班级______________学号____________姓名________________ 练习六 光的干涉 一、选择题 1.在折射率n=的厚玻璃中，有一层平行玻璃表面的厚度为mm d 3105.0-?=的空气隙， 今以波长λ=400nm 的平行单色光垂直照射厚玻璃表面，如图所示，则从玻璃右侧向玻 璃看去，视场中将呈现（ ） A 、亮影； B 、暗影； C 、明暗相间的条纹； D 、均匀明亮。 2. 在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是 （ ） （A ）使屏靠近双缝； （B ）使两缝的间距变小； （C ）把两个缝的宽度稍微调窄； （D ）改用波长较小的单色光源。 3.在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝1S 、2S 距离相等，则观察屏上中央明纹中心位于图中O 处， 现将光源S 向下移动到示意图中的S '位置，则 （ ） （A ）中央明条纹向下移动，且条纹间距不变； （B ）中央明条纹向上移动，且条纹间距增大； （C ）中央明条纹向下移动，且条纹间距增大； （D ）中央明条纹向上移动，且条纹间距不变。 4.用单色光垂直照射牛顿环装置，设其平凸透镜可以在垂直的方向上移动，在透镜离开平玻璃的过程中， 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 ）向左平移。 5.如图所示，波长为λ的平行单色光垂直入射在折射率为2n 的薄膜上，经上下两个表面 反射的两束光发生干涉。若薄膜厚度为e ，而且321n n n >>，则两束反射光在相遇点的 位相差为（ ） （A ）λπ/42e n ； （B ）λπ/22e n ； （C ）λππ/42e n +； （D ）λππ/42e n +-。 6.两个直径相差甚微的圆柱体夹在两块平板玻璃之间构成空气劈尖，如图所示，单色光垂直照射，可看到 等厚干涉条纹，如果将两个圆柱之间的距离L 拉大，则L 范围内的干涉条纹 （ ） （A ）数目增加，间距不变； （B ）数目增加，间距变小； （C ）数目不变，间距变大； （D ）数目减小，间距变大。 二、填空题 1.双缝干涉实验中，若双缝间距由d 变为d '，使屏上原第十级明纹中心变为第五级明纹中心，则='d d : ；若在其中一缝后加一透明媒质薄片，使原光线光程增加λ5.2，则此时屏中心处为第 级 纹。 2.用600=λnm 的单色光垂直照射牛顿环装置时，第4级暗纹对应的空气膜厚度为_________m 。 3.在牛顿环实验中，平凸透镜的曲率半径为，当用某种单色光照射时，测得第k 个暗纹半径为，第k +10个 暗纹半径为，则所用单色光的波长为___________nm 。 4.在垂直照射的劈尖干涉实验中，当劈尖的夹角变大时，干涉条纹将向 方向移动，相邻条纹间的距离 将变 。 5.在空气中有一劈尖形透明物，其劈尖角rad 100.14 -?=θ，在波长700=λnm 的单色光垂直照射下，测 得干涉相邻明条纹间距l=，此透明材料的折射率n =___________。 三、计算题 1.用很薄的云母片（n =纹的位置上。如果入射光波长为550nm ，试问此云母片的厚度为多少 S S 3 n e
习题 18-1．杨氏双缝的间距为mm 2.0，距离屏幕为m 1，求：（1）若第一到第四明纹距离为 mm 5.7，求入射光波长。（2）若入射光的波长为 A 6000，求相邻两明纹的间距。 解：（1）根据条纹间距的公式：m d D k x 0075.010 2134=???=?=?-λ λ 所以波长为： A 5000=λ （2）若入射光的波长为 A 6000，相邻两明纹的间距： mm d D x 310210600014 10 =???==?--λ 18-2．图示为用双缝干涉来测定空气折射率n 的装置。实验前，在长度为l 的两个相同密封玻璃管内都充以一大气压的空气。现将上管中的空气逐渐抽去，（1）则光屏上的干涉条 纹将向什么方向移动；（2）当上管中空气完全抽到真空，发现屏上波长为λ的干涉条纹移过N 条。计算空气的折射率. 解：（1）当上面的空气被抽去，它的光程减小，所以它将通过增加路程来弥补，所以条纹向下移动。 （2）当上管中空气完全抽到真空，发现屏上波长为λ的干涉条纹移过N 条。 可列出：λN n l =-）（1 解得： 1+=l N n λ 18-3．在图示的光路中，S 为光源，透镜 1L 、2L 的焦距都为f , 求（1）图中光线SaF 与光线SOF 的光程差为多少？。 （2）若光线SbF 路径中有长为l , 折射率为n 的玻璃, 那么该光 线与SOF 的光程差为多少？。 解：（1）图中光线SaF 与光线SOF 的几何路程相同，介质相同，所以SaF 与光线SoF 光程差为0。 （2）若光线SbF 路径中有长为l , 折射率为n 的玻璃, 那么光程差为几何路程差与 介质折射率差的乘积，即 ）（1-n l 18-4．在玻璃板（折射率为50.1）上有一层油膜（折射率为30.1）。已知对于波长为nm 500和nm 700的垂直入射光都发生反射相消，而这两波长之间没有别的波长光反射相消，求此油膜的厚度。 解：油膜上、下两表面反射光的光程差为2 ne ，由反射相消条件有 2ne=(2k+1)λ/2=(k+1/2)λ (k=0，1，2，…) ① 当λ1=5000A 时，有 2ne=(k 1+1/2)λ1=k 1λ1+2500 ②
