，若平凸透镜球面与平板玻璃相接触，空气膜上下表面反射光之间的光程差22e λδ=+式中e 是空气薄膜厚度，离中心不同的地方，e 的大小不同。
将平凸透镜垂直于平板方向向上移动一距离h ，则各处的空气层厚度均增加同一量值2h ，为()22e h λδ=++因此，各处的干涉条纹的级数。
每当h 增加4λ时，干涉条纹向内收缩，明与暗之间交替变化一次。
而每当h 增加2λ，干涉条纹有变得与原来相同（仅是干涉条纹的级数k 增加1）。
所以，当透镜离开（或接近）平板时，牛顿环发生收缩（或扩张），各处将整体同步地发生明、暗的交替变化，而在指定的圆环范围内，包含的条纹数目则是始终不变的。
11-16 波长范围为400nm-700nm 的白光垂直入射在肥皂膜上，膜的厚度为550nm ，折射率为。
试问在反射光中哪些波长的光干涉增强那些波长的光干涉相消 解 垂直入射是，考虑到半波损失，反射干涉光的光程差为22ne λδ=+当2,1,2,3,2ne k k λλ+==… 时，干涉相长，()322 1.350.55101122ne nm k k λ⨯⨯⨯=--=当3k =时594nm λ=，当4k =时424nm λ= 当2(21),0,1,2,3,22ne k k λλ+=+=…时，干涉相消，2nekλ=取3,495k nm λ== 。
11-17 在棱镜()1 1.52n =表面涂一层增透膜，为使此增透膜()2 1.30n =适用于550m 波长的光，膜的厚度应取何值解 设垂直入射于增透膜上，根据题意：212,0,1,2,,2n e k k λ⎛⎫=+= ⎪⎝⎭…膜厚2122e k n λ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭令0k = ，可得增透膜的最薄厚度为()min 105.8e nm =11-18 有一楔形薄膜，折射率 1.4n =，楔角410rad θ-=，在某一单色光的垂直照射下，可测得两相邻明条纹之间的距离为0.25cm ，试求：（1）此单色光在真空中的波长;（2）如果薄膜长为3.5cm ，总共可出现多少条明条纹 解 （1） 由楔形薄膜的干涉条件得两相邻明条纹间距：2sin 2n x n λλθθ∆=≈2n x λθ=•∆以421,10,0.2510n rad x m θ--==∆=⨯代入上式得60.710700m nm λ-=⨯=（2）在长为23.510m -⨯的楔形膜上，明条纹总数为()14lm x==∆条 11-19 图为一干涉膨胀仪的示意图，AB 与A B ''二平面玻璃板之间放一热膨胀系数极小的熔石英环柱CC '，被测样品W 置于该环柱内，样品的上表面与AB 板的下表面形成一楔形空气层，若以波长为λ 的单色光垂直射于此空气层，就产生等厚干涉条纹。
设在温度为0t C ︒时，测得样品的长度为0L ；温度升高到时0t C ︒，测得样品的长度为L.并且在这过程中，数得通过视场中某一刻线的干涉条纹数目为N,设环柱CC '的长度变化可以忽略不计，求证：被测样品材料的热膨胀系数β为()002N L t t λβ=-解 该装置中AB 平板玻璃与样品W 表面中间所夹的是一楔形空气薄膜，在等厚干涉条纹中，设在温度0t 时，某一刻线所在位置对应于第k 级暗条纹，此处楔形空气层的厚度为k e 满足2k e kλ=温度升高到时，由于样品W 的长度发生膨胀，有N 条干涉条纹通过此刻线，则对应该刻线处干涉条纹级数变为k-N,于是楔形空气层厚度变为()2k N e k N λ-=-依照题意，忽略石英环的膨胀，则该处空气层厚度的减少为02k k N L L L e e Nλ-∆=-=-=由膨胀系数的定义得()0000012L L N L t t L t t λβ-=•=-- 11-20 利用楔形空气薄膜的等厚干涉条纹，可以测量经精密加工后工件表面上极小纹路的深度。
如图，在工件表面上放一平板玻璃，使期间形成楔形空气薄膜，以单色光垂直照射玻璃表面，用显微镜观察干涉条纹，由于工件表面不平，观察到的条纹如图所示，试根据条纹弯曲的方向，说明工件表面上纹路是凹的还是凸的并证明纹路深度可用下式表示：2a Hb λ=• 其中a,b 如图所示。
解 纹路是凹的，因工件表面有凹纹，故各级等厚线的相应部分向楔形膜顶端移动。
两相邻暗纹间距离为b,对应高度差为2λ，则有sin 2b λθ=当条纹移动距离为a 是，对应高度差H(即纹路深度）为sin 2a H ab λθ==• 11-21 （1）若用波长不同的观察牛顿环，12600,450nm nm λλ==，观察到用1λ时的第k个暗环与用2λ时的第k+1个暗环重合，已知透镜的曲率半径是190cm ，求用1λ时第k 个暗环的半径.(2)若在牛顿环中波长为500nm 的光的第5个明环与波长为λ的光的第6个明环重合，求波长λ。
解 （1）牛顿环中k 级暗条纹半径k r =依照题意，当1λ光的k 级暗条纹与2λ光的第1k +级暗条纹在r 处重合是满足(1)(2)r r =-----=--由(1）、（2）式解得212(3)k λλλ=------（3）式代入(1)式得()31.8510r m -==⨯（2）用波长1500nm λ=的光照射，15k =级的明环与用波长为λ的光照射时，26k =级的明环重合，则有关系式r ==所以，()11221251500409.121261k nm k λλ-⨯-==⨯=-⨯-11-22 在图所示的装置中，平面玻璃板是由两部分组成的（冕牌玻璃和火石玻璃），透镜是用冕牌玻璃制成，而透镜与玻璃板之间的空间充满着二硫华碳，试问 由此而成的牛顿环的花样如何为什么解 由于火石玻璃的折射率大于二硫化碳的折射率，而二硫化碳的折射率大于冕牌玻璃，当光波由冕牌玻璃射向二硫化碳，以及由二硫化碳射向火石玻璃时，都有“半波损失”，上、下表面反射没有额外程差2λ，而光波由二硫化碳射向冕牌玻璃时没有半波损失，因此在右半边上下表面反射有额外程差，所以此扭动环的花样有以下特点：（1）在牛顿环中心，火石玻璃一侧外为亮斑，冕牌玻璃一侧处为暗斑，（2）火石玻璃处，由中心向外为亮斑、暗斑、亮环交替变化；冕牌玻璃处由中心向外为暗斑、亮环、暗环交替变化。