光的衍射习题(附答案)1(1)

1、光的衍射(附答案)填空题1 .波长 入=500 nm (1 nm = 10-9 m)的单色光垂直照射到宽度 a = 0.25 mm的单 缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测 衍射条纹.今测得屏幕上中央明条纹之间的距离为d = 12 mm,则凸透镜的焦距f为1 m.2 .在单缝夫琅禾费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光( 九= 589 nm)中央明纹宽度为 4.0 mm,则 加=442 nm (1 nm = 1C-9m)的蓝紫色 光的中央明纹宽度为3.0 mm.3 .平行单色光垂直入射在缝宽为 a = 0.15 mm的单缝上，缝后有焦距为f = 400

2、mm的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕.现测得屏幕上中央明纹两侧的 两个第三级暗纹之间的距离为 8 mm,则入射光的波长为 500 nm (或5X 10-4mm).4 .当一衍射光栅的不透光部分的宽度 b与透光缝宽度a满足关系b = 3a时，衍 射光谱中第 切，&-级谱线缺级.5 . 一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅，用平行钠光束与光栅平面法线成 30角入射，在屏幕上最多能看到第 5级光谱.6 .用波长为人的单色平行红光垂直照射在光栅常数 d = 2叩(1 m = 10-6m)的 光栅上，用焦距f = 0.500 m的透镜将光聚在屏上，测得第一级谱线与透镜主 焦点的距离l = 0.

3、1667 m,则可知该入射的红光波长 2=632.6或633nm.7 . 一会聚透镜，直径为3 cm,焦距为20 cm.照射光波长550nm.为了可以分 辨，两个远处的点状物体对透镜中心的张角必须不小于2.24X10-5rad.这时在透镜焦平面上两个衍射图样中心间的距离不小于4.47 m8 .钠黄光双线的两个波长分别是 589.00 nm和589.59 nm (1 nm = 10-9 m),若 平面衍射光栅能够在第二级光谱中分辨这两条谱线，光栅的缝数至少是500.9 .用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上，波长为a = 440 nm的第3级光谱线将与波长为22=660 nm的第2级光谱线重叠(

4、1 nm = 10-9m).10 .X射线入射到晶格常数为 d的晶体中，可能发生布拉格衍射的最大波长为 2d.计算题11 .在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长九和%垂直入射于单缝上.假如 为的第一级衍射极小与 力的第二级衍射极小相重合，试问：(1) 这两种波长之间有何关系？(2)在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它极小相重合？解：(1)由单缝衍射暗纹公式得a sin 自=1 1 a sin 2 = 2 及由题意可知 & =，sin 6 = sin a代入上式可得为二2 22(2)a sin6=k1 1 =2 k1 & (k1=1,2, sin 8= 2

5、k1 a/ aa sin &= k2 3(k2=1,2,)sin /=2 k2 a/ a若k2= 2 kn则%=匕 即 ' 的任一 ki级极小都有&的2 1级极小与之重合.12.在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽 a = 0.100 mm,平行光垂直如射在单缝上， 波长入二500 nm,会聚透镜的焦距f = 1.00 m.求中央亮纹旁的第一个亮纹的 宽度M.解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标X1为a sin 1 =入X1 = f tan 制=f sin & F X/ a ( .T 很小)单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标X2为a sin (2 = 2 入x2= f t

6、an (2 F sin 2 2 f V a (2 彳艮/、)单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度AX1 = X2- X1 F (2 入/ a - V a) = f X a=1.00X 5.00X 107/(1.00X 10-4) m =5.00mm.13 .在单缝夫琅禾费衍射中，垂直入射的光有两种波长，21 = 400 nm, 2 = 760nm (1 nm = 109m).已知单缝宽度 a = 1.0X10-2 cm,透镜焦距 f = 50 cm.(1)求两种光第一级衍射明纹中心间的距离.(2)若用光栅常数a = 1.0X 10-3 cm的光栅替换单缝，其它条件和上一问相 同，求两种光第一级主

7、极大之间的距离.解：(1)由单缝衍射明纹公式可知,1 ,1、a sin(h= 2 (2 k + 1)力=2 N (取 k = 1)13a sin(|2= 2 (2 k + 1) 22= 2 2>tan t=x1 / f, tan（）2 = x1 / f由于sinMan 小，sin(|2 Man(|23，所以xi = 2 f 2i/a3X2 = 2 f 灰 / a则两个第一级明纹之间距为,3,Ax1 = x2-x1= 2 f AWa = 0.27 cm(2)由光栅衍射主极大的公式d sin - = k 1 = 1 1d sin(|2= k 廿 1 九且有 sin(|)= tan()= x

8、/ f所以 Ax1 = x2 - x1 = f A A/ a = 1.8 cm14 .一双缝缝距d = 0.40 mm,两缝宽度都是a = 0.080 mm,用波长为 人=480 nm (1 nm = 10-9m)的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距f = 2.0 m的透镜.求：(1)在透镜焦平面的屏上，双缝干涉条纹的间距l; (2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉数目N和相应的级数.解：双缝干涉条纹(1)第k级亮纹条件：d sin 8= k入第k级亮条纹位置：x1 = f tan a F sin a =k f N d相邻两亮纹的间距：Ax= xk +1 - xk = (k + 1) f