第4章 功和能Work and Energy
第4章功和能 质点受力的作用时，如果持续一段时间，质点的动量会 改变；如果质点由空间位置的变化，则力对位移的累积（功）会使质点的能量（动能和势能）发生变化。对功和能的研究，是经典力学中重要的组成部分。 与机械运动相联系的能量守恒定律（机械能守恒定律），是普遍的能量守恒定律的一种特殊形式。
本章主要内容 §4.1功 §4.2动能定理 §4.3保守力与势能 §4.4引力势能和弹性势能§4.5由势能求保守力 §4.6 机械能守恒定律 §4.7 守恒定律的意义 §4.8碰撞
§4.1 功 Work
功——力在位移方向上的分量与位移大小的乘积。 1.功的定义 θ cos d d d r F r F A t ?==设质点受力为，它的空间位置发生一无限小的位移—— 位移元，则该力做功表示为 r d F A d r F A d d ?=θ F r d A B L 注意：功是一个标量。有正有负： 当时，；?<≤900 θ0A >d 当时，。?≤
结论：合力的功等于各分力沿同一路径所做功的代数和。 ∑∑??∑?=?=??? ? ??=?=i i i B A i B A i i B A A r F r F r F A d d d 如果质点同时受到多个力的作用，计算它们等效合力的功： t A t A P t d d lim 0= ??=→?功率的定义：单位时间内所做的功。即 2.合力的功 3.功率
大学物理授课教案第十六章光的偏振
第十六章光的偏振 光的干涉现象和衍射现象都证实光是一种波动，即光具有波的特性，但是，不能由此确定光是纵波还是横波，因为无论纵波和横波都具有干涉和衍射现象。实践中还发现另一类光学现象，不但说明了光的波动性，而且进一步说明了光是横波，这就是“光的偏振”现象，因为只有横波才具有偏振现象。 自然光和偏振光马吕斯定律 §16-1 自然光和偏振光马吕斯定律 一．自然光 我们知道，光波是一种电磁波。电磁波是变化的电场和变化的磁场的传播过程，并且它是横波。 在光波中每一点都有一振动的电场强度矢量→ E和磁场强度矢量 → H， → E、 → H及光波 传播方向→ K的方向是互相垂直的，如图： 图16-1 →E、→ H中能够引起感光作用和生理作用的是电场强度矢量 → E，所以将 → E称为光矢 量。 在除激光外的一般光源中，光是由构成光源的大量分子或原子发出的光波的合成。由于发光的原子或分子很多，不可能把一个原子或分子所发射的光波分离出来，因为每个分子或原子发射的光波是独立的，所以，从振动方向上看，所有光矢量不可能保持一定的方向，而是以极快的不规则的次序取所有可能的方向，每个分子或原子发光是间歇的，不是连续的。平均地讲，在一切可能的方向上，都有光振动，并且没有一个方向比另外一个方向占优势，即在一切可能方向上光矢量振动又相等。
1、自然光 在一切可能的方向上都具有光振动，而各个方向的光矢 量振动又相等。如下图所示，自然光中 E 2、自然光表示方法 在任意时刻，我们可以把各个光矢量分解成两个互相垂直的光矢量，如下图所示。为了简明表示光的传播常用和传播方向垂直的短线表示图面内的光振动，而用点子表示和图面垂直的光振动。如下图所示，对自然光，短线和点子均等分布，以表示两者对应的振动相等和能量相等。 注意：由于自然光中光矢量的振动的无规则性，所以这个互相垂直的光矢量之间 没有固定的位移差。 二．线偏振光 1、线偏振光 由上可知，自然光可表示成二互相垂直的独立的光振动，实验指出，自然光经过某些物质反射、折射或吸收后，只保留沿某一方向的光振动。 如果只会有单一方向的光振动，则此光束称为线偏振光（或完全偏振光或平面偏振 光）。 2、线偏振光的表示方法 定义 ：偏振光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。 图 16-2 图 16-3 光振动垂直图面） (K 图 16-5 图 16-4
