第12章 光学3
程守洙《普通物理学》(第6版)(下册)-第12章 光 学-课后习题详解【圣才出品】
第12章 光 学12.2 课后习题详解一、复习思考题§12-1 几何光学简介12-1-1 试举例说明在日常生活中所观察到的全反射现象．答：全反射，又称全内反射，是指光由光密（即光在此介质中的折射率大的）介质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）介质的界面时，全部被反射回原介质内的现象．产生全反射的条件是：（1）光必须由光密介质射向光疏介质；（2）入射角必须大于或等于临界角．如图12-1-1所示的全反射棱镜，光以45°入射角由玻璃反射出空气，而临界角约42°，则发生全反射，由此原理制备了潜望镜、望远镜等．图12-1-112-1-2 汽车的后视镜的结构如何？所成的像有何特点？答：（1）一般在汽车的后视镜设计上，为便于司机的驾驶，将后视镜设为凸面镜；（2）物体在后视镜所成的像是缩小正立的虚像．12-1-3 试在表中填写球面反射镜成像的特征．对于凸面镜，作类似的分析．答：设f表示凹面镜的焦距，p表示物体距离凹面镜的位置，p'表示成像距离凹面镜的位置．球面反射镜成像的特征如表12-1-1，凸面镜成像的特征如表12-1-2．表12-1-1 凹面镜成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性∞＞p＞2f实像2f＞p′＞f倒立缩小p＝2f实像p′＝2f倒立大小相同f＜p＜2f实像∞＞p＞2f倒立放大p＝f不成像p′＝∞0＜p＜f虚像0＞p′＞－∞正立放大表12-1-2 凸面镜成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性∞＞p＞0虚像f＞p′＞0正立缩小（任何位置）12-1-4 试列表分析薄透镜（凸透镜和凹透镜）成像的特征．答：设f表示凹面镜的焦距，p表示物体距离凹面镜的位置，p'表示成像距离凹面镜的位置．表12-1-3 薄透镜（凸透镜）成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性∞＞p＞2f实像2f＞p'＞f倒立缩小p＝2f实像p'＝2f倒立缩小f＞p＞2f实像∞＞p＞2f倒立放大p＝f不成像p'＝∞0＜p＜f虚像像与物同侧p′＞p正立放大－∞＜p＜0（虚物）实像f＞p'＞0正立缩小表12-1-4 薄透镜（凹透镜）成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性任何位置虚像p'＜f正立缩小§12-2 光源单色光相干光12-2-1 为什么两个独立的同频率的普通光源发出的光波叠加时不能得到干涉图样？答：这是因为普通光源发出的光，在振动方向上以及相位上都没有任何联系，而且两光的相位差关系也是随机的．而两列光波叠加后产生干涉现象必须满足：两列光波频率相同，振动方向相同以及相位差恒定，三者缺一不可．因此，两个独立的普通光源所发出的光波一般不能产生干涉现象．12-2-2 获得相干光的方法有哪些？根据何在？答：（1）获得相干光的一般方法是分振幅法和分波阵面法：①分振幅法是将光投射到两种介质面上，经反射而折射分成两束相干光，从而形成相干光源；②分波阵面法是从光源发出的某波阵面上取出两部分面元作为两个相干的光源．（2）获得相干光的根据：利用反射、折射或衍射等方法把从光源同一点发出的光分成两个振动方向相同、频率相同、相位差相同或恒定的光波列，如此得到的两束光即为相干光．§12-3 双缝干涉12-3-1 试讨论两个相干点光源S1和S2在如下的观察屏上产生的干涉条纹：（1）屏的位置垂直于S1和S2的连线．（2）屏的位置垂直于S1和S2连线的中垂线．答：设两个相干点光源初相相同，光在空间的轨迹为一组以S1和S2的连线为中心对称轴的双叶旋转双曲面，如图12-1-2所示．（1）当屏的位置垂直于S 1和S 2的连线时，屏上产生的干涉条纹为圆条纹．（2）当屏的位置垂直于S 1和S 2连线的中垂线时，屏上产生的干涉条纹为双曲线，可近似看作平行的直条纹．