高中物理光的干涉和衍射的区别
河北 石晓兵
一、光的干涉和衍射
由于物质发光的特性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象，只有采用特殊方法，从同一光源分离出两列频率相同的光波叠加，才可发生干涉现象．双缝干涉、薄膜干涉等都是采用这种“分光”的方法而获得光源的．衍射现象为光直接通过孔或缝等的光波叠加形成．结合光的干涉和衍射现象的具体操作，可以得出复色光干涉和衍射现象的方法：凡是通过“一分为二”形成的图样即为干涉，否则为衍射。
例1．如图1所示，图(a)为单缝，图(b)为双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远的位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示明条纹)如图(c)(d)所示，则下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是： ( )
A ．图(c)表示单缝衍射条纹，图(d)表示双缝干涉条纹；
B ．单缝S 越宽，越容易观察到对应的明暗条纹；
C ．双缝间距离越短，对应条纹间距越大；
D ．照射双缝的单色光波长越长，对应条纹间距离越小．
解析：光通过单缝会发生衍射，通过双缝会发生干涉，两者都会产生明暗相间的条纹，但干涉条纹宽度都一样，而衍射条纹中间宽、两侧越来越窄，所以(c)为干涉条纹，(d)为衍射条纹，对于衍射，缝越窄，条纹越宽，条纹越明显(但其亮度逐渐变暗)；而缝越宽，条纹越模糊，所以A 、B 两项均不正确，双缝干涉时，双缝间距越小，波长越长，条纹越宽，所以C 选项正确，D 选项错误．故此题正确答案为C ．
方法点拨：双缝干涉和单缝衍射是证明光具有波动性的典型实验，双方都能产生明暗相间的条纹，但条纹特点不同，其中双缝干涉产生的条纹宽度可用公式λ=?d
L x 表示，其中△x 表示条纹的宽度，d 为两缝间距离，L 为屏到双缝的距离，λ为单色光的波长．
二、干涉和衍射图样
观察、比较干涉和衍射图样，了解它们的特点和区别，是培养分析问题和观察问题能力重要手段．
光的干涉和衍射均为波的叠加行为，所得到的条纹都是明暗相间的，都可以证明光的波动性，但它们之间还有许多不同点．现归纳如下：
1. 现象不同
光的干涉是满足相干条件的光的空间里相互叠加而形成的明暗相间的条纹，而光的衍射是光在传播空间里偏离直线传播而形成的明暗相间的条纹．
2．产生的条件不同
要产生光的干涉，必须满足相干条件：频率相同(相差恒定、振动方向相同)；
要产生光的衍射需要满足的条件是：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或差不多．
3．产生的机理不同
干涉是双缝处发出的两列波在屏上叠加，当两列波到达屏上的某点的距离差等于波长的整数倍时，该点是振动加强点，因而出现明条纹；当两列波到达屏上某点的距离差等于半波长的奇数倍时，该点是振动减弱点，因而出现暗条纹．
衍射是从单缝处产生无数多个子波，这些子波到达屏时相互叠加，它们在屏上不同点叠加时，其相互减弱的程度有规律地变轻或变重，在轻微处出现明条纹，在严重处出现暗条纹．
4．图样不同
以单色光为例：干涉图样是互相平行的且条纹宽度相同，中央和两侧的条纹没有区别； 而衍射条纹是平行不等距的，中央明条纹又宽又亮，两边条纹宽度变窄，亮度也明显减弱．
例2．如图2所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过一个双缝干涉仪器形成的干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分代表亮纹)，那第1、2、3、4四个图中亮纹的颜色依次是( )
A ．红黄蓝紫；
B ．红紫蓝黄；
C ．蓝紫红黄；
D ．蓝黄红紫．
解析：由于双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮纹最宽最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此，1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．又双缝干涉条纹宽度(即相邻明、暗条纹间距)△x 与两缝间距离d 、狭缝到屏的距离L 及光波波长 λ有关，其关系式为λ=?d
L x ，在L 和d 都不变的情况下，干涉条纹间距△x 与波长λ成正比，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝的宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即中央条纹越宽越亮，而黄光波长比紫光波长长，则黄光的中央条纹又宽又亮，即2、4分别对应于紫光和黄光．
综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红光、紫光、蓝光、黄光．故正确答案为B ．
方法点拨：本题考查干涉和衍射条纹各自的特点和区别，双缝干涉和单缝衍射尽管都产生明暗相间的条纹，但它们也有不同，因此，我们一定要注意它们的区别．
本题易错之处主要是：一是对双缝干涉、单缝衍射条纹分不清；二是对影响双缝干涉的条纹间距的因素不熟悉；三是对影响单缝衍射条纹的因素不熟悉．