习题18 GG 上传 18-1．杨氏双缝的间距为mm 2.0，距离屏幕为m 1，求：（1）若第一级明纹距离为2.5mm ，求入射光波长。（2）若入射光的波长为6000A ，求相邻两明纹的间距。 解：（1）由L x k d λ= ，有：xd k L λ=，将0.2mm d =，1m L =，1 2.5mm x =，1k =代入，有：33 72.5100.210 5.0101 m λ---???= =?；即波长为：500nm λ=； （2）若入射光的波长为 A 6000，相邻两明纹的间距：7 3 161030.210D x mm d λ--???===?。 18-2．图示为用双缝干涉来测定空气折射率n 的装置。实验前，在长度为l 的两个相同密封玻璃管内都充以一大气压的空气。现将上管中的空气逐渐抽去，（1）则光屏上的干涉条纹将向什么方向移动；（2）当上管中空气完全抽到真空，发现屏上波长为λ的干涉条纹移过N 条。计算空气的折射率。 解：（1）当上面的空气被抽去，它的光程减小，所以它将 通过增加路程来弥补，条纹向下移动。 （2）当上管中空气完全抽到真空，发现屏上波长为λ的干涉 条纹移过N 条，可列出：λN n l =-）（1 得：1+= l N n λ 。 18-3．在图示的光路中，S 为光源，透镜1L 、2L 的焦距都为f ， 求（1）图中光线SaF 与光线SOF 的光程差为多少？（2）若光线SbF 路径中有长为l ，折射率为n 的玻璃，那么该光线与SOF 的光程差为多少？。 解：（1）图中光线SaF 与光线SOF 的几何路程相同，介质相同，透镜不改变光程，所以SaF 与光线SOF 光程差为0。 （2）若光线SbF 路径中有长为l ，折射率为n 的玻璃，那么光程差为几何路程差与介质折射率差的乘积，即：(1)n l δ=-。 18-4．在玻璃板（折射率为50.1）上有一层油膜（折射率为30.1）。已知对于波长为nm 500和nm 700的垂直入射光都发生反射相消，而这两波长之间没有别的波长光反射相消，求此油膜的厚度。 解：因为油膜（ 1.3n =油）在玻璃（ 1.5n =玻）上，所以不考虑半波损失，由反射相消条件有：2(21) 122 n e k k λ =-= 油，，， 当12500700nm nm λλ==?????时，1122 2(21)22(21)2 n e k n e k λλ=? -=-??????油油?21 21217215k k λλ-==-， 因为12λλ<，所以12k k >，又因为1λ与2λ之间不存在'λ以满足' 2(21) 2 n e k λ=-油式， 即不存在21'k k k <<的情形，所以1k 、2k 应为连续整数，可得：14k =，23k =；
第十六章 机械波 16-1 一波源作简谐振动，周期s 010.=T ，振幅m 40.=A ，当0=t 时，振动位移恰为正方向的最大值．设此方程以m/s 400=v 的速度沿直线传播，试求(1)此波的波函数；(2)距波源m 2和m 16处质点的振动方程和初相；(3)距波源15m 和m 16处质点振动的相位差． 分析 波源的周期和频率就是机械波的周期和频率，对于平面波，在忽略传播过程中的能量损失的情况下，波源的振幅就是波的振幅，如果已知波速或波长以及波源的初相，就能给出波函数．由上一章的讨论可知，当给出振动的初始位置和运动方向时，振动的初相就确定了． 由波函数可以获得波线上任一点的振动方程；以及任一时刻波线上各点的位移，即波形．波线上相位差为π2质点间的距离（也可视为两个相邻的相位相同点间的距离）为一个波长． 解 (1)波源的角频率为 rad/s 200rad/s 01 .022πππω===T 初始时波源振动达正方向的最大值，即0=?，波源的振动方程为 )200cos(4.0π=y 已知m/s 400=v ，波函数为 )400 (200cos 4.0x t y - =π 0>x (2)由波函数得m 2=x 处振动方程为 )200cos(4.0)400 2(200cos 4.0πππ-=-=t y 该处质点初相为π． m 16=x 处振动方程为 m 820040400 1620040)cos(.)(cos .πππ-=-=t y 该处质点初相为π8或0． (3)两点相位差为 2 01.0400151622ππλ?π??=?-==x 15m 处质点相位超前． 16-2 已知平面波波函数).(cos .x t y -=5220π．式中x 、y 以米计，t 以秒计，试求(1)波长、周期、波速；(2)在m 1=x 处质点的振动方程；(3)在s 40.=t 时，该处质点的位移和速度．这是原点处的质点在哪一时刻的运动状态？再经过s 40.后该运动状态传至何处？ 分析 本题强调这样的概念：波的传播过程是振动状态（或相位）的传播过程．在单位时间振动状态（或相位）传播的距离称为波的传播速度，也称为相速度，即本书中的波速v （以区别于反映振幅或能量传播的群速度）．波在介质中传播时，波线上各质点仍在各自的平衡位置附近振动，并不跟随波前进，质点的