图12-1-212-3-2 在杨氏双缝实验装置中，试描述在下列情况下干涉条纹如何变化：（1）当两缝的间距增大时；（2）当双缝的宽度增大时；（3）当线光源S 平行于双缝移动时；（4）当线光源S 向双缝屏移近时；（5）当线光源S 逐渐增宽时．答：由明纹位置坐标公式，计算得到相邻明纹间距为．（1）随着两缝间距的增大，屏上明纹间距逐渐变小，条纹变密．（2）随着双缝宽度的增大，衍射的中央亮区的范围缩小，干涉条纹的数目减少，但由于有更多光进入单缝，因此干涉条纹的亮度有所增加．（3）随着线光源S 平行于双缝移动，干涉条纹将沿与光源移动相反的方向移动，如图12-1-3．图12-1-3（4）随着线光源S 向双缝屏移近，干涉条纹基本不发生什么变化，明纹光强可能有轻微改变．（5）随着线光源S 逐渐变宽，可将光源S 微分为无数个互不相干的线光源，各个线光源在屏上形成各自的干涉条纹（图12-1-4）．但是，随着线光源S 的逐渐加宽，干涉条纹逐渐变得模糊，最终会消失．因此存在一个光源的极限宽度，理论上计算得极限宽度为．当光源超过极限宽度时，就看不到干涉条纹．图12-1-412-3-3 在杨氏双缝实验中，如有一条狭缝稍稍加宽一些，屏幕上的干涉条纹有什么变化？如把其中一条狭缝遮住，将发生什么现象？答：（1）若把一条狭缝稍稍加宽，于是通过该缝的光强增加，即光的能量增加．此。
光学第12章_干涉和干涉系统-2010精简
这个范围大则空间相干性好；范围小则空间相干性差．
右图中光源尺寸一定, 干涉孔径角即确定,孔 径角内的两点,距离愈 近,相干性愈好；角外 的两点不相干。
S1
S1
S2
S 2
三、光源非单色性的影响和时间相干性
光程差ΔL越大，折射光越落 后于反射光。ΔL过大，将超 过列波长度L。这时a、b光将 无法进行相干叠加。
劈尖
不规则表面
利用劈尖的等厚干涉可以测量很小的角度。
如： 今在玻璃劈尖上，垂直入射波长为 5893Å 的钠光， 测得相邻暗条纹间距为 5.0mm，若玻璃的折射率为 1.52，求此劈尖的夹角。
检查立方体
标 准 角 规 标 准 角 规
被检体
被检体
干涉膨胀仪
装置
C：铟钢作成的，热 膨胀极小； M：被检体。 M
相邻条纹的角间距：
n 1 2 2n' 1N h
反比于角间距，中心条纹疏，呈里疏外密分布。 反比于h，厚度越大，条纹越密。
透射光的等倾条纹
可见度降低，与反射互补
三、楔形平板产生的等厚干涉
（一）定域面和定域深度
油膜上的彩色条纹即为厚度很小时的等厚干涉条纹
（二）楔形平板产生的等厚条纹
在双孔后的空间，是相干光波的交叠区，形成干 涉．这种干涉，相干光波来自同一原子的发光，叫做 自相干．
双光束干涉，干涉场中某点的光强，与该点到两 光源的距离有关．因此，光强有稳定的空间分布． 在干涉场中距离双孔不太近，又不太远的区域， 处处有干涉．这种干涉称为不定域干涉．
２. 屏幕上光强分布规律 屏幕上P点光强为：
2 2 2 2
2 A1 A2 A1 A2
2 2
振幅相等：K=1 目视干涉仪：K>0.75 好 K>0.5 满意 K=0.1 可辨认
郁道银老师主编工程光学3课后答案
A' A
'
F
B' B
F
( f )l = f / 2
'
F
'
A A
B
'F
B
(g)l = f
'
F
(h)l = 2 f
'
B
'
F
'
A
(i)l = +∞
F
A
F
B
2 、 已 知 照 相 物 镜 的 焦 距 f’ ＝ 75mm, 被 摄 景 物 位 于 （ 以 F 点 为 坐 标 原 点 ）
x = − ∝,−10m,−8m,−6m,−4m,−2m, 处，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远
∴ f ' = 150mm
答：透镜焦距为100mm。
5、如图3-30所示，焦距为 f ' =120mm 的透镜后有一厚度为 d =60mm 的平行平板，其折射率
n =1.5。当平行平板绕 O 点旋转时，像点在像平面内上下移动，试求移动量△ y' 与旋
转角φ的关系，并画出关系曲线。如果像点移动允许有 0.02mm 的非线形度，试求φ允
(1)
有：
而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则
(2)
由（1）式和（2）式联立得到 n0 .
