大学物理学习指导(第17章).pdf

山并 理工大学备课紙 年月日 第 波动光学 一 基 本 要 求 1 理解获得相干光的方法 掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系 能分析 确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜干涉条纹的位置 了解迈克耳孙干涉仪的 工作原理 分析单 夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法 会分析缝宽及波长对 衍射条紋 藝051 3 理解光栅衍射公式 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 4 理解自然光和偏振光 理解布儒斯特定律和马吕斯定律 了解双折射现象 了解线偏振光的获得方法和检验方法 二 基本概念和主要内容 1 相干光 相干条件 频率相同 振动方向相同 相位差恒定 利用普通光源获得相干光的方法 分波阵面法 分振幅法 杨氏双缝干涉 条纹位置 士 0 1 2 0 1 2 3 明纹中心 暗纹中心 条 纹 间 距 I 二0 1 2 二1 2 3广 缺 级 公 式 9 X射线衍射 布拉格公式 233 110 1 2 3 10 光的偏振状态 自然光 线偏振光 部分偏振光 圆偏振光和椭圆偏振光 11 线偏振光的获得 一一 明环 暗环 第页 山 理 工 大 學 备 课 纸 年月日 1 5 5 丄 反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律 1311 二 推论 十 二 光的双折射 光轴 光沿此方向传播时不发生双折射现象 主平面 光线与光轴构成的平面 0光 遵从折射定律 振动方向垂直于0光的主平面 6光 一 般不遵从折射定律 振动方向平行于6光的主平面 二向色性物质 马吕斯定律 1 1 0 三 思 考 为什么 工 两缝间的距离逐渐增大 双缝到屏间的距离逐渐减小 把红色光源换成紫色光源 其他不变 把双缝中的一条缝52堵住 并在两缝的垂直平分线上水平放置一块平面 反射镜 其他条件不变 答由双缝干涉相邻明纹 或暗纹 中心间距公式厶工 知 两缝间距3 变大时 貧 一 山东理工大学备课紙 年 日 约应为多少 才可减弱反射波 答由反射波的暗纹条件3 2 2 告 二 2 夸 知这层电介质的厚 多 度6约为雷达波长的数量级 女 示 用两块平板玻璃形成一劈形空气膜 若上玻璃板向上平移 图 绕棱边逆时针转动图 干涉条纹将发生怎样的变化 答根据薄膜干涉的明 暗紋公式 I 0 丄 5 3 760 X 10 9 400X 10一 二 7 2 X 1 0 二0 72 111110 第三级明纹彩色带宽度 口 厶 1 3 3 厶 义 3 1 得 1二宇 二1 义 12 10一6111 红外光 山才 理工大学备课纸 年月日 11 6X10XX 卜可见光 二 义二4乂 10 701 因此 义10一7 11和义10 71X1的光在透射中增强 在很尹的劈形玻璃板上 垂直地入射波长为589 311111的钠光 测出相 5 心之间 的距离为5 0 玻璃的折射率为1 52 求此劈形玻璃板的 7 15 在迈克耳孙干涉仪的1 2镜前 插入一块折射率为1 632的薄玻璃片 时 观察到有150条干涉条纹向一方移过 所用单色光的波长为50011111 试求玻璃 厚 度 解光程差的改变为 21 1 7 V 义 所以玻璃片的厚度 入 一 1 5 0 乂 5 0 0 1 0 一 0 x 0 11 用波长 I 50011111的平行光垂直照射在宽度0 111 的狭缝上 缝后 透 1 7 1111 求焦平面处的屏上 第一级暗纹到衍射图样中心的距离 第一级明纹到衍射图样中心的距离 第页 山系理工大学备课紙 年月日 中央明条纹的线宽度和角宽度 解 工 因为暗纹分布满足 0 811193 二 2 二1 2 3 且9较小时 3111 1311 所以 1时 第一级暗纹到衍射图样中心的距离 工1 二 工 义 二 1丄 3 X 500 X10 9 5 X 斗 匪 因为明纹分布满足 告 1 2 3 且较小时 3 1 所以1 1时得第一级明紋到衍射图样中心的距离 工1 二 久 1 X 5 X10 4 二 7 5 X 10 4 醒 根据第一级暗纹的分布 得中央明纹的线宽度 厶 二 2 工 1 二 2 乂 5 1 0 1 乂 1 0 一 二 匪 角宽度 13 波长为50011111的单色平行光垂直人射到宽为0 75111111的竿缝上 在 自 面 上 测 得 对 称 于 中 央 明 纹 的 两 个 第 三 级 暗 纹 中 心 间 的 距 离 为 3 0匪 求透镜的焦距 解因为暗纹分布为 0 310 2 1 3119 2 二 2 灸 二1 2 3 由题意 第三级暗紋位置工 X 3 X 10 3 1 5 X 10 3111 所以 厂 一 1 0 7 5 x 1 0 3 x 1 5 x 1 0 3 赠卜 3x500X10 9 若用波长范围为43011111至68011111的可见光垂直照射光栅 要使屛上 第一级光谱的衍射角扩展范围为30 角 应选用每厘米有多少条狭缝的光栅 解 根 据 光 栅 方 程 6 5 二 士 二0 1 2 一 且 6二 952二91十厶95 所以 1 巧3111951 1 8 2 二 十厶9 二义2 山才 理工大学备课紙 年月曰 由上两式消去 V 得 即 3111 9 1十厶屮 一义2 81119 义1 03厶9 十001 8111 9 二 30 久1 430 X 10 9111 义2 680 X 10 901代入上式得I 二1 2 3 得 2 311101 二义1 26131X102 3义2 消去晶格常数3 未知X射线的波长 义 2 二 1 1 二 1 0 1 0 9 2 3311101 1 3 X 311130 第贞 山系理工大学备课紙 年月日 两偏振片的透振方向间的夹角为30 时 透射光强为 1 若入射光不 了 变 使两偏振片的透振方向成45 角 透射光强如何变化 解设通过第一个偏振片后的线偏振光强为 则通过第二个偏振片后的光 强遵从马吕斯定律 工 了 II 使自然光通过两个透振方向成60 夹角的偏振片 透射光强为 1 再 在这两个偏振片之间插入另一个偏振片 其透振方向与前两个偏振片的透振方向 均成30 角 透射光强如何变化 自然 根 据 马 定 律 得 一 一 一 一 插人另一偏振片后 1 1 005230 003 30 008 30 二 美 1 因此透射光强12 1 1 广 14 一一 测得从一池静水的表面反射的太阳光是线偏振光 水的折射率为 此时太阳在地平线上多大仰角处 解根据布儒斯特定律 131110 一 1 且 1 1 722 1 33 所以 10 3X0