物理学教程第14章 波动光学.doc

一、简单选择题：1光波在介质中传播时，以下关于光程与光程差的描述正确的是（ D ）（A）光程仅与真空中的波长有关 （B）光程仅与光波传播的几何路径有关（C）光程仅与介质的折射率无关 （D）光程与光波传播的几何路径、介质的折射率都有关2薄膜干涉是常见的光的干涉现象，如油膜、劈尖等，请问干涉条纹产生的区域是在 ( A ) （A）薄膜上表面附近区域 （B）薄膜内部区域 （C）薄膜下表面附近区域 （D）以上都不对3对于光的本性认识，历史上存在着争论，以下哪位科学家首次验证了光具有波动性 ( B )（A）牛顿 （B）托马斯-杨 （C）菲涅耳 （D）劳埃德4杨氏双缝干涉实验是（ A ）（A）分波阵面法双光束干涉 （B）分振幅法双光束干涉（C）分波阵面法多光束干涉 （D）分振幅法多光束干涉5在研究衍射时，可按光源和显示衍射图样的屏到障碍物的距离，将衍射分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射两类，其中夫琅和费衍射为（C）（A）光源到障碍物有限远，屏到障碍物无限远 （B）光源到障碍物无限远，屏到障碍物有限远 （C）光源和屏到障碍物的距离均为无限远 （D）光源和屏到障碍物的距离均为有限远6牛顿环是由一块曲率半径很大的平凸透镜与一平板玻璃相接触，构成空气劈尖，用单色光垂直入射到空气劈尖中，请问产生干涉条纹的区域是（C ）（A）在凸透镜的上表面 （B）在凸透镜内部（C）空气劈尖上表面（即凸透镜凸面）处（D）空气劈尖下表面7关于光的本性的认识，以下现象不能支持波动性的是（ A）（A）光电效应现象 （B）光的双缝干涉现象（C）光的薄膜干涉现象 （D）光的单缝衍射现象8两光源是相干光源，它们所满足的条件是： （A ）（A）频率相同、振动方向相同、相位差恒定 （B）频率相同、振幅相同、相位差恒定（C）发出的光波传播方向相同、振动方向相同、振幅相同（D）发出的光波传播方向相同、频率相同、相位差恒定9光波的衍射没有声波的衍射显著，这是由于（ D ）（A）光是电磁波 （B）光速比声速大（C）光有颜色 （D）光波波长比声波波长小得多10根据惠更斯菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S，则S的前方某点P的光强度决定于波阵面S上所有面积元发出的子波各自传到P点的： （ D ） （A） 振动振幅之和； （B） 光强之和； （C） 振动振幅之和的平方； （D） 振动的相干叠加。二、判断题：1光波的相干叠加服从波的叠加原理，不相干叠加不服从波的叠加原理。（ ）2衍射条纹的分布特点是明暗相间，等间距分布。（ ）3若将在双缝干涉实验放在水中进行，和空气中相比，相邻条纹间距将减小。( )4劳埃德镜是用波阵面分割的方法来实现光的干涉现象的。( )5. 当光从空气入射到玻璃表面上时，折射光存在半波损失。（）6. 对于普通光源，可以获得相干光。（ ）7白光垂直照射到肥皂膜上，肥皂膜呈彩色，当肥皂膜的厚度趋于零时，从透射光方向观察肥皂膜为透明无色。（ ）8透镜可以改变光线的传播方向，但不附加光程差。（ ）9在光栅衍射中，光栅片的狭缝条数越多，明纹越亮。（ ）10杨氏双缝干涉实验中，两束相干光的获得方法为分振幅的方法。（ ）11在光栅衍射中，光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔也越远。（）12当光波从一种透明介质入射到另一种透明介质时，会在这两种介质分界面上产生反射和折射，则反射光与折射光必定会产生半波损失。( )13薄膜干涉中的两束相干光是采用了分波阵面法得到的。 ( )三、计算选择题：1把双缝干涉实验装置放在折射率为的水中，两缝间距离为，双缝到屏的距离为（），所用单色光在真空中的波长为，则屏上干涉条纹中相邻明纹间距是: ( A )（A） （B） （C） （D） 2.波长的单色光垂直入射到光栅常数为的平面衍射光栅上，第一级衍射主极大所对应的衍射角j （A）（A）30 （B） 60 （C）45 （D）120 3以波长的白光照射光栅，在它的衍射光谱中，第二级光谱被重叠的范围是：（ C ） （A） （B）（C） （D）4在单缝的夫琅禾费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应于单缝处波面可划分为几个半波带( B )（A）2 （B）6 （C）3 （D）45在单缝夫琅禾费衍射实验中，波长为的单色光垂直入射在宽度的单缝上对应于衍射角j 的方向上若单缝处波面恰好可分成 5个半波带，则衍射角等于 ( B )（A）60 （B）30 （C）45 （D）1506单缝夫琅禾费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很小若使单缝宽度b变为原来的3/2，同时使入射的单色光的波长l变为原来的3/4，则屏上单缝衍射条纹中央明纹的宽度Dx将变为原来的（ D ） （A）3/4 （B）2/3 （C）2 （D）1/27如图所示，折射率为、厚度为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和，已知。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与的光程差是（A）（A） （B）（C） （D）8一单色平行光束垂直照射在宽度为1.0mm的单缝上，在缝后放一焦距为2.0m的凸透镜。已知位于透镜焦平面处的屏幕上的中央明条纹宽度为2.0mm，则入射光波长为（C）（A）100 nm （B）400 nm （C）500 nm （D）600 nm9在真空中波长为的单色光，在折射率为的透明介质中从A沿某路径传播到B，若A、B两点相位差为3/n，则此路径AB的光程为（B ） （A） （B）（C） （D）10真空中波长为的单色光，在折射率为的均匀透明媒质中，从A点沿某一路径传播到B点，路径的长度为。A、B两点光振动相位差记为，则（C ）（A）当l （B）当（C）当 （D）当 11一束波长为的单色光由空气垂直入射到折射率为的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为（B）（A）l / 4 （B）l / (4n)（C）l / 2 （D）l / (2n)四、填空题：1. 在杨氏双缝干涉实验中，S1、S2为双缝，S是单色缝光源，若S不动，而在上缝S1后加一很薄的云母片，中央明条纹将向 上 移动。2氟化镁增透膜的折射率为n1，厚度为d，当光垂直由空气（折射率为n0）经增透膜进入玻璃（折射率为n2），且n0n1n2，其反射光的光程差为 2n1d 。3在双缝干涉实验中，两缝分别被折射率为n1和n2的透明薄膜遮盖，二者的厚度均为e ，波长为l的平行单色光垂直照射到双缝上，在屏中央处，两束相干光的相位差Dj = 。4. 一束波长为l的光线，投射到一双缝上，在屏幕上形成明、暗相间的干涉条纹，那么对应于第一级暗纹的光程差为 。5. 波长为的单色光在折射率为n的媒质中，由a点传到b点相位改变了，则对应的光程差（光程）为 。 五、计算题：1在双缝干涉实验中，波长的单色平行光垂直入射到缝间距的双缝上，屏到双缝的距离。求：（1）中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距； （0.11m）（2）若用一厚度、折射率的云母片覆盖一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？ （7级）解： （1） （2） ， 零级明纹将移到原来第7级明纹处。2使一束水平的氦氖激光器发出的激光（）垂直照射一双缝，在缝后2.0m处的墙上观察到中央明纹和第1级明纹的间隔为14cm。求：（1）两缝的间距；（）（2）在中央条纹以上还能看到几条明纹。（看到14级条纹）解：（1），得（2），取整得，即还能看到14条明纹。3空气中有一劈形透明膜，其劈尖角，在波长的单色光垂直照射下，测得两相邻干涉明条纹间距，求(1) 此透明材料的折射率；（1.4）(2) 第二条明纹与第五条明纹所对应的薄膜厚度之差。（750nm）解：（1）劈尖干涉公式，所以 （2）设劈尖厚度为，产生明纹条件为 所以第级明对应的薄膜厚度为 则第二条明纹与第五条明纹所对应的薄膜厚度之差为 4用复色光垂直照射一薄膜，此薄膜处于空气中，其厚度e =410-7m，折射率为n2 =1.4。试问在可见光范围内（），哪些波长的光在反射时干涉加强? （448nm）解：根据反射光加强条件： 所以 在可见光范围之间，有 5为了测定一光栅的光栅常数，用波长的He-Ne激光器光源垂直照射光栅。已知第二级亮条纹出现在45角的方向上，问（1）光栅常数是多大？()（2）此光栅内有多少条缝？(5587条)（3）最多能观察到第几级明纹？一共能看到几条明纹？(0，1，2级)解：（1）光栅方程： 将带入方程得： （2） （3）带入光栅方程可得明纹最大级次： ，所以最多能观察到第2级明纹 加上0级条纹，一共能看到5条明纹 6平行光垂直入射到一宽度a=0. 5mm的单缝上。单缝后面放置一焦距f=0.40 m的透镜，使衍射条纹呈现在位于透镜焦平面的屏幕上。若在距离中央明条纹中心为x=1.20 mm处观察，看到的是第3级明条纹。求（1）入射光波长；(428.6nm)（2）从该方向望去，单缝处的波前被分为几个半波带？(7个)（1）解：单缝衍射明纹出现的条件： 明纹在屏幕上出现的位置： 所以： （2）根据单缝衍射半波带理论可知3级明纹对应的半波带数为： 7一双缝，缝间距，缝宽，用波长的平行单色光垂直入射该双缝，双缝后放一焦距为50 cm的透镜，求：（1）透镜焦平面处屏上干涉条纹的间距 （2.4mm）（2）单缝衍射中央亮纹的宽度 （2.4cm）（3）单缝衍射的中央包线内有多少条干涉的主极大 （9条）解：（1）双缝干涉明纹出现条件： 明纹出现位置： 干涉条纹间距： （2）中央明纹宽度等于第1级和第1级暗纹间的间隔。单缝衍射明纹出现条件： 暗纹在屏上出现的位置： 中央明纹宽度为： (3) 根据上面计算的结果可知，单缝衍射中央明纹内可以存在11条双缝干涉主极大，分别为k= -5, -4, -3,-2,-1,0, 1, 2, 3, 4, 5级，但仍需考虑缺级现象： 双缝干涉主极大产生条件：单缝衍射产生暗纹条件：: 得： 当时（此时对应单缝衍射极小），则（此时对应双缝干涉极大），由于单缝衍射的调制作用，所以双缝干涉的第5级和第5级缺级，即：单缝衍射的中央包线内有9条干涉的主极大 8一薄玻璃片，厚度为，折射率为1.5，用白光垂直照射，问在可见光范围内，（），求：（1）哪些波长的光在反射中加强？（480nm）（2）哪些波长的光在透射中加强？（400nm，600nm）解：（1）反射光加强条件：， ，得反射加强； （2）透射加强条件：， ，得，透射加强。 9为了精确的测量一根细丝的直径，把它夹在两块玻璃片之间，使两片之间形成一个很薄的劈形空气薄膜。当用波长为的平行单色光垂直照射玻璃片而从上方观察发射光，会出现玻璃表面出现与劈尖边棱平行的明暗相间的等距条纹，（1）分析明暗条纹出现的条件； （时出现亮条纹，时出现暗条纹）（2）设，在玻片上共出现了7条明纹，求细丝的直径（注劈尖棱和细丝处