16、一束平行细光束入射到一半径 r=30mm、折射率 n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会 聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。
F
-f -l
第12章 光学 程守珠第六版
x( k 1)紫
D (k 1) 紫 d
由 xk红 = x(k+1)紫 的临界情况可得
k红 (k 1)紫
将 红 = 7600Å， 紫 = 4000Å代入得
k=1.1
因为 k只能取整数，所以应取
k=2 这一结果表明：在中央白色明纹两侧， 只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。
例题12-7 图示一种利用干涉现象测定气体折射率的原 理图。在缝S1后面放一长为l的透明容器，在待测气体 注入容器而将空气排出的过程中，屏幕上的干涉条纹就 会移动。通过测定干涉条纹的移动数可以推知气体的折 射率，问 1. 若待测气体的折射率 大 于空气折射率, 干 涉条纹如何移动？ 2. 设l=2.0cm，光波波长 =5893Å ,空气折射率 为1.000276, 充以某种 气体后，条纹移过20 条，这种气体的折射率为 多少 (不计透明容器的器壁厚度) ?
E2 E20 cos( t 20 )
E0
E E1 E2 E0 cos( t 0 )
E10 sin(10 ) E20 sin(20 ) 其中：0 arctg E10 cos(10 ) E20 cos(20 )
E1
相干光
2 2 E0 E10 E20 2 E10 E20 cos
D
e
2e n n sin i (i) 2
2e n n sin i
2 2 1 2
2
讨 论：
2 2 1） 对于透射光： 2e n 2 n1 sin i
2） 垂直入射时： 2ne
2
3） 光程差是入射角i的函数，这意味着对于同 一级条纹具有相同的倾角，故这种干涉称为 等倾干涉。
第12章 几何光学
望远镜的光路
内窥镜
水柱引导光线的行进
11
12.2 光程 费马原理
一、光程
光在均匀介质走过的几何路程 r 与
介质折射率 n 之乘积。用 L表示。
即： L= nr
光程的物理意义：光程就是光在介质中通过的 几何路程按波数相等折合到真空中的路程。
r nr
'
介质中：
折合到真
r
连续变化的介质：
空中：
nr
n
2
◆ 光的波粒二象性
• 牛顿：光的直线转播说明光是粒子流。 • 惠更斯、托马斯 · 杨、菲涅耳：光具有干涉和衍
射现象，所以光是一种波。 • 麦克斯韦：根据我的理论，光是一种电磁波，而
且是横波，转播速度为每秒30万公里。 • 迈克尔逊：我为什么测不到“以太风”。 • 爱因斯坦：用普朗克的“能量子”解释了光电效应。
y P iO
n1
γC
n2
Q
y A
p
q
m y n1q y n2 p
22
一、透镜
12.4 薄透镜成像
透镜——将玻璃、水晶等磨成两面为球面（或一面为平面） 的透明物体。
薄透镜：透镜厚度远小于两球面的曲率半径。
或 两个侧面的中心靠得很近的透镜。
凸透镜： 中间厚边缘薄 的透镜。
①
②
③
凹透镜：中间薄边缘厚
率），其定义为：
n c v
光在真空中的传播速度 光在介质中的传播速度
两种介质相比较，折射率大的介质，光在其中的
传播速度小，称为光密介质；折射率小的介质，光在
其中的传播速度大，称为光疏介质。
n21
v1 v2
n2 n1
折射定律也可表示为：
大学物理第十二章波动光学
[](A)(B)2第12章波动光学、选择题1.如T12-1-1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 片和n 3,已知n 1 n 2 n 3 .若波长为 入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) 2n ?e (B) 2n ?e 1 2 (C) 2n 2(D) 2n ?e -2n 2径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1 ,折射率为n 1的一种介质; 路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2的另一介质；其余部分3.在相同的时间内，一束波长为的单色光在空气和在玻璃中[ ](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2.