chapter-12习题课PPT演示课件.ppt

12 1光源单色光相干光 12 2双缝干涉 12 3光程与光程差 12 4薄膜干涉 12 6光的衍射现象惠更斯 菲涅耳原理 12 7单缝的夫琅禾费衍射 第十二章光学 12 8圆孔的夫琅禾费衍射光学仪器的分辨本领 12 9光栅衍射 12 11自然光和偏振光 12 12起偏和检偏马吕斯定律 12 13反射和折射时光的偏振 1 亮纹 暗纹 一 杨氏双缝实验 2 二 等厚干涉条纹 光线垂直入射时 明纹 暗纹 3 三 单缝夫琅禾费衍射 中央明纹 中心 暗纹 1级暗纹的衍射角 中央明纹半角宽度 1级暗纹的位置 中央明纹半宽度 4 光栅衍射 单缝衍射及多缝干涉的总效果 N个缝干涉受到单缝衍射的调制 四 光栅衍射 5 N越大 条纹越细 6 12 1在双缝干涉实验中 两缝的间距为0 6mm 照亮狭缝S的光杠杆汞弧灯加上绿色滤光片 在2 5m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2 27mm 试计算入射光的波长 返回 结束 7 解 由杨氏双缝干涉条件 5 45 10 4 mm 5450 返回 结束 8 12 2在双缝干涉实验装置中 屏幕到双缝的距高D远大于双缝之间的距离d 对于钠黄光 l 589 3nm 产生的干涉条纹 相邻两明纹的角距离 即相邻两明纹对双缝处的张角 为0 200 1 对于什么波长的光 这个双线装置所得相邻两条纹的角距离比用钠黄光测得的角距离大10 2 假想将此整个装置没入水中 水的折射率n 1 33 用钠黄光照射时 相邻两明条纹的角距离有多大 返回 结束 9 解 684 2 10 4 nm 对于l1光 返回 结束 10 12 3用很薄的云母片 n 1 58 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l 550nm 试问此云母片的厚度为多少 返回 结束 11 解 设云母片的厚度为e 6 6 10 6 m 无云母片时 放置云母片后 联立两式 返回 结束 12 12 4一射电望远镜的天线设在湖岸上 距湖面高度为h对岸地平线上方有一恒星刚在升起 恒星发出波长为l的电磁波 试求当天线测得第一级干涉极大时恒星所在的角位置q 提示 作为洛埃镜干涉分析 返回 结束 13 解 返回 结束 14 12 5一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上 油膜覆盖在玻璃板上 所用单色光的波长可以连续变化 观察到500nm与700nm这两个波长的光在反射中消失 油的折射率为1 30 玻璃的折射率为1 50 试求油膜的厚度 返回 结束 15 解 解 由暗纹条件 637 nm 返回 结束 16 12 6白光垂直照射到空气中一厚度为380nm的肥皂水膜上 试问水膜表面呈现什么颜色 肥皂水的折射率看作1 33 返回 结束 17 解 水膜正面反射干涉加强 k 2 k 3 所以水膜呈现紫红色 返回 k 1远红外 k 4远紫外 18 12 9使用单色光来观察牛顿环 测得某一明环的直径为3 00mm 在它外面第五个明环的直径为4 60mm 所用平凸透镜的曲率半径为1 03m 求此单色光的波长 返回 结束 19 解 第k级明环半径 5 19 10 4 mm 590 nm 返回 结束 20 12 10一柱面平凹透镜A 曲率半径为R放在平玻璃片B上 如图所示 现用波长为l的单色平行光自上方垂直往下照射 观察A和B间空气薄膜的反射光的干涉条纹 如空气膜的最大厚度d 2l 1 分析干涉条纹的特点 形状 分布 级次高低 作图表示明条纹 2 求明条纹距中心线的距离 3 共能看到多少条明条纹 4 若将玻璃片B向下平移 条纹如何移动 若玻璃片移动了l 4 问这时还能看到几条明条纹 返回 结束 21 解 对于边缘处e 0由于有半波损失为暗纹 k 1 2 k 0 1 2 暗纹条件 取k 4 明纹最高级数 暗纹最高级数 4级 明纹条件 返回 结束 22 2 设第k级明纹到中心的距离为rk 3 若将玻璃片B向下平移 