物理光学习题库——光的干涉部分
一、选择题
1. 下列哪一个干涉现象不属于分振幅干涉？
A. 薄膜干涉
B.迈克尔逊干涉
C.杨氏双缝干涉
D.马赫-曾德干涉
2. 平行平板的等倾干涉图样定域在
A. 无穷远
B.平板上界面
C.平板下界面
D.自由空间
3. 在双缝干涉试验中，两条缝的宽度原来是相等的，若其中一缝的宽度略变窄，则
A.干涉条纹间距变宽
B. 干涉条纹间距变窄
C.不再发生干涉现象
D. 干涉条纹间距不变，但原来极小处强度不再为0
4. 在杨氏双缝干涉实验中，相邻亮条纹和相邻暗条纹的间隔与下列的哪一种因素无关？
A.光波波长
B.屏幕到双缝的距离
C. 干涉级次
D. 双缝间隔
5. 一束波长为λ的单色光从空气中垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，要使反射光得到干涉加强，薄膜厚度应为
A.λ/4
B.λ/4n
C. λ/2
D. λ/2n
6. 在白炽灯入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色蓝到红的空间位置是
A.由里向外
B.由外向里
C. 不变
D. 随机变化
7. 一个光学平板玻璃A与待测工件B之间形成空气劈尖，用波长为500nm的单色光垂直照明，看到的反射光干涉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，最大高度为250nm
B.不平处为凸起，最大高度为500nm
C.不平处为凹槽，最大高度为250nm
D. 不平处为凹槽，最大高度为500nm
8. 在单色光照明下，轴线对称的杨氏干涉双孔装置中，单孔屏与双孔屏的间距为1m，双孔屏与观察屏的间距为2m，装置满足远场、傍轴近似条件，屏上出现对比度K=0.1的等间隔干涉条纹，现将双孔屏沿横向向上平移1mm，则
A. 干涉条纹向下平移2mm
B. 干涉条纹向上平移2mm
C. 干涉条纹向上平移3mm
D. 干涉条纹不移动
9. F-P腔内间距h增加时，其自由光谱范围Δλ
A. 恒定不变
B. 增加
C. 下降
D. =0
10. 把一平凸透镜放在平玻璃板上，构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢向上平移时，由反射光形成的牛顿环
A. 向中心收缩，条纹间隔不变
B. 向中心收缩，环心呈明暗交替变化
C. 向外扩张，环心呈明暗交替变化
D. 向外扩张，条纹间隔变大
11. 在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，垂直光线方向放入折射率为n、厚度为h的透明介质片，放入后，两路光束光程差的改变量为
A. 2（n-1）h
B. 2nh
C. nh
D. （n-1）h
12. 在楔形平板的双光束干涉实验中，下列说法正确的是
A. 楔角越小，条纹间隔越宽；
B. 楔角一定时，照射波长越长，条纹间隔越宽
C. 局部高度变化越大，条纹变形越严重
D. 形成的干涉属于分波前干涉
13. 若把牛顿环装置（都是用折射率为1.52的玻璃制成的）由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹会
A. 不变
B. 变密集
C.变稀疏
D.不确定
14. 若想观察到非定域干涉条纹，则应选择
A. 单色扩展光源
B.单色点光源
C. 白光扩展光源
D. 白光点光源
15. 将一金属丝置于两块玻璃平板之间，构成如图所示的结构，
当在A点施加一个均匀增加的力F时，下列说法正确的是
A.条纹间隔逐渐增大
B.条纹数量逐渐变多
C.干涉条纹级次
D.条纹向级次低的方向移动
16. 由A、B两只结构相同的激光器发出的激光具有非常接近的强度、波长及偏振方向，这两束激光
A. 相干
B.不相干
C.可能相干
D.无法确定
17. 下列干涉现象不属于分振幅干涉的是
A. 薄膜干涉
B.迈克尔逊干涉
C. 马赫-增德尔干涉
D.菲涅尔双棱镜干涉
18. 有关平行平板的多光束干涉，下列说法正确的是
A. 干涉形成的条件是在平板的内表面镀增透膜
B.透射场的特点是在全亮的背景上得到极细锐的暗纹
C.膜层的反射率越低，透射场的亮纹越细锐
D. 透射场亮纹的光强等于入射光强
19.镀于玻璃表面的单层增透膜，为了使增透效果好，膜层材料的折射率应该（）
A.大于玻璃折射率
B.等于玻璃折射率
C.介于玻璃折射率与空气折射率之间
D. 等于空气折射率
E. 小于空气折射率
二、填空题
1. 干涉条纹对比度表达式为，其取值范围是，两列相干简谐波叠加时，两列波的振幅比为1:3时，则干涉条纹对比度为。
2. 干涉的三个基本条件是。
3. 光源的相干长度与相干时间的关系是，相干长度越长，说明光源的时间相干性。
4. 获得相干光的方法有和，杨氏双缝干涉属于，牛顿环属于。
5. 迈克尔逊干涉仪的可移动反射镜移动了0.310mm，干涉条纹移动了1250条，则所用的单色光的波长为。
6. 牛顿环实验中所观察的条纹属于（填写“等倾或等厚”）干涉条纹，干涉条纹从中心向外，干涉级次（填写“增大或减小”）。
7. 某种放电管产生的镉（Cd）红光，其中心波长λ=644nm，相干长度Lc=200mm，求镉红光的线宽Δλ为，频宽Δυ为。
8. 氪红线波长为605.7nm，谱线宽度为Δλ=0.0047nm，则它的相干长度为，相干时间为。
9. 一束波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明膜中，要使透射光加强，则膜的厚度至少为。
10. 在杨氏双缝实验中，缝距为0.45mm，缝与屏的距离为1.2m，测得10个亮条纹之间的距离时1.5cm，则光源的波长为。
11. 用波长为600nm的单色光垂直照射一玻璃楔时，发现干涉条纹出现局部弯曲，测得此时Δe=0.2e，设玻璃的折射率为1.5，则玻璃楔的局部厚度变化为。
12. 有两个波长在600nm附近相差1nm，要用法布里—珀罗干涉仪把它们分辨开，设反射率为0.95，则干涉仪两平面镜之间的间隔应为。
13. 利用等厚干涉条纹测量楔角时，所用光波波长为600nm，已知楔形板材料的折射率为
n=1.52，在长为5cm的范围内刚好有15个条纹间隔，则楔角的大小为rad。
14. 在折射率为n=1.55的玻璃表面镀一层折射率为n1=1.38的氟化镁增透膜，当入射光波为550nm时，则膜的厚度至少为。（按照正入射考虑）
15. 某一光源发射中心波长为600nm的光波，原子发射时间为10-9s，则光源发出光波的波长宽度为nm。
16. 光的干涉和衍射现象反映了光性质，光的偏振现象说明光波是波。
三、简答题
1. 获得相干光的方法有哪几种？
2. 等倾干涉条纹和牛顿环有何异同？在实验中如何区分这两种干涉图样？
3. 迈克尔逊干涉是常见的光学仪器，请画出它的平面结构图，说明各个元件的作用，结合图解释为什么可以用面光源，讨论干涉条纹的特征。