光的干涉和衍射的区别与联系 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础性学 科,其中光的干涉与衍射现象是光学课程最主要的内容之一 ： 也是现代光学的基础。如傅立叶光学，全息学，光传输和光波导等理论基础。 干涉和衍射现象是一切波动所特有的，也是用于判断某 种物质是否有波动性的判据。从理论上分析，干涉和衍射都是 光波发生相干叠加的结果。光波叠加的原理表述为对于真空中传播的光或在媒质中传播的不太强的光，当几列光波相遇时,其合成光波的光矢量E等于各分光波的光矢量E1,E2,E3, 的矢量和，即 E=E1+E2+E3 ....... =E Ei 而在相遇区外各列光波仍保持各自原有的特性频率 波长振动方向等和传播方向继续传播就好像在各自的路径上没有遇到其他的波一样。 在我们的日常生活中就有不少的干涉现象，例如，水面 上的油膜在太阳光的照射下呈现出五彩缤纷的美丽图像。 儿童吹起的肥皂泡在阳光下也显出五光十色的彩纹，这些都是光在薄膜上干涉所产生的图样。
光的干涉现象的广义定义为“两束（或多束）频率相同振动偏振方向一致振动位相差恒定的光在一定的空间 范围内叠加其光强度分布与原来两束或多束光的强度之和不同的现象。”为了突出“相干叠加”与“非相干叠加”在空间强度分布的明显的差别又有了狭义的定义 “满足一定条件的两束或多束光在空间叠加后其合振动有些地方固定的加强有些地方固定的减弱强度在 空间在有一种周期性的变化的稳定分布” 。 根据光源分成两束时所采用的方法不同干涉分为两种： (1)由波阵面造成的干涉将点光源发出的波阵面分割为两 个或两个以上的部分 使它们通过不同的光路后交叠起来。 (2)由振幅分割造成的干涉用半透膜等波阵面上同一点处的振幅分成两个或更多个部分然后使这些波相遇而叠加起来。 让我们在日常生活中来观察光的衍射现象伸出你的手 把两个指头并拢靠近眼睛通过指缝观看电灯灯丝使缝与灯丝平行可以看到灯丝两旁有明暗相间的并带有彩色 的平行条纹这就是光通过指缝产生的衍射现象。 光的直线传播和衍射现象是有内在联系的衍射现象是光的波动特性的最基本的表现光的直线传播不过是光 的衍射现象的极限而已。惠更斯菲涅尔原理指出。在同一
教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理；波的干涉、衍射和偏振的特性，了解光弹性效应、电光 效应和磁光效应。 掌握相位差、光程差的计算，会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双 缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。 掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律，知道起偏、检偏和各种偏振光。 教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。 第十三章 光的干涉 一、光线、光波、光子 在历史上，光学先后被看成“光线”、“光波”和“光子”，它们各自满足一定的规律或方程，比如光线的传输满足费马原理，传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =h )，光的波动性就难以显现，在这种情况下，光可以看成“光线”，称为光线光学，。光线传输的定律可以用几何学的语言表述，故光线光学又称为几何光学。光波的传输满足麦克斯韦方程组，光子则满足量子力学的有关原理。让电磁波的波长趋于零，波动光学就转化为光线光学，把电磁波量子化，波动光学就转化为量子光学。 二、费马原理 光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播，即 (,,)0Q P n x y z ds δ=? 三、光的干涉 光矢量(电场强度矢量E )满足干涉条件的，称为干涉光。类似于机械波的干涉，光的干涉满足： 222010*********cos()r r E E E E E ??=++- 1020212cos()r r E E ??-称为干涉项，光强与光矢量振幅的平方成正比，所以上式可改写为： 12I I I =++ (1-1) 与机械波一样，只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果，对非干涉光有： 1221,cos()0r r I I I ??=+-= 四、 相干光的研究方法 (一)、光程差法 两列或多列相干波相遇，在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。 能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length)。 设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ，则
1引言 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础学科, 又是当前物理学领域最活跃前沿之一, 然而光学的发展也是经过一场场磨难和斗争, 其历史被当作自然科学发展史的典范。光的干涉和衍射现象是光学课程最主要的内容之一, 也是现代光学的基础, 如傅里叶光学, 全息学, 光传输与光波导等的理论基础。在大学本科层次的光学学习中, 光的反射, 折射现象和成像规律我们学生已比较熟悉, 较容易接受。但对光的波动性, 干涉和衍射现象, 我们还是比较生疏, 理论解释也比较困难。本文将通过对光的干涉和衍射现象更加深入的比较和分析, 阐明干涉与衍射现象的意义, 系统归纳总结出了两者的异同，以促进相关概念的学习。 2光的干涉现象 “两束（或多束）频率相同, 振动方向一致, 振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加后, 其强度分布与原来两束（或多束）光的强度之和不同的现象称为光的干涉”, 该定义范围广泛, 是光的干涉的广义定义[1]。为突出“ 相干叠加” 与“ 非相干叠加” 在空间强度分布的明显差别, 很多教科书给出了光的干涉的狭义定义“ 满足一定条件的两束（或多束）光在空间叠加后, 其合振动有些地方固定的加强, 有些地方固定的减弱, 强度在空间有一种周期性变化的稳定分布, 这种现象称为光的干涉” 。此时, 在叠加区内的屏上一般会形成固定的干涉图样, 其图象不随时间改变。这种狭义的干涉是我们以下讨论的重点, 也是中学物理所涉及的内容。 波动是振动在介质中的传播, 因此, 光波的叠加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的叠加。设两波源为1S 和2S , 它们是电矢量振动方向相同, 各自发出频率相同, 初相 位不同的光波, 当这两列光波在介质中任一点P 相遇时, 可证明, 它们在该点引起的平均强度为 12I I I δ- =++ 式中, 1I 和2I 分别是发自1S 和2S 的两列光波到达P 点的各自的平均强度,δ为两列光波到达P 点时的 相位差, 上式右边的第三项称为两列光波的干涉 项。又因为振动的强度正比于振幅的平方，设1A ，