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的衍射）作业4 一 选择题 1．在测量单色光的波长时，下列方法中最准确的是 （A ）双缝干涉 （B ）牛顿环 （C ）单缝衍射 （D ）光栅衍射 [ D ] 2．在如图所示的夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会 聚透镜L 沿y 轴正方向作微小位移，则屏幕C 上的中央衍射条纹将 （A ）变宽，同时向上移动 （B ）变宽，不移动 （C ）变窄，同时向上移动 （D ）变窄，不移动 [ A ] [参考解] 一级暗纹衍射条件：λ?=1sin a ，所以中央明纹宽度a f f f x λ ??2sin 2tan 211=≈=?中。衍射角0 =?的水平平行光线必汇聚于透镜主光轴上，故中央明纹向上移动。 3．波长λ=5500?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 [ B ] [参考解] 由光栅方程λ?k d ±=sin 及衍射角2 π ?< 可知，观察屏可能察到的光谱线的最大级次 64.310550010210 6 =??=<--λd k m ，所以3=m k 。 4．在双缝衍射实验中，若保持双缝S 1和S 2的中心之间的距离不变，而把两条缝的宽度a 略微加宽，则 （A ）单缝衍射的中央明纹区变宽，其中包含的干涉条纹的数目变少； （B ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目不变； （C ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目变多；
（D ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目变少。 [ D ] [参考解] 参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄，而光栅常数不变，则由光栅方程可知干涉条纹间距不变，故其中包含的干涉条纹的数目变少。或由缺级条件分析亦可。 5．某元素的特征光谱中含有波长分别为1λ=450nm 和2λ=750nm 的光谱线，在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处的谱线2λ主极大的级数将是 (A) 2、3、4、5… (B) 2、5、8、11… (C) 2、4、6、8… (D) 3、6、9、12… 【 D 】 二 填空题 1．惠更斯——菲涅耳原理的基本内容是：波阵面上各面积元发出的子波在观察点P 的 相干叠加 ，决定了P 点合振动及光强。 2．在单缝夫琅和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应的单缝处波阵面可划分为 6 个半波带，若将缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是 明 纹。 [参考解] 由单缝衍射条件（其中n 为半波带个数，k 为对应级次）可知。 ???? ???±?+±=?==各级暗纹， 各次级明纹中心，中央明纹中心， λλλ?δk k n a 2 )12(02sin 3．如图所示的单缝夫琅和费衍射中，波长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CD BC AB ==，那么光线1和2在P 点的相位差为 π 。 4．用平行白光垂直入射在平面透射光栅上，波长λ1=440 nm 的第三级光谱线，将与波长为 λ2= 660 nm 的第二级光谱线重叠。 [参考解]
班级 _____________ 号 ______________ :生名 ____________ 光的干涉(一) 1.用某单色光作杨氏双缝实验，双缝间距为 0.6mm ,在离双缝 2.5m 处的屏上出现干涉条纹，现测得相邻明纹间的距离为 2.27mm ， 则该单色光的波长是：(A) D - 色 X = — 9 d (A)5448? (B)2724? (C)7000? (D)10960? 2?在杨氏双缝实验中，入射光波长为入，屏上形成明暗相间的干 涉条纹，如果屏上P 点是第一级暗条纹的中心位置，则 S 1, S 2至P 点的光程差δ =r 2— r 1为(D ) (A) λ (B)3 λ /2 λ为5000?的单色平行光垂直照射，则中央明纹到第三级明纹的距 (A) 0.750mm (B) 2.625mm (C) 1.125mm (D) 0.563mm 4用平行单色光垂直照射双缝，若双缝之间的距离为 d ,双缝到 P 光屏的距离为D ,则屏上的P 点为第八级明条纹位置，今把双缝之 间的 距离缩小为d ',则P 点为第四级明条纹位置：那么 d ' /d=1 , S 2 若d=0.1mm , D=1m , P 点距屏中心 O 的距离为4cm ,则入射光波长 3在双缝实验中，两缝相距 2mm ,双缝到屏距离约1.5m ,现用 离是：(C ) X= k D d 为 500nm o x=k D 「k D (C)5 λ /2 (D) λ /2
