波动光学练习题及答案

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”。

波动光学一、概念选择题1. 如图所示，点光源S 置于空气中，S 到P 点的距离为r ，若在S 与P 点之间置一个折射率为n （n ＞1），长度为l 的介质，此时光由S 传到P 点的光程为（ D ）（A ）r （B ）l r - （C ）nl r - （D ）)1(-+n l r2. 在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气中和在玻璃中（ C ）（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。

3. 来自不同光源的两束白光，例如两束手电筒光照射在同一区域内，是不能产生干涉图样的，这是由于（ C ）（A ）白光是由不同波长的光构成的 （B ）两光源发出不同强度的光（C ）两个光源是独立的，不是相干光源 （D ）不同波长,光速不同4. 真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明媒质中，从A 点沿某一路径传播到B 点，路径的长度为l , 则A 、B 两点光振动位相差记为∆ϕ, 则（ C ）（A ） 当l = 3 λ / 2 ,有∆ϕ = 3 π（B ） 当 l = 3 λ / (2n ) , 有∆ϕ = 3 n π.（C ） 当 l = 3 λ /(2 n ) ,有∆ϕ = 3 π（D ） 当 l = 3 n λ / 2 , 有∆ϕ = 3 n π.5. 用单色光做双缝干涉实验，下述说法中正确的是 （ A ）（A ）相邻干涉条纹之间的距离相等（B ）中央明条纹最宽，两边明条纹宽度变窄（C ）屏与缝之间的距离减小，则屏上条纹宽度变窄（D ）在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距6. 用单色光垂直照射杨氏双缝时，下列说法正确的是（ C ）（A ）减小缝屏距离，干涉条纹间距不变（B ）减小双缝间距，干涉条纹间距变小（C ）减小入射光强度, 则条纹间距不变（D ）减小入射波长, 则条纹间距不变7. 一束波长为 λ 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，要使透射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为（ D ）（A ） λ / 4 （B ） λ / (4 n ) （C ） λ / 2 （D ） λ / (2 n )8. 有两个几何形状完全相同的劈尖：一个由空气中的玻璃形成，一个由玻璃中的空气形成。

10波动光学一、选择题1、以下叙述除哪个以外都是电磁波:(A)可见光；(B)声波；(C)X射线；(D) 射线；(E)无线电波。

[ ]2、波由一种介质进入另一介质时一定不变的物理量是:(A)频率；(B)波长；(C)波速；(D)传播方向。

[ ]3、以下哪个不是两束相干光的必备条件:(A)振动方向一致；(B)频率相同；(C)传播距离相同；(D)位相差恒定；[ ]4、光程的数值取决于:(A)光的传播距离；(B)光传播的几何距离和媒质的折射率；(C)媒质的折射率；(D)媒质对光的吸收。

[ ]5、在吹肥皂泡的过程中，以恒定的方向看到肥皂泡表面花样颜色改变，这是由下述哪个量的变化引起的:(A)折射率；(B)泡内压强；(C)泡膜的厚度；(D)表面张力系数。

[ ]6、在夫琅禾费单缝衍射实验中，仅增大缝宽而其余条件均不变时，中央明纹宽度的变化是:(A)减小；(B)增大；(C)不变； (D)先减小，后增大。

[ ]7、把双缝干涉实验装置放在折射率为n 的水中，两缝间距离为d ，双缝到屏的距离为()L d ，所用单色光在真空中波长为λ，则屏上干涉条纹中相邻的两明条纹之间的距离是:(A)/L nd λ； (B)/n L d λ；(C)/L d λ； (D)/2L nd λ。

[ ]8、波长为λ的单色光垂直投射在一单缝上，若P 点为衍射图样的二级明纹，则对P 点而言，单缝可分割成的半波带数目为:(A)2； (B)3；(C)4； (D)5。

[ ]9、用波长为600nm 和400nm 的单色光分别作单缝衍射实验，且实验装置相同，若测得600nm 光束的中央亮纹宽度为3mm ，则400nm 光束的中央亮纹宽度为:(A)3/2mm ； (B)2mm ；(C)3mm ； (D)4mm 。

[ ]10、光线通过厚度为浓度为的某种溶液，透射光是入射光的1/3，如使溶液的浓度和厚度各增加一倍，这个比值将为:(A)1/3 ； (B)1/9 ；(C)1/81 ； (D) 1/1 。