《大学物理AII 》作业 No.06 光的衍射 班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______ ------------------------------------------------------------------------------------------------------- ****************************本章教学要求**************************** 1、理解惠更斯-菲涅耳原理以及如何用该原理解释光的衍射现象。 2、理解夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的区别，掌握用半波带法分析夫琅禾费单缝衍射条纹的产生，能计算明暗纹位置、能大致画出单缝衍射条纹的光强分布曲线；能分析衍射条纹角宽度的影响因素。 3、理解用振幅矢量叠加法求单缝衍射光强分布的原理。 4、掌握圆孔夫琅禾费衍射光强分布特征，理解瑞利判据以及光的衍射对光学仪器分辨率的影响。 5、理解光栅衍射形成明纹的条件，掌握用光栅方程计算主极大位置；理解光栅衍射条纹缺级条件，了解光栅光谱的形成以及光栅分辨本领的影响因素。 6、理解X 射线衍射的原理以及布拉格公式的意义，会用它计算晶体的晶格常数或X 射线的波长。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 一、填空题 1、当光通过尺寸可与（波长）相比拟的碍障物（缝或孔）时，其传播方向偏离直线进入障碍物阴影区，并且光强在空间呈现（非均匀分布）的现象称为衍射。形成衍射的原因可用惠更斯-菲涅耳原理解释，即波阵面上各点都可以看成是（子波的波源），其后波场中各点波的强度由各子波在该点的（相干叠加）决定。 2、光源和接收屏距离障碍物有限远的衍射称为（菲涅尔衍射或近场衍射）；光源和接收屏距离障碍物无限远的衍射称为（夫琅禾费衍射）或者远场衍射。在实际操作中，远场衍射是通过（平行光）衍射来实现的，即将光源放置在一透镜的焦点上产生平行光照射障碍物，通过障碍物的衍射光再经一透镜会聚到接收屏上观察来实现。 3、讨论单缝衍射光强分布时，可采用（半波带法）和（振幅矢量叠加法）两种方法，这两种方法得到的单缝衍射暗纹中心位置都是一样的，暗纹中心位置= x （a kf λ ±）。两相邻暗纹中心之间的距离定义为（明纹）宽度，单缝衍射中央明
高中物理-光的干涉衍射测试题 一、光的干涉衍射选择题 1．如图，一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线，则 A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B．在真空中，a光的波长小于b光的波长 C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失 E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 2．如图所示，光源S从水面下向空气斜射一束复色光，在A点分成a、b两束，则下列说法正确的是（） A．在水中a光折射率大于b光 B．在水中a光的速度大于b光 C．若a、b光由水中射向空气发生全反射时，a光的临界角较小 D．分别用a、b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光产生的干涉条纹间距小于b光3．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光的频率、波长均不相等，这时()． A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹仍然存在 C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮 4．市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处如图所示．这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线．以λ表示红外线的波长，则所镀薄膜的最小厚度应为()．
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
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?=1s i n a ，所以中央明纹宽度a f f f x λ ??2s i n 2t a n 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－ 4cm 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 ±=s i n 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 】