4. 在牛顿环装置的透镜（n1）与平板（n2）之间，充入液体（n3），且n1 5. 为什么厚的薄膜不能观察到干涉条纹？如果薄膜的厚度很薄（远小于入射光波长），则能否观察到干涉条纹？ 6.为什么白光下,只有很薄的膜才能呈现彩色，而普通玻璃则看不到? 7.吹起的小肥皂泡往往是无色的，当吹大到一定程度后会出现随肥皂泡增大而改变的色彩，当肥皂泡很薄时（破裂前的瞬间）会变得暗而无色，为什么？ 8.在杨氏双孔干涉实验中，小孔S沿着平行于s1和s2的连线方向上下移动,干涉条纹是否有变化,将怎样变化？如果小孔S沿着垂直于两孔连线方向前后移动,干涉条纹是否有变化？为什么？ 9.多光束干涉和双光束干涉有何异同？为什么多光束干涉多采用透射光干涉，而双光束干涉采用反射光干涉？请从干涉装置、干涉条纹形状、定域位置等方面回答。 10.提高法布里-珀罗干涉仪的分辨本领的方法是什么？ 11.在杨氏双缝干涉实验中，两缝的宽度会对干涉条纹间距产生影响吗？如果双缝彼此稍微移近，干涉条纹有何变化？ 12.平行平板的等倾干涉条纹定域在什么位置？楔形板的等厚干涉条纹定域在什么位置？ 13.太阳光垂直入射到厚度为815nm、折射率为1.33的肥皂泡表面上（肥皂泡两面皆为空气），问可见光波中哪些波长将反射干涉相长？ 14.在泰曼干涉仪中，半透半反的分光镜没有镀膜，观察屏上视场内有8个同心暗环，且圆环中心是暗斑。移动两个反射镜之一，看到暗环扩展，并在中心一一出现6个暗环，此时，视场内共有16个暗环。问：此干涉条纹是等倾条纹还是等厚条？条纹中心对应的光程差和波长的关系式是什么？反射镜按什么相对方向移动？ 四、计算题 1. 在杨氏干涉实验中，双缝间距为1mm，离观察屏1m，用钠黄光做光源，它发出两种波长的单色光，λ1=589.0nm和λ2=589.6nm，则两种单色光的第5级亮纹之间的间隔为多少？ 2. 在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，用一片折射率为1.6的透明玻璃贴住其中一个小孔，发现屏上的条纹移动了0.5cm，试确定该薄片的厚度。 3. 在杨氏双缝干涉的双缝后面分别放置折射率分别为n1=1.4和n2=1.7的两块厚度相同的玻璃片，则原来的中央极大所在的位置被第5级亮条纹所占据，设入射光波长为λ=480nm，求玻璃片的厚度h及条纹迁移方向。 4. 在杨氏双缝干涉实验中，入射光源的平均波长λ=0.6μm，?λ=10nm, 两缝间距为d=1mm，缝到观察屏的距离为D=1m.求干涉条纹的区域宽度，此区域一共有多少条纹? 5.在折射率为1.5的玻璃上，镀上折射率为1.35的透明介质膜，入射光波垂直于介质膜表面照射，观察反射光的干涉，发现对λ1=600nm的光波干涉相消，对λ2=700nm的光波干涉相长，且在600-700nm没有别的波长出现最大限度相消或相长情形，试求所镀介质膜的厚度。 6. 在杨氏双缝干涉实验装置中，双缝间隔为0.5mm，接收屏距双缝1m，点光源距离双缝300mm，发射出500nm的单色光，试求（1）屏上干涉条纹的间隔；（2）若点光源由光轴向下平移2mm，屏上干涉条纹向什么方向移动？（3）若点光源发射出的光波为范围内的准单色光，求屏上能够看到的干涉极大的最高级次。 7. 一个长为30mm的充以空气的气室置于杨氏装置的一个小孔前，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，已知照明光波长为λ=656.28nm，空气折射率为n0=1.000276。试求注入气室内气体的折射率。 8. 在照相物镜上通常镀上一层光学厚度为5λ/4（λ=550nm）的低折射率介质膜，问：（1）介质膜的作用是什么？（2）求此时可见光区（390-780nm）反射的最大波长，薄膜呈什么颜色？ 9. 迈克尔逊干涉仪可以用来精确测量单色光波长，调整仪器，使得观察到单色光照明下的等倾干涉条纹。如果把可移动臂移动了0.03164mm，条纹移动了100个，求单色光波长。 10. 用He-Ne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，且中心是暗斑。然后移动反射镜M1，看到环条纹收缩，并且一一在中心消失了20个环，此时视场内只有10个暗环，试求：（1）M1移动前中心暗斑的干涉级次（设干涉仪分光板不镀膜）。（2）M1移动后第5个暗环的角半径。 11. 在折射率为1.5的玻璃上，镀折射率为1.35的透明介质薄膜，入射光波垂直于介质膜表面照射，观察反射光的干涉，发现对λ1=600nm的光波干涉相消，对λ2=700nm的光波干涉相长，且在600-700nm之间没有别的波长出现最大限度相消或相长的情形，求所镀介质的厚度。 12. 在等倾干涉实验中，若照明光波的波长λ=600nm，平板的厚度h=2mm，折射率为n=1.5，其下表面涂有高折射率介质n H>1.5，问（1）在反射光方向观察到的圆条纹中心是暗还是亮？（2）由中心向外计算，第10个亮纹的半径是多少（观察望远物镜的焦距为20cm）？ 13. He-Ne激光器发出波长为632.8nm的单色光，垂直照射在两块平面玻璃片上，两玻璃片一边相互接触，另一边夹着一块云母片，形成一空气劈尖。测得50条暗条纹间距离为6.351mm，劈尖边到云母片的距离为30.313mm，求云母片的厚度。 14. F-P标准距的间隔为2.5mm，对于500nm的光，条纹系中心的干涉级次是多少？如果照明光波中包含平均波长为500nm的两种光波，且他们的环条纹距离为1/100条纹间距，则两种光波的波长差为多少？ 15. F-P标准具的间隔h=2mm，所使用的单色光波长为632.8nm，标准距两镜面的反射率R=0.98，求（1）标准距所能测量的最大波长差是多少？（2）所能分辨的最小波长差是多少？ 16.在洛埃镜实验中，点光源在平面镜上方2mm处，平面反射镜位于光源和观察屏正中间，镜长40cm，屏到光源的距离为1.5m，光波长为500nm。求（1）干涉条纹间距；（2）屏上干涉条纹的范围；（3）干涉条纹数目。 17. 用平均波长λ=500nm的准单色点光源做杨氏实验，已知S1S2=d=1mm，双缝屏与观察屏的距离为1m，欲使观察屏上干涉条纹区域宽度达10cm，问光源的光谱宽度Δλ不能超过多少？ 度为50cm的真空气室，端面与光线垂直。在观察到 干涉仪产生的条纹后，缓缓向气室D2充以某种气体， 最后发现条纹移动了112个，实验用光波长为500nm。 试计算该气体的折射率。 五、综合设计计算题 1. F-P标准距两镜面的间隔为1cm，在其两侧各放一个焦距为150mm的准直透镜L1和会聚 透镜L2，直径为1cm的光源（中心在光轴上）置于L1的焦平面上，光源为λ=589.3nm的单色光，设空气折射率为1。（1）计算L2焦点处的干涉级次，在L2的焦面上能看到多少个亮条纹？其中半径最大条纹的干涉级和半径是多少？（2）若将一片折射率为1.5，厚度为0.5mm 的透明薄片插入其间至一半位置，干涉环条纹应怎样变化？ 