5在双缝实验中，用厚度为6 μ m 的云母片，覆盖其中一条缝，从 而使原中央明纹位置变为第七级明纹，若入射光波长为5000?,贝S 云 6.用折射率n=1?5的透明膜覆盖在一单缝上，双缝间距d=0.5mm , D=2.5m ,当用λ =5000?光垂直照射双缝，观察到屏上第五级明纹移 到未盖薄膜时的中央明纹位置，求： (1) 膜的厚度及第10级干涉明纹的宽度； (2) 放置膜后，零级明纹和它的上下方第一级明纹的位置分别在 何 处？ 解,(1)由于条纹移动5条,故有：「? = (n-1)e = 5? (n 1) 5 10 “ (2)设置放膜后，屏幕下方第五级明纹移到原中央明纹 处，则 置放膜后的零级明纹移到原来上方第五级明纹处。 X 0'=X 5=5D λd=1.25cm 则置放膜后，上、下方一级明纹位置分别为 X 1'=X 6=6D λd=1.5cm , X '-1=X 4=4D λd=1.0Cm 设置放膜后，屏幕上方第五级明纹移到原中央明纹处， 则置放膜后的零级明纹移到原来下方第五级明纹处。 5D - 1.25 10 2m d 则置放膜后，上、下方一级明纹位置分别为 +1 级 D 2 X I = Xd= 4 λ = 一1.00汉 10 m 1 d 第10级明纹宽度：“=D d 2.5 10 3m
Review 1. What have we studied? 1.1. Electrics, Magnetics and Electromagnetism 1. 2. Optics 2. Important knowledge 2.1. Electromagnetism 2.1.1. Fields 2.1.1.1. Electric field: 0 q F E = 2.1.1.2. Magnetic field: B → 2.1.2. Forces 2.1.2.1. Electrostatic force: r r q q F E ?412 210 πε=, Permittivity constant: 2 12120m N C 1085.8---???=ε 2.1.2.2. Magnetic force: B v q F B ?= Permeability constant: m/A T 10 26.1m/A T 104 670??≈??=--πμ 2.1. 3. Potential energy: app i f W W U U U =-=-=?
2.1. 3.1. C q U E 22 = :time any at capacitor the of field electric the in stored energy The 2.1. 3.2. 2 2 Li U B =:time any at ind uctor the of field magnetic the in stored energy The 2.1.4. Electric potential: q U V = 2.1.5. ??-=-=-=?f i i f s d E q W V V V 0 :difference potential E lectric 2.1.6. Laws 2.1.6.1. Coulomb’s Law: r r q q F E ?412 210 πε= 2.1.6.2. flux electric the creates :y electricit for law Gauss ,0 enc enc q q A d E →= ??ε 2.1.6. 3. 0 =??A d B :magnetism for law Gauss know) we as far (as exist not do monopoles Magnetic → 2.1.6.4. dt d s d E B Φ-=?? : law s Faraday'field electric induced create will flux magnetic Changing → 2.1.6.5. enc E i dt d s d B 00 0 μεμ+Φ=?? :induction of law s Maxwell'- Ampere field magnetic induced create will current enclosed and flux electric Changing → 2.1.7. Concepts in electric circuits 2.1.7.1. Current: dt dq i = 2.1.7.2. dA di J = :density Current