女口 T12-1-2图所示, S 1、S 2是两个相干光源, 他们到P 点的距离分别为 r 1和r 2 .路可看作真空. 这两条光路的光程差等于： [](A) (「2 匕上)(「nd 1) (B) [r 2 (n 2 1)t 2][「1 (n 2 1)h](C) (「2匕上2)(A n 缶)(D) n 2t 2S 2T12-1-2 图[](A)(B)2(D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等4.频率为f的单色光在折射率为n的媒质中的波速为其光振动的相位改变了2 n f ](A)vv,则在此媒质中传播距离为I2 n vf(B) T (C)2 n nlf vlf(D)厂5.波长为的单色光在折射率为n的媒质中由到b点的几何路程为：a点传到b点相位改变了，则光从a点(C) (D) n6.真空中波长为的单色光，在折射率为n的均匀透明媒质中从a点沿某一路径传到b 点.若将此路径的长度记为I, a、b两点的相位差记为，则[](A) 2则合光照在该表面的强度为8. 相干光是指 [](A)振动方向相同、频率相同、相位差恒定的两束光 (B) 振动方向相互垂直、频率相同、相位差不变的两束光 (C) 同一发光体上不同部份发出的光 (D) 两个一般的独立光源发出的光9.两个独立的白炽光源发出的两条光线 ，各以强度I 照射某一表面•如果这两条光线同时照射此表面，则合光照在该表面的强度为10. 相干光波的条件是振动频率相同、相位相同或相位差恒定以及 [](A)传播方向相同 (B)振幅相同 (C)振动方向相同(D)位置相同n i 和n 2 (n i v n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验13. 在杨氏双缝实验中，若用白光作光源3 [](A) l , 3 n 2 3 (C) l ,3 n2n33n n (B) l2n ， (D) l 3—n ， 3n n27. 两束平面平行相干光，每一束都以强度 I 照射某一表面，彼此同相地并合在一起[ ](A) I(B) 21 (C) 41 (D) 2I [](A) I (B) 2I(C) 4I(D) 8I11.用厚度为d 、折射率分别为 中的上下两缝，若入射光的波长为 此时屏上原来的中央明纹 处被第三级明纹所占据 则该媒质的厚度为[](A) 3(B)3 n 2 n 1(C) 22 (D)n 2 n 112. 一束波长为的光线垂直投射到一双缝上，在屏上形成明、暗相间的干涉条纹则下列光程差中对应于最低级次暗纹的是 (B)2(C) (D)T12-1-11 图T12-1-21 图[ ](A)中央明纹是白色的 (C)紫光条纹间距较大干涉条纹的情况为(B)红光条纹较密 (D)干涉条纹为白色T12-1-21 图[](A)缝屏间距离，则条纹间距不变 (C) 入射光强度，则条纹间距不变(B)双缝间距离，则条纹间距变小 (D)入射光波长，则条纹间距不变 20. 在保持入射光波长和缝屏距离不变的情况下 [](A)干涉条纹宽度将变大 (C)干涉条纹宽度将保持不变,将杨氏双缝的缝距减小，则 (B)干涉条纹宽度将变小(D)给定区域内干涉条纹数目将增加21. 有两个几何形状完全相同的劈形膜：一个由空气中的玻 璃形成玻璃劈形膜；一个由玻璃中的空气形成空劈形膜•当用相 同的单色光分别垂直照射它们时，从入射光方向观察到干涉条纹 间距较大的是14. 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 ,S 2连线的垂直平面出放一反射镜 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T12-1-14图15.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(C)既非明条纹也非暗条纹(B)变为暗条纹(D)无法确定是明纹还是暗纹16.把双缝干涉实验装置放在折射率为 D (D d )，所用单色光在真空中的波长为是： D n D [](A) (B)nddn 的水中，两缝间距离为d,双缝到屏的距离为 ，则屏上干涉条纹中相邻的明纹之间的距离(C)d nD(D)D 2nd17.如T12-1-17图所示，在杨氏双缝实验中，若用一片厚度为 装置中的上面一个缝挡住；再用一片厚度为d 2的透光云母片将 下面一个缝挡住，两云母片的折射率均为 n, d 1>d 2,干涉条纹的变化情况是 [](A)条纹间距减小(B)条纹间距增大 (18. 