2.激光器的共振腔就是一个F-P标准具。一台氦氖激光器（λ=632.8nm）要求能分辨频率间隔为500MHz 两个震荡模式。（1）试问所需器件的色分辨本领多大？（2）设构成标准具的两平面镜的光强反射率R=0.99，问它们相距多远才能达到上述要求？ 3. 用单色自然光点光源作杨氏实验，P、P1和P2为理想偏振片，P1、P2的透振方向与P 的透振方向的夹角分别为ɑ和β，求屏幕上干涉条纹的衬比度。 4.假设科学家发现了一种新元素X，正常情况下其只发出一条单谱线的光，波长为λ=500nm；如果将该元素放到磁场中，则其单谱线分裂为强度相等的两条谱线，中心波长仍为λ，且两条谱线的波长差为Δλ。先采用理想的杨氏双缝干涉仪对X进行分析，双缝（或双孔）间距为5mm，观察屏离双缝（或小孔）的垂直距离为2m。在不加磁场时,观察屏上得到理想的清晰条纹，其条纹间距为多少？ 然后对X加上磁场，发现不再是理想的清晰条纹，条纹的清晰度发生周期性的变化；变化规律为：第0级最清晰，然后清晰度下降，直到第125级最不清晰；然后又逐渐清晰，直到第250级最清晰，以此重复。则可以估计出Δλ为多少？ 若在加磁场的情况下，采用平面波正入射透射光栅光谱仪对X进行分析，须在300衍射角度方向上的1级光谱级次观察到分裂的两条光谱线，则光栅线数N至少为多少，此时对应波长λ=500nm的光栅常数d为多大？ 第一章 波动光学通论 作业 1、已知波函数为：?? ? ???-?=-t x t x E 157 105.11022cos 10),(π，试确定其速率、波长和频率。 2、有一张0=t 时波的照片，表示其波形的数学表达式为 ?? ? ??=25sin 5)0,(x x E π。如果这列波沿负 x 方向以2m/s 速率运动， 试写出s t 4=时的扰动的表达式。 3、一列正弦波当0=t 时在0=x 处具有最大值，问其初位相为多少？ 4、确定平面波：?? ? ??-+ + =t z k y k x k A t z y x E ω14314 214 sin ),,,(的传播方向。 5、在空间的任一给定点，正弦波的相位随时间的变化率为 s rad /101214?π，而在任一给定时刻，相位随距离 x 的变化是 m rad /1046?π。若初位相是 3 π ，振幅是10且波沿正x 方向前进， 写出波函数的表达式。它的速率是多少？ 6、两个振动面相同且沿正x 方向传播的单色波可表示为： )](sin[1x x k t a E ?+-=ω，]sin[2kx t a E -=ω，试证明合成波的表达式可 写为?? ??? ???? ? ??+-?? ? ???=2sin 2cos 2x x k t x k a E ω。 7、已知光驻波的电场为t kzcoa a t z E x ωsin 2),(=，试导出磁场),(t z B 的表达式，并汇出该驻波的示意图。 8、有一束沿z 方向传播的椭圆偏振光可以表示为 )4 cos()cos(),(00π ωω--+-=kz t A y kz t A x t z E 试求出偏椭圆的取向 和它的长半轴与短半轴的大小。 9、一束自然光在30o 角下入射到空气—玻璃界面，玻璃的折射率n=，试求出反射光的偏振度。 10、过一理想偏振片观察部分偏振光，当偏振片从最大光强方位转过300时，光强变为原来的5／8，求 (1)此部分偏振光中线偏振光与自然光强度之比； (2)入射光的偏振度； (3)旋转偏振片时最小透射光强与最大透射光强之比； (4)当偏振片从最大光强方位转过300时的透射光强与最大光强之比． 11、一个线偏振光束其E 场的垂直于入射面，此光束在空气中以45o 照射到空气玻璃分界面上。假设n g =，试确定反射系数和透射系数。 12、电矢量振动方向与入射面成45o 的线偏振光入射到两种介质得分界面上，介质的折射率分别为n 1=1和n 2=。（1）若入射角为50o ，问反射光中电矢量与入射面所成的角度为多少？（2）若入射角为60o ，反射光电矢量与入射面所成的角度为多少？ 13、一光学系统由两片分离的透镜组成，两片透镜的折射率分别为和，求此系统的反射光能损失。如透镜表面镀上增透 第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位差为3，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5 B. C. 3 D. /n 解： πλ π ?32== ?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大，其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条纹将变密。 本题答案为A 。 3．在空气中做双缝干涉实验，屏幕E 上的P 处是明条纹。若将缝S 2盖住，并在S 1、S 2连线的垂直平分面上放一平面反射镜M ，其它条件不变(如图)，则此时 ( B ) A. P 处仍为明条纹 B. P 处为暗条纹 C. P 处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E 上无干涉条纹 解 对于屏幕E 上方的P 点，从S 1直接入射到屏幕E 上和从出发S 1经平面反射镜M 选择题3图 反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增，因此原来是明条纹的将变为暗条 纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B 。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为 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，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. /4 B. / (4n ) C. /2 D. / (2n ) 6．在折射率为n =的玻璃表面上涂以折射率n =的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. C. D. 解：增透膜 6.904/min ==n e λnm 本题答案为C 。 7．用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖上，观察等厚干涉条纹。当劈尖角增 大时，观察到的干涉条纹的间距将（ B ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 解：减小。 增大，故l n l ,sin 2θθ λ = 本题答案为B 。 8. 