第十六章 光的偏振 光的干涉现象和衍射现象都证实光是一种波动，即光具有波的特性，但是，不能由此确定光是纵波还是横波，因为无论纵波和横波都具有干涉和衍射现象。实践中还发现另一类光学现象，不但说明了光的波动性，而且进一步说明了光是横波，这就是“光的偏振”现象，因为只有横波才具有偏振现象。 自然光和偏振光 马吕斯定律 §16-1 自然光和偏振光 马吕斯定律 一．自然光 我们知道，光波是一种电磁波。电磁波是变化的电场和变化的磁场的传播过程，并且它是横波。 在光波中每一点都有一振动的电场强度矢量→ E 和磁场强度矢量→ H ，→ E 、→ H 及光波传播方向→ K 的方向是互相垂直的， 如图： 图16-1 → E 、→ H 中能够引起感光作用和生理作用的是电场强度矢量→ E ，所以将→ E 称为光矢量。 在除激光外的一般光源中，光是由构成光源的大量分子或原子发出的光波的合成。由于发光的原子或分子很多，不可能把一个原子或分子所发射的光波分离出来，因为每个分子或原子发射的光波是独立的，所以，从振动方向上看，所有光矢量不可能保持一定的方向，而是以极快的不规则的次序取所有可能的方向，每个分子或原子发光是间歇的，不是连续的。平均地讲，在一切可能的方向上，都有光振动，并且没有一个方向比另外一个方向占优势，即在一切可能方向上光矢量振动又相等。 1、自然光
在一切可能的方向上都具有光振动，而各个方向的光矢 量振动又相等。如下图所示，自然光中 E 2、自然光表示方法 在任意时刻，我们可以把各个光矢量分解成两个互相垂直的光矢量，如下图所示。为了简明表示光的传播常用和传播方向垂直的短线表示图面内的光振动，而用点子表示和图面垂直的光振动。如下图所示，对自然光，短线和点子均等分布，以表示两者对应的振动相等和能量相等。 注意：由于自然光中光矢量的振动的无规则性，所以这个互相垂直的光矢量之间没 有固定的位移差。 二．线偏振光 1、线偏振光 由上可知，自然光可表示成二互相垂直的独立的光振动，实验指出，自然光经过某些物质反射、折射或吸收后，只保留沿某一方向的光振动。 如果只会有单一方向的光振动，则此光束称为线偏振光（或完全偏振光或平面偏振 光）。 2、线偏振光的表示方法 定义 ：偏振光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。 图 16-2 图 16-3 光振动垂直图面）(K 图 16-5 图 16-4
《大学物理学》光的干涉学习材料（解答） 一、选择题： 11-1．在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝1S 、2S 距离相等，则观察屏上中央明纹中心位于图中O 处，现将光源S 向下移动到示意图中的S '位置，则（ D ） （A ）中央明条纹向下移动，且条纹间距不变； （B ）中央明条纹向上移动，且条纹间距增大； （C ）中央明条纹向下移动，且条纹间距增大； （D ）中央明条纹向上移动，且条纹间距不变。 【提示：画出光路，找出'S 到光屏的光路相等位置】 11-2．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 ，且12n n <，23n n >，若波长为λ的平行单色光垂直入射在薄膜上，则上下两个表面反射的两束光的光程差为（ B （A ）22n e ； （B ）22/2n e λ-； （C ）22n e λ-； （D ）222/2n e λn -。 【提示：上表面反射有半波损失，下表面反射没有半波损失】 11-3．两个直径相差甚微的圆柱体夹在两块平板玻璃之间构成 空气劈尖， 如图所示，单色光垂直照射，可看到等厚干涉条纹，如果将两个圆柱 之间的距离L 拉大，则L 范围内的干涉条纹（ C ） （A ）数目增加，间距不变； （B ）数目增加，间距变小； （C ）数目不变，间距变大； （D ）数目减小，间距变大。 【提示：两个圆柱之间的距离拉大，空气劈尖夹角减小，条纹变疏，但同时距离L 也变大，考虑到两圆柱的高度差不变，所以条纹数目不变】 S S 3 n
4．用白光光源进行双缝试验，如果用一个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：（ D ） （A ）干涉条纹的宽度将发生改变； （B ）产生红光和蓝光两套彩色干涉条纹； （C ）干涉条纹的亮度将发生改变； （D ）不产生干涉条纹。 【提示：不满足干涉条件，红光和蓝光不相干】 5．如图所示，用波长600λ=nm 的单色光做杨氏双缝实验，在光屏P 处产生第五级明纹极大，现将折射率n =1.5 央明纹极大的位置，则此玻璃片厚度为（ B ） （A ）5.0×10-4cm ； （B ）6.0×10-4cm ； （C ）7.0×10-4cm ； （D ）8.0×10-4cm 。 【提示：光在玻璃内多走的光程应为5λ，即（n -1）d =5λ，可得d 】 11-14．如图所示，用波长480λ=nm 的单色光做杨氏双缝实验，其中一条缝用折射率n =1.4的薄透明玻璃片盖在其上，另一条缝用折射率n =1.7的同样厚度的薄透明玻璃片覆盖，则覆盖玻璃片前的中央明纹极大位置现变成了第五级明纹极大，则此玻璃片厚度为（ C ） （A ）3.4 μm ； （B ）6.0 μm ； （C ）8.0 μm ； （D ）12 μm 。 【提示：两光在玻璃内的光程差应为5λ，即（n 2-1）d -（n 1-1）d =5λ，可得d 】 7．