高中物理-光的干涉 知识梳理 1.产生稳定干涉的条件：____________________________. 2.相干光源：让一束_____________的单色光（如红色激光束）投射到两条相距很近的平行狭缝S 1和S 2上，再由狭缝S 1和S 2组成了两个振动情况总是__________的光源，这样的波源被称为相干光源. 3.双缝干涉中，如果入射的是单色光，出现___________的干涉条纹，当屏上某点到双缝的路程差恰为__________时，在该处将出现亮条纹.当屏上某点到双缝的路程差恰为_________时，在该处将出现暗条纹. 4.条纹间距Δx 与波长λ的关系：用不同波长的光做双缝干涉实验时，干涉条纹间的距离Δx 不同，在双缝间距离d 和双缝到光屏的距离l 一定的情况下，波长越长，干涉条纹间的距离越__________；用白光做双缝干涉时，得到彩色干涉条纹，这表明组成白光的各单色光的波长，其中红光波长最______________，紫光波长最_________；Δx 、d 、l 及λ间满足：Δx=______________. 疑难突破 推导相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离公式 剖析：设两条缝S 1和S 2距离为d ，到光屏的距离为l ，且l d ，P 是S 1S 2的中垂线与屏的交点，P 到S 1、S 2的距离相等.如图13-2-1所示，从S 1、S 2射出的光波到达P 点经过的路程相等，两列波的波峰（或波谷）同时到达P 点，它们互相加强，在P 点出现亮条纹，叫做中央亮纹.下面我们研究一下离P 点距离为x 的P 1点的情况，P 1到S 1、S 2的距离分别为r 1、r 2，因此从S 1、S 2发出的光波到达P 1点的路程差为r 2－r 1. 图13-2-1 从图中可以看出： r 12=l 2+(x-2d )2,r 22=l 2+(x+2 d )2 两式相减r 22-r 12=（r 2-r 1）（r 2+r 1）=2dx 由于l>>d ，因此r 2+r 1≈2l. 由r 2-r 1= l d x=kλ（k=0，1，2，…） 可得：x=?=?-k d l r r )(1 2l d ·λ(k=0,1,2, …),该处出现明条纹. 当k=0时，即图中的P 点，S 1、S 2到达P 点的路程差为零，P 一定是振动加强点，出现明纹，又叫中央亮纹. 当k=1时，为第一级明纹……由对称性可知在P 点的下方也有和P 点上方相对称的明纹. 同理，由r 2-r 1=（2k+1） 2λ（k=0，1，2，…） 可得x=（2k+1）l d ·2 λ（k=0，1，2，…），该处出现暗条纹.
光的干涉与衍射的区别及联系 光的干涉现象中，缝宽a远小于光波波长λ，每个小缝相当于一个线光源，光的干涉是有限的这几列线光源的相干叠加；而在光的衍射现象中，缝宽a与光波波长λ可相比拟，狭缝处波面上的各点都可以认为是发射球面子波的渡源。光的衍射就是从同一波面上发出的这无限多个子波的相干叠加.光的干涉和衍射现象在本质上是统一的。都是相干波的叠加，证明了光的波动性。 当频率相同、相位差恒定、具有相互平行的振动分量的两列光波在空间相遇时，这两列光波就会发生相干叠加。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相位差，不能产生干涉现象。为了获得满足上述相干条件的光波，可以利用一定的光学系统将同一列光波分解为两部分，让它通过不同的路径后又重新相遇，实现同一列光波自身相干涉的目的。 平面波传播时，被前方宽度为a(a与光波波长λ相差不多)的开孔所阻挡，故只允许平面波的一部分通过该孔．若按光的直线传播观点，开孔后面的观察屏上只有AB区域内才被平行光照亮，而在AB以外的区域应是全暗的．而事实并非如此，AB外的区域光强并不为零．当障碍物或孔、缝的线度a与波长λ相差不多时，光将偏离直线传播而进入障碍物的几何阴影中，这种光绕过障碍物的绕射现象就是光的衍射。 光的干涉和衍射是光的波动性的两个基本特性，它们都是光振动的叠加，其本质是相同的，那么为什么又区分为干涉和衍射?教材中这样解释“干涉和衍射之间并不存在实质性的物理差别．然而习惯当考虑的只是几个波的叠加时说是干涉，而讨论大量的波的叠加则说是衍射。”至于为什么有干涉和衍射之分，粗浅地说，这是因为就讨论的问题而言，其强调的侧重面不同。光的干涉是有限几束光振动在叠加过程中的相长和相消。这里强调的是光的直线传播，而光的衍射则是无限多次子波的相干叠加，这里强调的是光的非直线传播。 在光的干涉现象中，缝宽a<<λ，每个小缝相当于一个线光源，其发出次波的振幅可以认为是均匀的，每个次波都是以直线传播的模型来描写的，光的干涉强调的是有限的几列光波的相干叠加．用数学方法来处理时，叠加过程是对有限量的求和，表现在矢量图上，干涉图样可由矢量折线图来分析．在光的衍射现象中。缝宽a与波长λ可相比拟。由于波阵面上有无数个点，即有无数个次级波，且这些波都能满足相干条件，因此光的衍射强调的是无限多个子波的相干叠加；用数学方法来处理时，叠加过程是一个积分求和的过程，表现在矢量图上，衍射图样可由矢量弧线图来分析．因此。干涉是有限束光相干叠加的结果，而衍射则是无限束光叠加的结果。光的干涉和衍射现象虽然在屏幕上都得到明暗相间的条纹。但条纹亮暗分布不同．在杨氏双缝干涉实验中，光的的干涉是双缝处发出的两列等幅光波在屏幕上叠加，由矢量折线图分析，双缝后面的光屏上呈现出的干涉图样互相平行且条纹宽度相同．中央和两侧的条纹没有区别。各条纹能量分布