在牛顿环装置中，将平凸透镜慢慢地向上平移，由反射光形成的牛顿环将 第一章光的电磁理论 在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ= ==×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s， 初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m，波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 .一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求： （1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写 解：（1）振幅A=2V/m ，频率υ=Hz，波长λ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y 轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= .一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex=， 试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ=； （3）相速度v=，所以折射率n= 写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得 ； （2）同理：发散球面波 ， 汇聚球面波 。 一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为m ，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E ，B表达式。解：，其中 = = = ， 同理：。 ，其中 = 。 一个沿k方向传播的平面波表示为 E=，试求k 方向的单位矢。 解：， 又， ∴=。 证明当入射角=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有。 证明： = === 证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。证明：由布儒斯特角定义，θ+i=90o ， 设空气和玻璃的折射率分别为和，先由空气入射到玻璃中则有，再由玻璃出射到空气中，有， 又，∴， 即得证。 平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃 上，求：（1）能流反射率和；（2）能流透射率和。 解：由题意，得， 又为布儒斯特角，则=.....① ..... ② 由①、②得，，。 （1）0， ， （2）由，可得， 同理，=。 证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界面上时，，其中。 证明：，因为为布儒斯特角，所以， =，又根据折射定律，得，则，其中，得证。 利用复数表示式求两个波 和 的合成。 解： = = = =。 两个振动方向相同的单色波在空间某一点产生的振动分别为和 。若Hz，V/m ，8V/m，，，求该点的合振动表达式。 解：= = = =。 求如图所示的周期性三角波的傅立叶分析表达式。解：由图可知， ， =， =）=，（m为奇数），， 第二章光的干涉作业 1、在杨氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm， 平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的张角约为0.0093rad ，太阳光的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为 1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P ’ 1.在真空中传播的平面电磁波，其电场为0=x E ，0=y E ， ]2 )(10cos[10014ππ+-?=c x t E z ，问：（1）该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初位相为多少？（2）波的传播和电矢量的振 动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B 的表达式如何 写？ 2．平面电磁波在真空中沿x 方向传播，Hz 14104?=ν，电场振幅为m V /14.14，若振动平面与xy 面成45 度，写出E 和B 的表达 式。 3．已知k ,ω，ABC O -为一正方体，分别求沿OC OB OA ,,方向传播的平面波的实波函数、复振幅及z y x ,,方向的空间频率和空间周期。 4.有3列在xz 平面内传播的同频率单色平面波，其振幅分别为：321,,A A A ，传播方向如图，若设振幅比为1：2：1，21θθ=，求xy 平面上的光强分布（假设初相位均为0）。 5. 维纳光驻波试验中，涂有感光乳剂的玻璃片的长度为1cm ，起一端与反射镜接触，另一端与反射镜面相距10m μ，测出感光片上两个黑纹的间距为250m μ，求所用光波波长。 6．确定正交分量由下面两式表示的光波的偏振态， )](cos[),(t c z A t z E x -=ω ]4 5)(c o s [),(πω+-=t c z A t z E y 7．让入射光连续通过两个偏振片，前者为起偏片，后者称为检偏片，通过改变两者透振方向之间的夹角可调节出射光强。设入射光为自然光，通过起偏片后光强为1，要使出射 光强减弱为8 1,41,21，问两偏振片透振方向的夹角各为多少？ 8.一束自然光入射到折射率3/4=n 的水面上时反射光是线偏振的。一块折射率2/3=n 的平面玻璃浸在水下，若要使玻璃表面的反射光N O ''也是线偏振的，则玻璃表面与水平面夹角α应为多大？ 9．s 光波从5.11=n 的玻璃以入射角0120=i 入射到0.12=n 的空气界面，求菲涅耳透射系数，光强透射系数，能流透射系数？ 10.一束自然光从空气射到玻璃，入射角o 30，玻璃折射率5.1=n ，求反射光的偏振度。 11. 假设窗玻璃的折射率为1.5，斜照的太阳光（自然光）的入射角为600，求太阳光的光强透射率。 12.线偏光从0.11=n 的空气以入射角0145=i 入射到5.12=n 的玻璃表面，已知线偏光的振动面和入射面夹角为060=θ，试计算： 1）总的能流反射率R 和总能流透射率T 2）以自然光入射，又如何？ v= 物理光学习题 第一章波动光学通论 、填空题(每空 2分) 1、. 一光波在介电常数为￡,磁导率为卩的介质中传播，则光波的速 度 【V 1】 【布儒斯特角】 t ],则电磁波的传播方 向 ____________ 。