9、入/ d - k N d = f V d = 2.4x 10-3 m = 2.4 mm(2)单缝衍射第一暗纹：a sin 6=入单缝衍射中央亮纹半宽度：Axo = f tan d F sin d =k f入/ d = 12 mmAx0 / Ax = 5双缝干涉第i5级主极大缺级.在单缝衍射中央亮纹范围内，双缝干涉亮纹数目N = 9分别为k = 0, 1 + 2, 3, 4级亮纹或根据d / a = 5指出双缝干涉缺第i5级主极大，同样可得出结15 .用钠光(入=589.3 nm)垂直照射到某光栅上，测得第三级光谱的衍射角为 60°.(1)若换用另一光源测得其第二级光谱的衍射角为30。

10、，求后一光源发光的波长.(2)若以白光(400 nm 760nm)照射在该光栅上，求其第二级光谱的张角.解：(1) (a+b) sin(|)=3 人a+b = 3 V sin 小，()=60 0a+b = 2 入 /sin/ 小=30 °3 人/ sin()= 2 X / sin 小 /X = 510.3nm(2) a+b = 3 V sin 小?041.4 nm必=arcsin (2X 400 / 2041.4) nm (入=400 nm)必, =arcsin (2X 760 / 2041.4) nm (入=760 nm)白光第二级光谱的张角 A小二必'-也=2516 .

11、一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光栅有两种波长的光， 九=440 nm, h = 660 nm.实验发现，两种波长的谱线(不计中央明纹)第二次重合于衍 射角小=60 °的方向上，求此光栅的光栅常数 d.解：由光栅衍射主极大公式得 d sin= k 1d sin(|2 = k 2sin(h k1 3440 k12 k1sin(|2 = k2 i = 660 k2 = 3 k2当两谱线重合时有h =上k1369= = T = ?k2246,、“ 一 k16两谱线第二次重合即是 京=4 , % = 6, k2= 4由光栅公式可知d sin60 °= 6 1 d = de = 3

12、.05X 10-3 mm sin6017 .将一束波长 入二589 nm (1 nm = 10-9 m)的平行钠光垂直入射在1厘米内有 5000条刻痕的平面衍射光栅上，光栅的透光缝宽度a与其间距b相等，求：(1)光线垂直入射时，能看到几条谱线？是哪几级？(2)若光线以与光栅平面法线的夹角9 = 60。的方向入射时，能看到几条谱线？是哪几条？解：(1) (a+b) sin?= k 入当？ = 乂2 时，k = (a+b) / 人=3.39, kmax = 3又= a = b, (a+b)sin?= 2a sin?= k 入有谱线a sin? = kN 2但当k = 2, 4, 6,时缺级.能看到

13、5条谱线，为0, 1, 3级.(2) (a+b) (sin 0+ sin?) = k 入9= 30 ； ?=方0°冗。一?= 2 , k =(a+b) (sin30 + sin90 ) 7 人=5.09.取 kmax = 5一 九 。一? = - 2 , k = (a+b) (sin30 - sin90 ) / 人=-1.7.取 km ax = -1; a = b丁.第2, 4,级缺级.能看到5条谱线，为+5, +3, +1,0,-1级.18.波长入=600 nm (1 nm = 10-9m)的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级 主极大的衍射角为30°,且第三级是缺级.(

14、1)光栅常数(a + b)等于多少？(2)透光缝可能的最小宽度a等于多少？. 兀兀.一一.一(3)在选止了上述(a + b)和a之后，求在衍射角 2 < 4 V 2沱围内可目匕 观察到的全部主极大的级次.解：(1)由光栅衍射的主极大公式得 a + b = 2.4X 10-4cmsin(2)若第三级不缺级，则由光栅公式得(a+b) sin(|)= 3人由于第三级缺级，则对应于最小可能的a,小方向应是单缝衍射第一级暗纹：两式比较，得 a sin(|)=入a = a ： ' = 8.0X10-3cm 3(3) (a+b) sin()= k 入(主极大)a sin，k'入(单缝衍

15、射极小)(k'= 1,2, 3,)因此k = 3, 6, 9,缺级；又一kmax = - = 4,人实际呈现出的是k = 0, 1土 2级明纹(k = 4在2处不可见).19.在通常亮度下，人眼瞳孔直径约为，若视觉感受最灵敏的光波长为人=480nm (1 nm = 10-9 m),试问：(1)人眼最小分辨角是多大？(2)在教室的黑板上，画的等号两横线相距 2 mm,坐在距黑板10 m处的同学能否看清？(要有计算过程)解：(1)已知得d = 3 mm, = 550 nm,人眼的最小分辨角为：9 = 1.22 N d = 2.24x 10-4rad(2)设等号两横线相距 及=2 mm时，人

16、距黑板刚好看清，则l =汉 / 0 = 8.9 m所以距黑板10m处的同学看不清楚.20 .平面透射多缝光栅，当用波长 Z 600 nm (1 nm = 10-9m)的单色平行光 垂直入射时，在衍射角9= 30°的方向上可以看到第2级主极大，并且在该 处恰能分辨波长差 A入=5 x 10-3 nm的两条谱线.当用波长 骏=400 nm的单 色平行光垂直入射时，在衍射角9 = 30的方向上却看不到本应出现的第 3级主极大.求光栅常数d和总缝数N,再求可能的缝宽a.解：根据光栅公式d sin 9= k k% _ 2X600 d=sin- sin30=2.4X 10-3nm = 2.4pm据光栅分辨本领公式R = Ai/AkN，r1得 N = k-1"卜=60000在9= 30°的方向上，波长 &二400 nm的第3级主极大缺级，因而此处一定恰好是波长为4入射光单缝衍射的一个极小出现的位置。故有：d sin30 =34，a sin30 = k'卜 . a = k' d / 3, k'=1 或 2缝宽a有下列两种可能：当 k' =1 时，a =当 k' =2 时，a =1"x 2.4 pm = 0.8 pm3X 2.4 m = 1.6