习题 19-1．波长为的平行光垂直照射在缝宽为的单缝上，缝后有焦距为的凸透镜，求透镜焦平面上出 现的衍射中央明纹的线宽度。 解：中央明纹的线宽即为两个暗纹之间的距离 利用两者相等，所以： 19-2．波长为和的两种单色光同时垂直入射在光栅常数为的光栅上，紧靠光栅后用焦距为的透镜 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。 解：两种波长的第三谱线的位置分别为x1,x2 所以, 19-3．在通常的环境中，人眼的瞳孔直径为。设人眼最敏感的光波长为，人眼最小分辨角为多大？如果窗纱上两根细丝之间的距离为，人在多远处恰能分辨。 解：最小分辨角为： 如果窗纱上两根细丝之间的距离为，人在多远处恰能分辨。 19-4．已知氯化钠晶体的晶面距离，现用波长的射线射向晶体表面，观察到第一级反射主极大， 求射线与晶体所成的掠射角. 解, 第一级即k=0。 19-5,如能用一光栅在第一级光谱中分辨在波长间隔，发射中心波长为的红双线，则该光栅的总缝 数至少为多少？ 解：根据瑞利判据： 所以N=3647。 19-6．一缝间距d=0.1mm，缝宽a=0.02mm的双缝，用波长的平行单色光垂直入射，双缝后放 一焦距为f=2.0m的透镜，求：（1）单缝衍射中央亮条纹的宽度内有几条干涉主极大条纹；（2） 在这双缝的中间再开一条相同的单缝，中央亮条纹的宽度内又有几条干涉主极大？ 解, 所以中央亮条纹位置为： 中央明条纹位于：中心位置的上下方各0.06m处。 而干涉条纹的条纹间距为： 中央明条纹在中心位置的上下方各0.006m的位置上，第K级明条纹的位置为： 所以对应的k=4， 即在单缝衍射中央亮条纹的宽度内有9条干涉主极大条纹（两边各四条+中央明纹）。 （2）在这双缝的中间再开一条相同的单缝, 干涉条纹的条纹间距将变为： 中央明条纹在中心位置的上下方各0.012m的位置上，第K级明条纹的位置为： 所以对应的k=2， 即在单缝衍射中央亮条纹的宽度内有5条干涉主极大条纹（两边各两条+中央明纹）。
13.3光的干涉的教学设计 一、教材分析 1．国内以往教材对光的教学都是按光学的两大分支——利用几何学的概念和方法研究光的传播规律的几何光学和研究光的本性以及光与物质相互作用的规律的物理光学而分两章进行，两部分教学内容的处理相对独立．新课标下的光学教材，突出“光的本性”这条主线，将两部分内容整合为一，全章教材内容编排灵动活跃，贴近光学研究高新理念与成果，具有时代气息． 2．教材将《光的干涉》安排在学生可感知的光折射现象研究（第1 节）之后，意在建立有层次的光本性认知平台．在光折射现象研究中得到折射定律后，教材及时引导学生作深层思考：从实验中得出的折射定律1 212sin sin n θθ=与从惠更斯原理得出的结论形式一致，是否可以 推测光可能是一种波？“光线”是否应该是光波的波线？为将对光的认知同化至波的图式中去作了自然的铺垫，这样的编排与高中学生的认知水平相适应的，也顺乎人类对光本性认识的进程． 3．本节围绕波的特征现象之一 ——光的干涉的研究展开，以完成“光是一种波”的推理与同化．教材着力于展示典型的光干涉实验及光干涉现象，分析光干涉图样的规律及发生光干涉的条件．教材贯穿了如下的科学方法： 不完整的事实（折射定律1 212sin sin n θθ=与从惠更斯原理得出的结论形式一致） ↓ 假说（光是一种波） ↓ 可检验的依据（是波就会干涉） ↓ 新事实的检验（双缝干涉图样） 二、学情分析 1．学生大多在生活中没有光的干涉现象的体验，但通过高中物理学习，已有水波、声波等机械波干涉的经验与理论，高二学生已有一定的自主构建新知识框架的能力，可以从已感知的机械波干涉现象与规律延伸至待认定的光是波的推想．
第4课时光的干涉衍射和偏振 导学目标 1.掌握光的干涉现象产生的条件，特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断方法.2.掌握光产生明显衍射的条件，以及衍射与干涉现象的区别.3.掌握光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 一、光的干涉 [基础导引] 1．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7m，如果用频率 6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹．2．描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的．利用光的干涉检查平整度时，观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置．为什么薄膜干涉条纹是等厚线？ [知识梳理] 1．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是________的相干光波．屏上某点到双缝的路程差是________________时出现亮条纹；路程差是半波长的________时出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝的距离l之间的关系为____________． 2．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)____________反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度________． 特别提醒 1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样． 2．单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹． 二、光的衍射 [基础导引] 太阳光照着一块遮光板，遮光板上有一个较大的三角形孔．太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑．请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化？说出其中的道理． [知识梳理] 1．光________________________________的现象叫光的衍射． 2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象． 3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)． 特别提醒 1.光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同． 2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分． 三、光的偏振 [基础导引]