电矢量的振动方向 _______________ 【x 轴方向 y 轴方向】 4、 在光的电磁理论中，S 波和P 波的偏振态为 __________ ，S 波的振动方向为 ______ ， 【线偏振光波 S 波的振动方向垂直于入射面】 5、 一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片的透振方向夹角为 45°则通 过两偏振片后的光强为 ____________ 。 【I 0/4】 6、 真空中波长为入。、光速为c 的光波，进入折射率为 n 的介质时，光波的时间频率和波长 分别为 ______ 和 ________ 。 【c/入o 入o /n 】 7、 证明光驻波的存在的维纳实验同时还证明了在感光作用中起主要作用是 __________ 。 【电场E 】 &频率相同，振动方向互相垂直两列光波叠加，相位差满足 _____________ 条件时，合成波为线偏 振光波。 【0或n 】 9、 会聚球面波的函数表达式 ____________ 。 A -ikr 【E(r) e 】 r 10、 一束光波正入射到折射率为 1.5的玻璃的表面，则 S 波的反射系数为 _____________ , P 波 2、一束自然光以 入射到介质的分界面上，反射光只有 S 波方向有振动。 13 10 3、一个平面电磁波波振动表示为 E x =E z =0, E y =cos[2 3.13 波长为589.3nm 的钠黄光照在一双缝上，在距离双缝100cm 的观察屏上测量20个条纹共宽2.4cm,试计算双缝之间的距离。 解：设孔距l ，观测屏到干涉屏的距离为d ，条纹间距为e,所用光波的波长为λ； 条纹间距24 1.220mm l mm = = 根据d e l λ=可知：589.310.491.2d nm m l mm e mm λ?= == 3.18 在菲涅尔双面镜试验中，若单色光波长为500nm ，光源和观测屏到双面镜棱线的距离 分别为0.5m 和1.5m ，双面镜的夹角为10-3弧度：（1）、求观察屏上条纹间距。（2）、问观察屏上最多可以看到多少条两纹。 菲涅耳双面镜 l 解：根据已知条件， 条纹间距等于()933 500100.5 1.51101220.510 d e m mm s λα---??+===?=?? 能看到条纹的区域为P1P2，设反射镜棱至观察屏的距离为B 可以看出 ()312 102tan 2 1.5tan 1800.00333.1415926PP B m mm α-?? ==???== ??? 可看到条纹数：12 331 PP N e = == 3.21 在很薄的楔形玻璃板上用垂直入射光照射，从反射光中看到相邻暗纹的间隔为5mm ， 已知光的波长为580nm ，波的折射率为1.5mm ，求楔形角。 解：相邻条纹的间距2e n λ θ ≈ 知： 953 58010 3.861022 1.5510m rad ne m λ θ---?≈==???? 3.24 为了测量一条细金属丝的直径，可把它夹在两块玻璃片的一段，如图所示，测得亮条 物理光学习题库——光的干涉部分 一、选择题 1. 下列哪一个干涉现象不属于分振幅干涉？ A. 薄膜干涉 B.迈克尔逊干涉 C.杨氏双缝干涉 D.马赫-曾德干涉 2. 平行平板的等倾干涉图样定域在 A. 无穷远 B.平板上界面 C.平板下界面 D.自由空间 3. 在双缝干涉试验中，两条缝的宽度原来是相等的，若其中一缝的宽度略变窄，则 A.干涉条纹间距变宽 B. 干涉条纹间距变窄 C.不再发生干涉现象 D. 干涉条纹间距不变，但原来极小处强度不再为0 4. 在杨氏双缝干涉实验中，相邻亮条纹和相邻暗条纹的间隔与下列的哪一种因素无关？ A.光波波长 B.屏幕到双缝的距离 C. 干涉级次 D. 双缝间隔 5. 一束波长为λ的单色光从空气中垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，要使反射光得到干涉加强，薄膜厚度应为 A.λ/4 B.λ/4n C. λ/2 D. λ/2n 6. 在白炽灯入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色蓝到红的空间位置是 A.由里向外 B.由外向里 C. 不变 D. 随机变化 7. 一个光学平板玻璃A与待测工件B之间形成空气劈尖，用波长为500nm的单色光垂直照明，看到的反射光干涉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，最大高度为250nm B.不平处为凸起，最大高度为500nm C.不平处为凹槽，最大高度为250nm D. 不平处为凹槽，最大高度为500nm 8. 在单色光照明下，轴线对称的杨氏干涉双孔装置中，单孔屏与双孔屏的间距为1m，双孔屏与观察屏的间距为2m，装置满足远场、傍轴近似条件，屏上出现对比度K=0.1的等间隔干涉条纹，现将双孔屏沿横向向上平移1mm，则 A. 干涉条纹向下平移2mm B. 干涉条纹向上平移2mm C. 干涉条纹向上平移3mm D. 干涉条纹不移动 9. F-P腔内间距h增加时，其自由光谱范围Δλ A. 恒定不变 B. 增加 C. 下降 D. =0 10. 把一平凸透镜放在平玻璃板上，构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢向上平移时，由反射光形成的牛顿环 A. 向中心收缩，条纹间隔不变 B. 向中心收缩，环心呈明暗交替变化 C. 向外扩张，环心呈明暗交替变化 D. 向外扩张，条纹间隔变大 11. 在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，垂直光线方向放入折射率为n、厚度为h的透明介质片，放入后，两路光束光程差的改变量为 A. 2（n-1）h B. 2nh C. nh D. （n-1）h 12. 在楔形平板的双光束干涉实验中，下列说法正确的是 A. 楔角越小，条纹间隔越宽； B. 楔角一定时，照射波长越长，条纹间隔越宽 C. 局部高度变化越大，条纹变形越严重 D. 形成的干涉属于分波前干涉 13. 若把牛顿环装置（都是用折射率为1.52的玻璃制成的）由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹会 A. 不变 B. 变密集 C.变稀疏 D.不确定 14. 若想观察到非定域干涉条纹，则应选择 物理光学第二章答案 第二章光的干涉作业 1、在杨氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm， 平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的张角约为0.0093rad ，太阳光的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P r 2 r 1 50cm S 2 S 1 d h 物理光学作业参考答案 [13-1] 波长nm 500=λ的单色光垂直入射到边长3cm 的方孔，在光轴（它通过孔中心并垂直孔平面）附近离孔z 处观察衍射，试求出夫琅和费衍射区的大致范围。 