条纹将向外移动 返回 结束 23 12 13迈克耳孙干涉仪可用来测量单色光的波长 当M2移动距离d 0 3220mm时 测得某单色光的干涉条纹移过N 1204条 试求该单色光的波长 返回 结束 24 解 534 8 nm 返回 结束 25 12 15有一单缝 宽a 0 10mm 在缝后放一焦距为50cm的会聚透镜 用平行绿光 l 546 0nm 垂直照射单缝 试求位于透镜焦面处的屏幕上的中央明条纹及第二级明纹宽度 返回 结束 26 解 中央明纹的宽度为 5 46 10 4 mm 2 73 mm 第二级明纹的宽度为 返回 结束 27 12 15一单色平行光束垂直照射在宽为1 0mm的单缝上 在缝后放一焦距为20m的会其透镜 已知位于透镜焦面处的屏幕上的中央明条纹宽度为2 5mm 求入射光波长 返回 结束 28 解 6 25 10 4 mm 625 nm 返回 结束 29 12 16在复色光照射下的单缝衍射图样中 其中某一波长的第3级明纹位置恰与波长l 600nm的单色光的第2级明纹位置重合 求这光波的波长 返回 结束 30 解 返回 结束 31 12 17用波长l1 400nm和l2 700nm的混合光垂直照射单缝 在衍射图样中 l1的第k1级明纹中心位置恰与l2的第k2级暗纹中心位置重合 求k1和k2 试问l1的暗纹中心位置能否与k2的暗纹中心位置重合 返回 结束 32 解 1 由题意 即l1的第7级暗纹与l2的第4级暗纹相重合 返回 结束 33 12 18在迎面驶来的汽车上 两盏前灯相距1 2m 试问汽车离人多远的地方 眼睛才可能分辨这两盏前灯 假设夜间人眼瞳孔直径为5 0mm 而入射光波长l 550 0nm 返回 结束 34 解 8 94 103 m 返回 结束 35 12 19已知天空中两极星相对于一望远镜的角距离为4 84 10 6rad 由它们发出的光波波长l 550nm 望远镜物镜的口径至少要多大 才能分辨出这两颗星 返回 结束 36 解 13 9 cm 返回 结束 37 19 20已知地球到月球的距离是3 84 108m 设来自月球的光的波长为600nm 若在地球上用物镜直径为lm的一天文望远镜观察时 刚好将月球正面一环形山上的两点分辨开 则该两点的距离为多少 返回 结束 38 解 281 m 返回 结束 39 12 21一直径为2mm的氦氖激光束射向月球表面 其波长为632 8nm 已知月球和地面的距离为3 84 108m 试求 1 在月球上得到的光斑的直径有多大 2 如果这激光束经扩束器扩展成直径为2m 则在月球表面上得到的光斑直径将为多大 在激光测距仪中 通常采用激光扩束器 这是为什么 返回 结束 40 解 1 48 105 m 2 96 105 m 2 96 m 激光束经扩束后 返回 结束 41 12 22一光栅 宽为2 0cm 共有6000条缝 如用钠光 589 3nm 垂直入射 中央明纹的位置 共有几级 如钠光与光栅的法线方向成300角入射 中央明纹的位置 共有几级 42 43 50 1768k 对应的光强极大的角位置列表如下 返回 结束 44 对应的光强极大的角位置列表如下 0 1786k 0 5000 返回 结束 45 12 23已知一个每厘米刻有4000条缝的光栅 利用这个光棚可以产生多少个完整的可见光谱 l 400 760nm 返回 结束 46 解 由光栅方程 在光谱中 可能出现紫光的第k 1级光谱和 实际上能看到的完整光谱只有1级 光谱由下列条件决定 红光的第k级光谱相重合 所以 能看到的完整 返回 结束 47 12 24某单色光垂直入射到每厘米刻有6000条刻线的光栅上 如果第一级谱线的偏角为200 试问入射光的波长如何 它的第二级谱线将在何处 返回 结束 48 解 令k 1 当k 1 返回 结束 49 12 25波长600nm的单色光垂直入射在一光栅上 第二级明条纹分别出现在sinq 0 20处 第四级缺级 试问 1 光栅上相邻两缝的间距 a b 有多大 2 光栅上狭缝可能的最小宽度a有多大 3 按上述选定的a b值 