在杨氏双缝实验中，若用一片能透光的云母片将双缝装 置中的上面一个缝盖住,干涉条纹的变化情况是 [ ](A)条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C)条纹间距减小(D)整个干涉条纹将向下移动T12-1-18 图19.当单色光垂直照射杨氏双缝时 ,屏上可观察到明暗交替的干涉条纹•若减小d 1的透光云母片将双缝T12-1-17 图[](A) d 1 d o ，d 2 d o 3(B) d 1 d o ， d 2 d o 3(C) d 1do2,d2 do(D) d1 do孑d2 do(B) 明纹间距逐渐变小，并向劈棱移动 (C) 明纹间距逐渐变大，并向劈棱移动 (D) 明纹间距逐渐变大，并背向劈棱移动 24. 两块平玻璃板构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射•若上面的平 玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的 [](A)间隔变小，并向棱边方向平移 (B)间隔变大，并向远离棱边方向平移 (C)间隔不变，向棱边方向平移 (D)间隔变小，并向远离棱边方向平移25.检验滚珠大小的干涉试装置示意如 T12-1-25(a)图.S 为光源，L 为汇聚透镜，M为半透半反镜.在平晶T i 、T 2之间放置A 、B 、C 三个滚珠，其中A 为标准，直径为d o •用 波长为 的单色光垂直照射平晶，在 M 上方观察时观察到等厚条纹如 T12-1-25(b)图所示，轻压C 端，条纹间距变大，则B 珠的直径d 1、C 珠的直径d 2与d 0的关系分别为：[ ](A)玻璃劈形膜(C)两劈形膜干涉条纹间距相同(B)空气劈形膜(D)已知条件不够，难以判定22. 用波长可以连续改变的单色光垂直照射一劈形膜 的变化情况为,如果波长逐渐变小，干涉条纹](A)明纹间距逐渐减小 并背离劈棱移动23. 在单色光垂直入射的劈形膜干涉实验中 方向可以察到干涉条纹的变化情况为 若慢慢地减小劈形膜夹角，则从入射光[](A)条纹间距减小(B) 给定区域内条纹数目增加 (C) 条纹间距增大(D) 观察不到干涉条纹有什么变化T12-1-23 图aaaaaaET12-1-25(a)图T12-1-25(b)图26•如T12-1-26(a)图所示，一光学平板玻璃 A 与待测工件B 之间形成空气劈尖， 用波长=500nm(1 nm = 10-9m)的单色光垂直照射.看到的反射光的干涉条纹如 T12-1-26(b)图所示.有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部27.设牛顿环干涉装置的平凸透镜可以在垂直于平玻璃的方向上下移动 ，当透镜向上平移(即离开玻璃板)时，从入射光方向可观察到干涉条纹的变化情况是 [](A)环纹向边缘扩散，环纹数目不变 (B)环纹向边缘扩散，环纹数目增加 (C)环纹向中心靠拢，环纹数目不变(D)环纹向中心靠拢，环纹数目减少28.牛顿环实验中，透射光的干涉情况是[](A) 中心暗斑, 条纹为内密外疏的同心圆环(B) 中心暗斑, 条纹为内疏外密的同心圆环(C) 中心亮斑，条纹为内密外疏的同心圆环(D) 中心亮斑， 条纹为内疏外密的同心圆环(平凸透镜的平面始终保29.在牛顿环装置中 ,若对平凸透镜的平面垂直向下施加压力持与玻璃片平行),则牛顿环[](A) 向中心收缩 ,中心时为暗斑，时为明斑，明暗交替变化H 1 H 1(B) 向中心收缩 ,中心处始终为暗斑(C) 向外扩张，中心处始终为暗斑(D)向中心收缩 ,中心处始终为明斑 T12-1-29 图30. 关于光的干涉，下面说法中唯一正确的是[](A)在杨氏双缝干涉图样中，相邻的明条纹与暗条纹间对应的光程差为 一2(B) 在劈形膜的等厚干涉图样中，相邻的明条纹与暗条纹间对应的厚度差为一2(C) 当空气劈形膜的下表面往下平移时，劈形膜上下表面两束反射光的光程差2将增加一2(D) 牛顿干涉圆环属于分波振面法干涉31.根据第k 级牛顿环的半径r k 、第k 级牛顿环所对应的空气膜厚d k 和凸透镜之凸面[](A) 不平处为凸起纹，最大高度为 500nm(B)不平处为凸起纹， 最大高度为 250nm(C) 不平处为凹槽，最大深度为 500nm 分的切线相切.