解：夫琅和费衍射条件为： π<<+z y x k 2)(max 2121 即： m nm y x z 900109.0500 )1015()1015()(122626max 2121=?=?+?=+>> λ [13-3]平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0)s i n (s i n )]sin (sin sin[??? ???? ???????--=i a i a I I θλπθλπ 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图）。 证明：（1 缝上任意点Q 的位矢： 单逢上光场的复振幅为： 因此，观察面上的夫琅和费衍射场为： （其中： ） ) cos ,0,(sin i i k k = )0,,(11y x r = 1sin 1)(~x i ik r k i Ae Ae x E ??== ) sin (sin )]sin (sin sin[)(~1)(~)2(1 1 22)sin (sin )2(11sin 22 sin )2(11221)2(1121 12 11 112111 121i a i a ae z A dx e e z i A dx e e e z i A dx e x E e z i x E z x z ik a a x i ik z x z ik x ik a a x i ik z x z ik x z x ik a a z x z ik --====+---+?--?+--+? ?? θλ πθλπλλλλθθθsin 1≈z x 第一章光的电磁理论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为 Ex=0，Ey=0，Ez=，（各量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ= ==0.5×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m，波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0， Ey=，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅A=2V/m，频率υ=Hz，波长λ ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y轴；（3） 由B =，可得By=Bz=0，Bx= 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为 Ey=0，Ez=0，Ex=，试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ=； （3）相速度v=0.65c，所以折射率n= 1.4写出：（1）在yoz平面内沿与y 轴成θ角的方向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得 ； （2）同理：发散球面波 ， 汇聚球面波 。 1.5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为14.14V/m，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E，B 表达式。 解：，其中 = = = ， 同理：。 ，其中 =。 1.6一个沿k方向传播的平面波表示为 E=，试求k 方向的单位矢。 解：， 又， ∴=。 第一章光的电磁理 论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，则频 率υ= ω 2π =π×10 14 2π =0.5× 1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=2Cos[2π×1014(z c ?t)+π 2 ]，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅 A=2V/m，频率υ=ω 2π = 2π×1014 2π =1014Hz，波长 λ=c υ =3×108 10 =3× 10?6m ，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z 轴，振动方向沿y 轴；（3）由B =1 c (e k ???? ×E ? )，可 得By=Bz=0，Bx=2 c Cos [2π×1014(z c ? t)+π 2] 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0， Ex=102Cos [π× 10 15 (z 0.65c ?t)]，试 求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解： （1） υ =ω 2π= π×1015 2π =5×1014 Hz ； （2）λ= 2πk = 2ππ×10/0.65c =2×0.65×3×108 1015 m = 3.9×10?7m =390nm ； （3）相速度v=0.65c ，所以折射率n=c v =c 0.65c ≈1.54 1.4写出：（1）在yoz 平面内沿与y 轴成θ角的k ? 方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由E ?=A ? exp(ik ? ?r ? )，可得E ?=A ? exp?[ik (ycosθ+zsinθ)]； （2）同理：发散球面波E ?(r ，t)=A r exp?(ikr )= 第7章 光在各向异性介质中的传播 1、一束钠黄光以50o 角方向入射到方解石晶体上，设光轴与晶体表面平行，并垂直于入射面。问在晶体中o 光和e 光夹角是多少（对于钠黄光，方解石的主折射率 1.6584o n =， 1.4864e n =） 答案： 由于光轴和晶体表面平行，并垂直于入射面，所以e 光的偏振方向为光轴方向，其折射率为" 1.4864e n n ==，o 光折射率为' 1.6584o n n ==。 入射端为空气，折射率为1n =，入射角为50θ=o ，设o 光和e 光的折射角分别为'θ和"θ，则根据折射率定律有''sin sin n n θθ=和""sin sin n n θθ=，计算得到'27.5109θ≈o ，"31.0221θ≈o ，所以晶体中o 光和e 光夹角为"''331θθθ?