光的衍射发展史 摘要：光的衍射是光的波动性的重要标志之一，从衍射的发现到衍射的应用经历了几百年的时间，期间花费许多科学家的 心血，他们发挥了惊人的智慧，为光学的发展作出了巨大贡
献。 关键词：【干涉现象】【发现】【惠更斯-菲涅耳原理】【应用】【发展】【原因】 背景： 光的衍射是光的波动性的重要标志之一，光在传播过程中所呈现的衍射现象，进一步揭示了光的波动本性。同时衍射也是讨论现代光学问题的基础。波在传播中表现出衍射现象，既不沿直线传播而向各方向绕射的现象。 论述： 1.光的干涉现象 光的干涉现象是几束光相互叠加的结果。实际上即使是单独的一束光投射在屏上，经过精密的观察，也有明暗条纹花样出现。例如把杨氏干涉实验装置中光阑上两个小孔之一遮蔽，使点光源发出的光通过单孔照射到屏上，仔细观察时，可看到屏上的明亮区域比根据光的直线传播所估计的要大得多，而且还出现明暗不均匀分布的照度。光通过狭缝，甚至经过任何物体的边缘，在不同程度上都有类似的情况。把一条金属细线（作为对光的障碍物）放在屏的前面，在影的中央应该是最暗的地方，实际观察到的却是亮的，这种光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫做光的衍射。 光的衍射现象的发现，与光的直线传播现象表现上是矛盾的，
如果不能以波动观点对这两点作统一的解释，就难以确立光的波动性概念。事实上，机械波也有直线传播的现象。超声波就具有明显的方向性。普通声波遇到巨大的障碍物时，也会投射清楚的影子，例如在高大墙壁后面就听不到前面的的声响。在海港防波堤里面，巨大的海浪也不能到达。微波一般也同样是以直线传播的。衍射现象的出现与否，主要决定于障碍物线度和波长大小的对比。只有在障碍物线度和波长可以比拟时，衍射现象才明显的表现出来。声波的波长可达几十米，无线电波的波长可达几百米，它们遇到的障碍物通常总远小于波长，因而在传播途中可以绕过这些障碍物，到达不同的角度。一旦遇到巨大的障碍物时，直线传播才比较明显。超声波的波长数量级小的只有几毫米，微波波长的数量级也与此类似，通常遇到的障碍物都远较此为大，因而它们一般都可以看作是直线传播。 光波波长约为3.9-7.6×10 cm ，一般的障碍物或孔隙都远大于此，因而通常都显示出光的直线传播现象。一旦遇到与波长差不多数量级的障碍物或孔隙时，衍射现象就变的显著起来了。 2.光的衍射的发现 光的衍射，是由意大利物理学家格里马尔迪（Grimaldi,Francesco Maria）（1618-1663）发现的。他发现在点光源的照射下，一根直竿形成的影子要比假定光以直线传播所应有的宽度稍大一些，也就是说光并不严格按直线传播，而会绕过障碍物前进。后来，他让一束光通过两个（前后排列的）
徐州市《光的干涉 衍射》测试题(含答案) 一、光的干涉 衍射 选择题 1．如图所示，a 、b 两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果折射角相同，下列说法正确的是（ ） A ．b 在该介质中的折射率比a 小，在介质中波速大于a 光 B ．若用b 做单缝衍射实验，要比用a 做中央亮条纹更宽 C ．用a 更易观测到泊松亮斑 D ．做双缝干涉实验时，用a 光比用b 光两相邻亮条纹中心的距离更大 2．如图所示，光源S 从水面下向空气斜射一束复色光，在A 点分成a 、b 两束，则下列说法正确的是（ ） A ．在水中a 光折射率大于b 光 B ．在水中a 光的速度大于b 光 C ．若a 、b 光由水中射向空气发生全反射时，a 光的临界角较小 D ．分别用a 、b 光在同一装置上做双缝干涉实验，a 光产生的干涉条纹间距小于b 光 3．如图所示，半径为R 的特殊圆柱形透光材料圆柱体部分高度为 2 R ，顶部恰好是一半球体，底部中心有一光源s 向顶部发射一束由a 、b 两种不同频率的光组成的复色光，当光线与竖直方向夹角θ变大时，出射点P 的高度也随之降低，只考虑第一次折射，发现当P 点高度h 降低为 12 2 R +时只剩下a 光从顶部射出，下列判断正确的是（ ） A ．在此透光材料中a 光的传播速度小于b 光的传播速度 B ．a 光从顶部射出时，无a 光反射回透光材料
C．此透光材料对b光的折射率为1042 D．同一装置用a、b光做双缝干涉实验，b光的干涉条纹较大 4．彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成。彩虹形成的示意图如图所示，一束白光L由左侧射入水滴，a、b是白光射入水 滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线(a、b是单色光)。下列关于a光与b光的 说法正确的是（） A．水滴对a光的折射率小于对b光的折射率 B．a光在水滴中的传播速度小于b光在水滴中的传播速度 C．用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距大于b光的相邻亮条 纹间距 D．a、b光在水滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要长 5．