在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是 （ B ） （A ）使屏靠近双缝； （B ）使两缝的间距变小； （C ）把两个缝的宽度稍微调窄； （D ）改用波长较小的单色光源。 【提示：根据公式'd x d λ?= 判断】 8．将双缝干涉实验放在水中进行，和空气中的实验相比，相邻明纹间距将（ B ） （A ）不变； （B ）减小； （C ）增大； （D ）干涉条纹消失。 【提示：由/n n λλ=，知在水中光波长变短】 9．在双缝干涉实验中，若双缝所在的平板稍微向上平移，其他条件不变，则屏上的干涉条纹（ B ） （A ）向下移动，且间距不变；（B ）向上移动，且间距不变；
大学物理13章光的干涉习题答案
精品资料 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2 第13章习题答案 13—7 在双缝干涉实验中，两缝的间距为mm 5.0，照亮狭缝S 的光源是汞弧灯加上绿色滤光片。在m 5.2远处的屏幕上出现干涉条纹，测得相邻两明条纹中心的距离为mm 2。试计算入射光的波长。 解：已知条纹间距32210-==?x mm m ?，缝宽4 05510-==?d .mm m ，缝离屏的距离25=D .m =D x d ?λ ∴ 43751021041025 ---?==??=?d x m D .λ? 13—8用很薄的云母片（58.1=n ）覆盖在双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的零级明条纹移到原来的第七级明条纹的位置上，如果入射光波长为nm 550，试问此云母片的厚度为多少？ 解: 设云母片厚度为e ，则由云母片引起的光程差为 e n e ne )1(-=-=δ 按题意 λδ7= ∴ 610 106.61 58.1105500717--?=-??=-=n e λm 6.6=m μ 13—9 用包含两种波长成分的复色光做双缝实验，其中一种波长nm 5501=λ。已知双缝间距为mm 6.0，屏和缝的距离为m 2.1，求屏上1λ的第三级明条纹中心位置。已知在屏上1λ的第六级明条纹和未知波长光的第五级明条纹重合，求未知光的波长。 解：屏上1λ的三级明纹中心的位置 m 103.31055010 6.02.133933---?=????==λd D k x 依题意屏上1λ的第六级明条纹和波长为λ的第五级明条纹重合于x 处 则有 λλd D k d D k x 516== 即 λλ516k k = m 106.6105505 679156--?=??==λλk k 13—10平板玻璃（5.1=n ）表面上的一层水（33.1=n ）薄膜被垂直入射的光束照射，光束中的光波波长可变。当波长连续变化时，反射强度从nm 500=λ时的最小变到nm 750=λ时的同级最大，求膜的厚度。 习题13-10图
第十六章习题 16.1 解：已知条件：150.087rad θ== ，6328A λ=第一级最小对应的条件为 ()10 6111632810sin 7.2710m sin 0.087 a a λλθλθθ--?=?====? 16.2 解：已知条件：-7 5461A=5.46110m λ=? 缝宽 -4 0.1mm=1.010m a =?，焦距 0.5m f = 第一级暗条纹：103 1114 546110sin sin 5.461101.010 a a λ θλθθ---?=?===?=? ⑴ 中央亮条纹的宽度： 33112tan 220.5 5.46110 5.4610m y f f θθ--===???=? ⑵ 一级次极大条纹的宽度应为第一级暗纹与第二级暗纹之间的宽度。 111sin sin a a λ θλθθ=?== 2222sin 2sin a a λ θλθθ=?== 一级次极大条纹的宽度为： ()()312121tan tan 2.7310m f y f f f a λθθθθ-=-=-= =? 16.3 解：⑴ 5890A λ=，0.1mm a = 311sin sin 5.8910rad a a λ θλθ-=?= =? 所以：31 5.8910rad θ-=? ⑵ 5890A λ=，10.50.0087rad θ== 10 511589010sin 6.7710m 0.0087 a a λθλθ--?=?===? 16.4 解：设未知波长为1λ，红光的波长为2λ，由题意可知： 17sin 2a θλ= 25s i n 2 a θλ= 1212755 4286A 227 λλλλ=?== 16.5 解：58 3.7610km=3.7610m s =??，5500A λ=，直径5m D = 最小分辨角：10 75500101.22 1.22 1.34210rad 5 D λ δ?--?==? =?