=-≈o 2、如图所示的方解石渥拉斯顿棱镜的顶角15α=o 时，两出射光的夹角γ为多少 答案： 左边方解石晶体中的o 光（折射率' 1.6584o n n ==）进入到右边方解石晶体中变成了e 光（该e 光的偏振方向与光轴平行，折射率" 1.4864e n n ==）；左边方解石晶体中的e 光（该e 光的偏振方向与光轴平行，折射率" 1.4864e n n ==）进入到右边方解石晶体中变成了o 光（折射率' 1.6584o n n ==）。 在两块方解石晶体的分界面上，应用折射定律有 2211sin arcsin 18.7842sin sin sin sin sin arcsin 13.4134o e o e e o e o n n n n n n n n αθαθαθαθ???==? ?=???????=????== ????? o o 在右边方解石晶体与空气的界面上，应用折射定律有 ()()()()24241313sin arcsin 2.9598sin sin sin sin sin arcsin 2.3587e e o o n n n n n n n n θαθθαθαθθαθθ???-==????-=???????-=??-???==?????? o o 所以出射光的夹角'34 5.3185519γθθ=+=≈o o 3、若将一线偏振光入射到以光束为轴、以角速度0ω转动的半波片上，出射光的偏振态如何其光矢量如何变化 答案： 选择题 1、在相同时间内，一束波长为λ的单色光在空中和在玻璃中，正确的是 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。 2. 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 直平分面处放一反射镜 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。 4、用白光源进行双缝实验，若用一纯红色的滤光片遮盖一条缝，用一个纯蓝色的滤光片 遮盖另一条缝，则 [ ] A ．干涉条纹的宽度将发生变化； B. 产生红光和蓝光的两套彩色干涉条纹； C ．干涉条纹的位置和宽度、亮度均发生变化； D ．不发生干涉条纹。 5、有下列说法：其中正确的是 [ ] A 、从一个单色光源所发射的同一波面上任意选取的两点光源均为相干光源； B 、从同一单色光源所发射的任意两束光，可视为两相干光束； 薄膜的厚度为 e ，并且 n1 C、只要是频率相同的两独立光源都可视为相干光源； D、两相干光源发出的光波在空间任意位置相遇都会产生干涉现象。 第4章 光的电磁理论 1、计算由下式表示的平面波电矢量的振动方向、传播方向、相位速度、振幅、频率、波长，并求解该平面波所处介质的折射率，同时证明该平面波的横波性，该平面波是何种偏振态？（其中x 和y 分别为x 和y 方向上的单位矢量，式中所有数值均为国际单位制表示） ( )) 8223exp 610E x y i y t ??=- +++?? ? 答案： 由题意得到 ) ) 88 2exp 610610x y i y t i y t E E ???=-??? ? ?? ?=++?+??+?? 所以电矢量的振动方向为13 2O x y =- +，为线偏振态。 x 和y 方向的波数分别为)1x k m -=和() 11y k m -= ，所以平面波传播方向为 312 P x y =- -，总波数为()12k m -===。 ()4V m = 角频率为()8610rad s ω=?，所以频率为()83 102Hz ωυππ = =? 波长为()8831010c m s m Hz λπυπ ?== =? 相位速度为()88 1 6103102rad s v m s k m ω -?===? 该平面波所处介质的折射率为883101310c m s n v m s ?== =? 振动方向1322O x y =- +和传播方向3122 P x y =+的内积为 111102222???-?=-+= ? ????? 所以振动方向与传播方向垂直，平面波的横波性得证。 2、已知单色平面光波的频率为1410Hz υ=，在0z =平面上相位线性增加的情况如图所示，求空间频率x f 、y f 、z f 。 答案： 单色平面光波的波长814 310310c m s m Hz λμυ?===，空间频率61 11103 f m λ-==?。 从图中可以看到x 和y 方向上的波长为8x m λμ=、5y m λμ=，所以x 和y 方向上的空间频率()5111 1.25108x x f m m λμ-= = =?、() 5111 2105y y f m m λμ-===?。 由关系式2222x y z f f f f =++得到()512.3554910z f m -=≈?。 3、设一单色平面光波的频率为1410Hz υ=，振幅为1V m 。0t =时，在xOy 面（0z =）上的相位分布如图所示：等相位线与x 轴垂直（即与y 轴平行），0?=的等相位线坐标为5x m μ=-，?随x 线性增加，x 每增加4m μ，相位增加2π。 波动光学习题参考答案 第一章 1.2 s m V nm d d /1025.12508?==λ 1.4 (1) 位移 (2) ()??????+-=30 2.03 200 cos 02.0),(ππt z t z E 1.5 (1) 3 4 20 0π ?λ= ==a 1.6 s m V /1038?-=? 沿-z 方向传播 1.7 ()?? ?? ??-=t V z a E ob 112cos λπ ()???? ??+--=1112 1126232cos λπλπλπt V z V V a E bc 1.8 4 3cos 2 3cos 2 3cos 22110πππa E a E a E a E c b b ====+- 1.9 ()????????? ? ?+-= 3exp 3,πωt kz j t z E 1.10 (1) 无变化 (2) 振动反向 (3) 122322 +=='=±='n m jE E n m jE E 当相移当相移ππ 1.12 ()??? ?? ???? ??== == x j E y x E f f f z y x λαπλ α λα sin 2exp ,, cos 0 sin 0 1.13 013.53/ 2.0==βmm f z 1.14 ()() πππ+----=t x E t x E m f x 2003100cos ,/3500 1.15 ()()()()2cos 222 πα?π?π?π?+=+===r k r kz z y x 1.16 ()()( )() ()() t j y y x x d k j y x d k j y x d k j jkd d E t y x E ω-?? ? ???'+'????? ?'