把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平画上，让单色光从上方射入如图(甲)，这时可以看到亮暗相间的同心圆如图(乙)．这个现象是牛顿首先发现的，这些同 心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大(例如从中心数起的第二道圆环)，则应 ( ) A．将凸透镜的曲率半径变大 B．将凸透镜的曲率半径变小 C．改用波长更长的单色光照射 D．改用波长更短的单色光照射 6．关于波的干涉、衍射等现象，下列说法正确的是______________ A．当波源与观测者相互靠近时，观测者接收到的振动频率大于波源发出波的频率 B．在杨氏双缝干涉实验中，用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距相等的条纹 C．某人在水面上方观察水底同位置放置的红、黄、绿三盏灯时，看到绿灯距水面最近D．照相机镜头前的增透膜、信号在光导纤维内的传播都是利用了光的全反射原理 E.电磁波与声波由空气进入水中时，电磁波波长变短，声波波长变长 7．如图所示，a、b两束不同频率的单色光光束，分别从图示位置平行地由空气射向平静 的湖面，湖底面水平且铺有反射材料，两束光经两次折射和一次反射后，一起从湖面O处 射出。下列说法正确的是
嘉兴市《光的干涉 衍射》测试题(含答案) 一、光的干涉 衍射 选择题 1．如图所示，波长为a λ和b λ的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a 和 b ，则这两束光（ ） A ．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能Ka Kb E E > B ．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距a b x x ?>? C ．在水中的传播速度a b v v < D ．光子动量a b p p < 2．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a 、b ，下列说法正确的是 A ．若增大入射角i ，则b 光最先消失 B ．在该三棱镜中a 光波速小于b 光 C ．若a 、b 光通过同一双缝干涉装置，则屏上a 光的条纹间距比b 光宽 D ．若a 、b 光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a 光的遏止电压高 3．如图所示，a 、b 和c 都是厚度均匀的平行玻璃板，a 和b 、b 和c 之间的夹角都为β，一细光束由红光和蓝光组成，以入射角θ从O 点射入a 板，且射出c 板后的两束单色光射在地面上P 、Q 两点，由此可知（ ） A ．射出c 板后的两束单色光与入射光不再平行 B ．射到Q 点的光在玻璃中的折射率较大 C ．射到P 点的光在玻璃中的传播速度较大，波长较长
D．若射到P、Q两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象，则射到P点的光形成干涉条纹的间距较小 4．把一个上表面是平面下表面是凸面的凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方垂直射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹（） A．圆环状条纹是光经凸透镜上下两个玻璃表面之间反射引起的千涉造成的 B．圆环状条纹是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的 C．如果将凸透镜的凸面曲率半径增大而其它条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变大D．如果改用波长更长的单色光照射而其它条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变小5．如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃砖的上表面，得到三束光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，若玻璃砖的上下表面足够宽，下列说法正确的是() A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B．玻璃对光束Ⅲ的折射率大于对光束Ⅱ的折射率 C．改变α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行 D．通过相同的双缝干涉装置，光束Ⅱ产生的条纹宽度大于光束Ⅲ的宽度 6．如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源S，它发出的是两种不同颜色的a光和b 光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a光的颜色（见图乙）。则以下说法中正确的是（） A．a光的频率比b光小 B．水对a光的折射率比b光大 C．a光在水中的传播速度比b光大 D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹间距比b光小 7．下列说法中正确的是() A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关 B．线性变化的电场一定产生恒定的磁场，线性变化的磁场一定产生恒定的电场