试问在光屏上可能观察到的全部级数是多少 返回 结束 50 1 5 10 4 cm 2 单缝衍射的极小值条件 缺级条件为 3 返回 结束 51 明条纹的级数为 实际上是看不到这一级条纹的 返回 结束 52 12 26N根天线沿一水平直线等距离排列组成天线列阵 每根天线发射同一波长l的球面波 从第1根天线到第N根天线 相位依次落后号 相邻天线间的距离d l 2 如图所示 求 在什么方向 即与天线列阵法线的夹角q为多少 上 天线列阵发射的电磁波最强 返回 结束 53 解 将N根天线阵视为衍射光栅 由题意 返回 结束 54 12 27用方解石分析X射线谱 已知方解石的晶格常量为3 029 10 10m 今在43020 和40042 的掠射方向上观察到两条主最大谱线 求这两条谱线的波长 返回 结束 55 解 由题意 两条谱线均为主极大 即k 1 0 415 nm 0 393 nm 返回 结束 56 12 28波长为l的单色平行光沿着与单缝衍射屏成a角的方向入射到宽度为a的单狭缝上 试求各级衍射极小的衍射角q值 返回 结束 57 解 返回 结束 58 12 29如果图中入射X射线束不是单色的 而是含有由0 095nm到0 130nm这一波带中的各种波长 晶体的晶格常量a0 0 275nm 问与图中所示晶面族相联系的衍射的X射线束是否会产生 返回 结束 59 解 k 3 k 4 返回 结束 60 12 30使自然光通过两个偏振化方向成600角的偏振片 透射光强为I1 今在这两个偏振片之间再插入另一偏振片 它的偏振化方向与前两个偏振片均成300角 则透射光强为多少 返回 结束 61 解 设自然光光强为I0 通过第一偏振片后的光强为 透射光光强为 另一偏振片与前两偏振片的夹角都为300 由马吕斯定律 返回 结束 62 12 31如果起偏振器和检偏振器的偏振化方向之间的夹角为300 1 假定偏振片是理想的 则非偏振光通过起偏振器和检偏振器后 其出射光强与原来光强之比是多少 2 如果起偏振器和检偏振器分别吸收了10 的可通过光线 则出射光强与原来光强之比是多少 返回 结束 63 解 1 设自然光光强为I0 通过第一偏振片后的光强为 0 304 2 考虑偏振片的吸收 通过起偏器后的光强为 返回 结束 64 13 32自然光和线偏振光的混合光束 通过一偏振片时 随着偏振片以光的传播方向为轴的转动 透射光的强度也跟着改变 如最强和最弱的光强之比为6 1 那么入射光中自然光和线偏振光的强度之比为多大 返回 结束 65 解 返回 结束 66 12 33水的折射率为1 33 玻璃的折射率为1 50 当光由水中射向玻璃而反射时 起偏振角为多少 当光由玻璃射向水而反射时 起偏振角又为多少 返回 结束 67 解 由布儒斯特定律 当光从水中向玻璃反射 当光从玻璃向水中反射时 返回 结束 68 12 34怎样测定不透明电介质 例如珐琅 的折射率 今测得釉质的起偏振角iB 580 试求它的折射率 返回 结束 69 解 返回 结束 70 12 35如图所示 一块折射率n 1 50的平面玻璃浸在水中 已知一束光入射到水面上时反射光是完全偏振光 若要使玻璃表面的反射光也是完全偏振光 则玻璃表面与水平面的夹角q应是多大 返回 结束 71 解 返回 结束 72 12 36二氧化碳激光器放电管的布儒斯特窗一般用锗来制成 使能对10 6mm附近的红外激光有较大的透射率如果锗的折射率为4 5 试计算用锗制成的布儒斯特窗与放电管轴线所成之角a 返回 结束 73 解 返回 结束 74 12 37偏振分束器可把入射的自然光分成两束传播方向互相垂直的偏振光 其结构如图所示 两个等边直角玻璃棱镜的斜面合在一起 两斜面间有一多层膜 多层膜是由高折射率材料 硫化锌nH 2 38 和低反射率材料 冰晶石 nL l 25 交替镀膜而成 如用氢离子激光l 514 5nm 以450角入射到多层膜上 1 为使从膜层反射的光为线偏振光 玻璃棱镜的折射率n应取多少 2 画出反射光和透射光的振动方向 3 为使透射光的偏振度最大 高折射率层和低折射率层的厚度的最小值是多少 返回 结束 75