习题十六 16-1 将星球看做绝对黑体，利用维恩位移定律测量m λ便可求得T ．这是测量星球表面温度的方法之一．设测得：太阳的m 55.0m μλ=，北极星的m 35.0m μλ=，天狼星的 m 29.0m μλ=，试求这些星球的表面温度． 解：将这些星球看成绝对黑体，则按维恩位移定律： K m 10 897.2,3 ??==-b b T m λ 对太阳： K 10 3.510 55.010897.23 6 3 11 ?=??= = --m b T λ 对北极星： K 10 3.810 35.010897.23 6 322 ?=??= = --m b T λ 对天狼星：K 10 0.110 29.010 897.24 6 333?=??= = --m b T λ 16-2 用辐射高温计测得炉壁小孔的辐射出射度(总辐射本领)为22.8W ·cm -2 ，求炉内温度． 解：炉壁小孔视为绝对黑体，其辐出度 2 4 2 m W 10 8.22cm W 8.22)(--??=?=T M B 按斯特藩-玻尔兹曼定律： =)(T M B 4T σ 4 18 4 4)1067.510 8.22()(-??==σT M T B K 1042.110)67.58.22(3 34 1?=?= 16-3 从铝中移出一个电子需要4.2 eV 的能量，今有波长为2000ο A 的光投射到铝表面．试 问：(1)由此发射出来的光电子的最大动能是多少?(2)遏止电势差为多大?(3)铝的截止(红限)波长有多大? 解：(1)已知逸出功eV 2.4=A 据光电效应公式 2 21m mv hv = A + 则光电子最大动能： A hc A h mv E m -= -== λ υ2 max k 2 1 eV 0.2J 10 23.310 6.12.410 200010 310 63.619 19 10 8 34 =?=??-????= ---- m 2max k 21)2(mv E eU a = = ∴遏止电势差 V 0.210 6.11023.319 19 =??= --a U (3)红限频率0 υ,∴ 000,λυυc A h = =又
11 班级______________学号____________姓名________________ 练习六 光的干涉 一、选择题 1.在折射率n=1.5的厚玻璃中，有一层平行玻璃表面的厚度为mm d 3105.0-?=的空气 隙，今以波长λ=400nm 的平行单色光垂直照射厚玻璃表面，如图所示，则从玻璃右侧向玻璃看去，视场中将呈现（ ） A 、亮影； B 、暗影； C 、明暗相间的条纹； D 、均匀明亮。 2. 在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是 （ ） （A ）使屏靠近双缝； （B ）使两缝的间距变小； （C ）把两个缝的宽度稍微调窄； （D ）改用波长较小的单色光源。 3.在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝1S 、2S 距离相等，则观察屏上中央明纹中心位于图中O 处，现将光源S 向下移动到示意图中的S '位置，则 （ ） （A ）中央明条纹向下移动，且条纹间距不变； （B ）中央明条纹向上移动，且条纹间距增大； （C ）中央明条纹向下移动，且条纹间距增大； （D ）中央明条纹向上移动，且条纹间距不变。 4.用单色光垂直照射牛顿环装置，设其平凸透镜可以在垂直的方向上移动，在透镜离开平玻璃的过程中，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 ）向左平移。 5.如图所示，波长为λ的平行单色光垂直入射在折射率为2n 的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉。若薄膜厚度为e ，而且321n n n >>，则两束反射光在相遇点的位相差为（ ） （A ）λπ/42e n ； （B ）λπ/22e n ； （C ）λππ/42e n +； （D ）λππ/42e n +-。 6.两个直径相差甚微的圆柱体夹在两块平板玻璃之间构成空气劈尖，如图所示，单色光垂直照射，可看到 等厚干涉条纹，如果将两个圆柱之间的距离L 拉大，则L 范围内的干涉条纹 （ ） （A ）数目增加，间距不变； （B ）数目增加，间距变小； （C ）数目不变，间距变大； （D ）数目减小，间距变大。 二、填空题 1.双缝干涉实验中，若双缝间距由d 变为d '，使屏上原第十级明纹中心变为第五级明纹中心，则='d d : ；若在其中一缝后加一透明媒质薄片，使原光线光程增加λ5.2，则此时屏中心处为第 级 纹。 2.用600=λnm 的单色光垂直照射牛顿环装置时，第4级暗纹对应的空气膜厚度为_________μm 。 3.在牛顿环实验中，平凸透镜的曲率半径为3.00m ，当用某种单色光照射时，测得第k 个暗纹半径为 4.24mm ，第k +10个暗纹半径为6.00mm ，则所用单色光的波长为___________nm 。 4.在垂直照射的劈尖干涉实验中，当劈尖的夹角变大时，干涉条纹将向 方向移动，相邻条纹间的距离将变 。 5.在空气中有一劈尖形透明物，其劈尖角rad 100.14 -?=θ，在波长700=λnm 的单色光垂直照射下，测 得干涉相邻明条纹间距l=0.25cm ，此透明材料的折射率n =___________。 三、计算题 1.用很薄的云母片（n =1.58明条纹的位置上。如果入射光波长为550nm ，试问此云母片的厚度为多少？ S S 3 n e λ
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的干涉）作业3 一 选择题 1．如图示，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n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，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之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e －2 λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e － 2 2n λ [ A ] [参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存 在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋2 λ）－2 λ = 2n 2e 。 2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一（A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1） （B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1 [ B ] 4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （C ）3λ （D ）1.5λ/n [ A ] [参考解]：由相位差和光程差的关系λ δ π?2=?可得。 5．两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃慢慢地向上平移，则干涉条纹 (A) 向棱边方向平移，条纹间隔变小． (B) 向棱边方向平移，条纹间隔变大． (C) 向棱边方向平移，条纹间隔不变． (D) 向远离棱边的方向平移，条纹间隔不变． [ C ] 二 填空题 3S 1P S