波动光学习题光程、光程差1.在真空中波长为的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传播到B ，若A 、B 两点相位差为3，则此路径AB 的光程为(A) 1.5． (B) 1.5 n ．(C) 1.5 n ． (D) 3． ［ A ］ 2.在相同的时间内，一束波长为的单色光在空气中和在玻璃中(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． ［ C ］3.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 垂直穿过厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的光程差等于 (A) )()(111222t n r t n r +-+(B) ])1([])1([211222t n r t n r -+--+(C) )()(111222t n r t n r ---(D) 1122t n t n - ［ B ］4.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，若薄膜的厚度为e ，并且 n 1＜n 2＞n 3，1为入射光在折射率为n 1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 2n 2e / ( n 1 1)． (B)[4n 1e / ( n 2 1)] + ． (C) [4n 2e / ( n 1 1) ]+．(D) 4n 2e / ( n 1 1)． ［ C ］5.真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明媒质中，从A 点沿某一路径传播到B点，路径的长度为l ．A 、B 两点光振动相位差记为，则(A) l ＝3 / 2，＝3． (B) l ＝3 / (2n )，＝3n ．(C) l ＝3 / (2n )，＝3． (D) l ＝3n / 2，＝3n ． ［ ］6.如图所示，波长为的平行单色光垂直入射在折射率为n 2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n 1＞n 2＞n 3，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 4n 2 e / ． (B) 2n 2 e / ．(C) (4n 2 e / ． (D) (2n 2 e / ． ［ A ］P S 1S 2 r 1 n 1 n 2 t 2 r 2 t 1n 1 n 2n 3 e λ1 n 1 n 2 n 3e λ7.如图所示，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n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3．若用波长为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 ］ (A) 2n 2 e ． (B) 2n 2 e － / 2 . (C) 2n 2 e －． (D) 2n 2 e － / (2n 2)．8.若一双缝装置的两个缝分别被折射率为n 1和n 2的两块厚度均为e 的透明介质所遮盖，此时由双缝分别到屏上原中央极大所在处的两束光的光程差＝_____(n 1-n 2)e 或(n 2-n 1)e 均可__．9.如图所示，假设有两个同相的相干点光源S 1和S 2，发出波长为的光．A 是它们连线的中垂线上的一点．若在S 1与A 之间插入厚度为e 、折射率为n 的薄玻璃片，则两光源发出的光在A 点的相位差＝___2 (n 1) e / _____．若已知＝500 nm ，n ＝1.5，A 点恰为第四级明纹中心，则e ＝_ 4×103__nm ．10.如图，在双缝干涉实验中，若把一厚度为e 、折射率为n 的薄云母片覆盖在S 1缝上，中央明条纹将向___上__移动；覆盖云母片后，两束相干光至原中央明纹O 处的光程差为___(n -1)e _． 11.波长为的单色光垂直照射如图所示的透明薄膜．膜厚度为e ，两束反射光的光程差＝___2.60 e _．12.用波长为的单色光垂直照射置于空气中的厚度为e 折射率为1.5的透明薄膜，两束反射光的光程差＝__ 3e +2/λ 或 3e ­2/λ _．双缝干涉1.用白光光源进行双缝实验，若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(A) 干涉条纹的宽度将发生改变．(B) 产生红光和蓝光的两套彩色干涉条纹．(C) 干涉条纹的亮度将发生改变．(D) 不产生干涉条纹． ［ D ］2. 在双缝干涉实验中，两条缝的宽度原来是相等的．若其中一缝的宽度略变窄(缝中心位置不变)，则(A) 干涉条纹的间距变宽．(B) 干涉条纹的间距变窄．(C) 干涉条纹的间距不变，但原极小处的强度不再为零．(D) 不再发生干涉现象． ［ C ］3.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n 2n 1n 3 e ①② S 1S 2 n e SS 1S 2 e 21SS SS = n 1 = 1.00 n 2 = 1.30 n 3 = 1.50 λ e(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． ［ B ］4.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 1 S 2连线的垂直平分面处放一高折射率介质反射面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． ［ B ］5.在双缝干涉实验中，光的波长为600 nm (1 nm ＝10－9 m)，双缝间距为2 mm ，双缝与屏的间距为300 cm ．在屏上形成的干涉图样的明条纹间距为(A) 0.45 mm ． (B) 0.9 mm ．(C) 1.2 mm (D) 3.1 mm ． ［ B ］6.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； (B) 变为暗条纹；(C) 既非明纹也非暗纹； (D) 无法确定是明纹，还是暗纹． ［ B ］7.在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝S 1、S 2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中O 处．现将光源S 向下移动到示意图中的S 位置，则 (A) 中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变． (B) 中央明条纹向上移动，且条纹间距不变． (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，且条纹间距增大。