学案1 光的干涉 [学习目标定位] 1.知道什么是相干光及光产生干涉现象的条件.2.观察光的干涉现象，认识干涉条纹的特点.3.理解双缝实验中明、暗条纹的位置特点.4.了解薄膜干涉现象，知道薄膜干涉条纹的特点． 波的干涉：的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域，这种现象叫波的干涉． 1．1801年，英国物理学家在实验室里成功地观察到了光的干涉． 2．如图1，让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近，狭缝就成了两个波源，它们的总是相同的，这两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象，挡板后面的屏上得到的条纹． 图1 3．明暗条纹位置的判断方法 当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长λ 2的倍(即波长λ的倍)时，光在 这点相互加强，这里出现；当路程差为半波长λ 2的倍时，光在这 点，这里出现暗条纹． 一、双缝干涉 [问题设计] 如图2所示，机械波可以产生波的干涉现象，形成稳定的干涉图样；如果我们先假设光是一种波，那么按照我们所学的波动知识，光要发生干涉现象需要满足什么条件？
图2 [要点提炼] 1．杨氏双缝干涉实验： 图3 (1)双缝干涉的装置示意图 实验装置如图3所示，有光源、单缝、双缝和光屏． (2)单缝屏的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的 和振动情况．也可用激光直接照射双缝． (3)双缝屏的作用：平行光照射到单缝S 上，后又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光． (4)实验现象：①若用单色光作光源，干涉条纹是 的 的条纹． ②若用白光作光源，则干涉条纹是 条纹，且中央条纹是白色的． (5)实验结论：光是一种 2．光产生干涉的条件：两列光的 相同、相位相同、振动方向相同．杨氏双缝干涉实 验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的． 二、明暗条纹位置的判断方法 [问题设计] 机械波发生干涉现象时，形成的图样有什么特点？光发生干涉现象时为什么会出现明暗相间的条 纹？ [要点提炼] 屏上某处出现亮、暗条纹的条件 1．出现亮条纹的条件：屏上某点P 到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的 倍或 倍．即： |PS1－PS2|＝ ＝ ·λ2 (k ＝0,1,2,3，…) (k ＝0时，PS1＝PS2，此时P 点位于屏上的O 处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹．k 为亮条纹的级数．) 2．出现暗条纹的条件：屏上某点P 到两条缝S1和S2的路程差正好是 倍．即： |PS1－PS2|＝(2k －1)·λ2 (k ＝1,2,3，…) (k 为暗条纹的级数，从第1级暗条纹开始向两侧展开)． 二、薄膜干涉 [问题设计] 1．在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光．把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜．把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像如图4所示．这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验情况又会如何？ 图4
习题七 一、选择题 1．在单缝衍射实验中，缝宽a = 0.2mm ，透镜焦距f = 0.4m ，入射光波长λ= 500nm ，则在距离中央亮纹中心位置2mm 处是亮纹还是暗纹？从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带？ [ ] （A ）亮纹，3个半波带； （B ）亮纹，4个半波带； （C ）暗纹，3个半波带； （D ）暗纹，4个半波带。 答案：D 解：沿衍射方向，最大光程差为 3 36210sin 0.21010m=1000nm=20.4x a a f δθλ---?=≈=??=，即22422 λλδ=??=?。因此，根据单缝衍射亮、暗纹条件，可判断出该处是暗纹，从该方向上可分为4个半波带。 2．波长为632.8nm 的单色光通过一狭缝发生衍射。已知缝宽为1.2mm ，缝与观察屏之间的距离为D =2.3m 。则屏上两侧的两个第8级极小之间的距离x ?为 [ ] （A ）1.70cm ； （B ）1.94cm ； （C ）2.18cm ； （D ）0.97cm 。 答案：B 解：第 k 级暗纹条件为sin a k θλ=。据题意有 2tan 2sin 2k x D D D a λθθ?=≈= 代入数据得 92 3 8632.8102 2.3 1.9410m=1.94cm 1.210 x ---???=??=?? 3．波长为600nm 的单色光垂直入射到光栅常数为2.5×10-3 mm 的光栅上，光栅的刻痕与缝宽相等，则光谱上呈现的全部级数为 [ ] （A ）0、±1、±2、±3、±4； （B ）0、±1、±3； （C ）±1、±3； （D ）0、±2、±4。 答案：B 解：光栅公式sin d k θλ=，最高级次为3 max 6 2.510460010d k λ--?===?（取整数）。又由题意知缺级条件2a b k k k a +''= =，所以呈现的全部光谱级数为0、±1、±3（第2级缺，第4级接近90o衍射角，不能观看）。 4．用白光（波长范围：400nm-760nm ）垂直照射光栅常数为2.0×10-4 cm 的光栅，则第一级光谱的张角为 [ ]
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 =；