+'?? ????+= exp exp 2exp 2exp exp ,,0022 2 02001.17 (1) ()()()()x jk E y x E x jk E y x E θθsin exp ,)2(sin exp ,00-==* 第二章光的干涉作业 1、在氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm 和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm， 平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的角约为0.0093rad ，太的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为 1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P ’ 初中物理光学训练与答案 初二光学练习题2009.12 班级＿＿＿姓名＿＿＿＿学号＿＿＿ （基础部分） 一、填空题 1.某同学身高1.7 米，站在竖直放置的平面镜前1.5 米处，他的像高是_____米，他的像到平面镜的距离是_________米.若此人向平面镜移动1 米，则他的像到平面镜的距离为_________米，他的像高为_________米. 2. 当光从透明介质斜射入空气时折射光线将_________，（选填靠近法线或偏离法线）这时折射角________于入射角． 3. 当光线垂直与水面入射时，入射角大小为________，反射角大小为_________，折射角大小为_________，光射入水中，光速将________（选填变大或变小或不变） 4．如图1所示，是光在空气和玻璃两种介质中传播的路线，其中___ __是入射光线，_______是反射光线，_______是折射光线，反射角的大小为________，折射角的大小为________。5．人在水面上方看到斜插入水中的筷子变得向上___ __（选填上或下）弯折了，这是光从________中射向________在界面发生折射的缘 故。 6．古诗词中有许多描述光学现象的诗句，如“潭清疑水浅”说的就是光的_______现象；“池水映明月”说的就是光的________现象． 7.一些透镜的截面如图2所示，在这些透镜中：（1）属于凸透镜的是________，它们的共同特点是________________(2)属于凹透镜的是_______，它们的共同特点是 __________ ____. 8.凸透镜对光线有__________作用，所以又叫做__________透镜；凹透镜对光线有__________作用，所以又叫做__________透镜. 9.小华让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧前后移动，直到纸上的光斑变得最小、最亮，这个点叫做凸透镜的__________，用符号__________表示。 10.平面镜、凹透镜、凸透镜是常用的三种光学 图图 物理光学作业参考答案 [15-1] 一束自然光以 30角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率54.1=n ，试计算（1）反射光的偏振度；（2）玻璃-空气界面的布儒斯特角；（3）以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。 解： （1）入射自然光可以分解为振动方向互相垂直的s 波和p 波，它们强度相等，设以0I 表示。已知： 301=θ，所以折射角为： 根据菲涅耳公式，s 波的反射比为： 12.0)35.5030sin()35.5030sin()sin()sin(2 22121=??? ???+-=????? ?+-= θθθθρs 4 因此，反射波中s 波的强度： 而p 波的反射比为： 因此，反射波中p 波的强度： 于是反射光的偏振度： （2）玻璃-空气界面的布儒斯特角： （3）对于以布儒斯特角入射时的透射光，s 波的透射系数为： 式中， 331==B θθ，而 57902=-=B θθ 所以，s 波的透射强度为： 而p 波的透射系数为： 所以，p 波的透射强度为： 所以，透射光的偏振度： [15-3]选用折射率为2.38的硫化锌和折射率为1.38的氟化镁作镀膜材料，制作用于氦氖激光（)8.632nm =λ的偏振分光镜。试问（1）分光棱镜的折射率应为多少？（2）膜层的厚度分别应为多少？ 解： 偏振分光镜材料的选取应使光线在相邻材料界面上的入射角等于布儒斯特角，从而使反 射光成为线偏振光；膜层厚度的选取应使膜层上下表面反射的光满足干涉加强的条件。因此： （1）H θ应为布儒斯特角，即 由题意知 45=i θ，故由折射定律，得： （2）在硫化锌膜和氟化镁膜分别满足条件： 而： 所以， 于是得到： [15-6]方解石晶片的厚度d=0.013mm ，晶片的光轴与表面成 60角，当波长nm 8.632=λ的氦氖激光垂直入射到晶片时，求（1）晶片内o 、e 光线的夹角；（2）o 光和e 光的振动方向；（3）o 、e 光通过晶片后的相位差。 解：当波长nm 8.632=λ时方解石的主折射率查表知：486.1,658.1==e o n n （1） o 光遵守折射定律，因此它将不偏折地通过晶片。此外，由惠更斯作图法或据折射 定律，可知e 光波法线的方向与o 光相同，故 由此得到o 光与e 光的夹角： （2） 由于o 光和e 光都在图面内(见图)，所以图面是o 光和e 光的共同主平面。o 光的 振动方向垂直于图面，以黑点表示。e 光的振动方向在图面内，以线条表示。 (3) e 光波法线方向与光轴成 30时的折射率为： 因此，o 、e 光通过晶片后的相位差： [15-7] 一束汞绿光以 60角入射到KDP(磷酸二氢钾)晶体表面，晶体的 470.1,512.1==e o n n ，若光轴与晶面表面平行且垂直于入射面，试求晶体中o 光与e 光 的夹角。 解： 本题所设情况如下图所示。这时，e 波波面与图面(入射面)的截线跟o 波波面的截线类似，都是圆形。从图中容易看出，对于任意的入射角1θ，其正弦与e 光折射角e 2θ的正弦之比都为 式中R 是e 波面的圆截线的半径。由于c ／V e 是一常数，所以在本题的特殊情况下，光线遵守普通的折射定律，它的折射方向可按上式计算。 当 601=θ时，e 光的折射角： 而o 光的折射角： 因此晶体中o 光与e 光的夹角： [15-8]如下图所示，一块单轴晶片的光轴垂直于表面，晶片的两个主折射率分别为o n 和e n ，证明当平面波以1θ入射到晶片时，晶体中非常光线的折射角' e θ可由下式给出 证明：物理光学第一章答案
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