则工件的上表面缺陷是 (D)不平处为凹槽，最大深度为250nmT12-1-26(a)图T12-1-26(b)图半径R 的关系式d k 工可知，离开环心越远的条纹2R[ ](A)对应的光程差越大，故环越密 (B)对应的光程差越小，故环越密 (C)对应的光程差增加越快，故环越密(D)对应的光程差增加越慢，故环越密32. 如果用半圆柱形聚光透镜代替牛顿环实验中的平凸透镜 放在平玻璃上，则干涉条纹的形状 [ ](A)为内疏外密的圆环(B)为等间距圆环形条纹 (C)为等间距平行直条纹(D) 为以接触线为中心，两侧对称分布，明暗相间，内疏外密的一组平行直条纹33. 劈尖膜干涉条纹是等间距的，而牛顿环干涉条纹的间距是不相等的•这是因为： [](A)牛顿环的条纹是环形的(B)劈尖条纹是直线形的 (C)平凸透镜曲面上各点的斜率不等(D)各级条纹对应膜的厚度不等34•如T12-1-34图所示，一束平行单色光垂直照射到薄膜上，经上、下两表面反射的 光束发生干涉.若薄膜的厚度为e ,且n i < n 2 > n 3,为入射光在折射率为 n i 的媒质中的波35.用白光垂直照射厚度 折射率为n 1,薄膜下面的媒质折射率为 n 3 •则反射光中可看到的加强光的波长为:37. 欲使液体(n > 1)劈形膜的干涉条纹间距增大，可采取的措施是: ](A)增大劈形膜夹角 (B) (C)换用波长较短的入射光(D)38. 若用波长为的单色光照射迈克尔逊干涉仪，并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放长，则两束反射光在相遇点的相位差为： 4 n2 n n 2 [](A)e(B)e n4 n r>24 n(C) e n(D)-ee = 350nm 的薄膜，若膜的折射率 n 2 = 1.4 ,薄膜上面的媒质n 3, 且 n 1 < n 2 <](A) 450nm (C) 690nm(B) 490nm (D) 553.3nmT12-2-35 图n i36. 已知牛顿环两两相邻条纹间的距离不等. 不可行的是如果要使其相等 ,以下所采取的措施中](A)将透镜磨成半圆柱形(C)将透镜磨成三棱柱形(B)将透镜磨成圆锥形 (D)将透镜磨成棱柱形增大棱边长度换用折射率较小的液体入厚度为I 、折射率为n 的透明薄片•放入后，干涉仪两条光路之间的光程差改变量为 [](A) ( n-1) I(B) nl(C) 2 nl(D) 2( n-1)139. 若用波长为 的单色光照射迈克尔逊干涉仪 ，并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放入一厚度为I 、折射率为n 的透明薄片，则可观察到某处的干涉条纹移动的条数为 [ ](A) 4(n 1)-(B)(C)2(n 1)- (D) (n 1)丄40.如图所示，用波长为的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为 n 、劈角为 的透明劈尖b 插入光线2中，则当劈尖b 缓慢向 上移动时(只遮住S 2)，屏C 上的干涉条纹 [](A)间隔变大，向下移动 (B) 间隔变小，向上移动 (C) 间隔不变，向下移动(D) 间隔不变，向上移动41.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 的光强度取决于波阵面 S 上所有面积元发出的子波各自传到 P 点的[](A)振动振幅之和 (C)光强之和(B)振动振幅之和的平方 (D)振动的相干叠加42.无线电波能绕过建筑物，而可见光波不能绕过建筑物.这是因为 [](A)无线电波是电磁波 (B)光是直线传播的(C)无线电波是球面波(D)光波的波长比无线电波的波长小得多43.光波的衍射现象没有显著，这是由于[](A)光波是电磁波，声波是机械波 (B)光波传播速度比声波大(C)光是有颜色的(D)光的波长比声波小得多a 的单缝上，缝后紧靠着焦距为f 的薄凸透镜， 屏置于透镜的焦平面上，若整个实验装置浸入折射率为 n 体中，则在屏上出现的中央明纹宽度为的液 ](A)na2f (C)na(B) (D)na 2nf亠L L J口 I -IT12-1-44 图T12-1-40 图44.波长为的单色光垂直入射在缝宽为45. 在单缝衍射中，若屏上的P 点满足a sin ](A)第二级暗纹 (B) (C)第二级明纹 (D) 46.在夫琅和费单缝衍射实验中，欲使中央亮纹宽度增加，可采取的方法是 [](A)换用长焦距的透镜 (B)换用波长较短的入射光=5/2则该点为第五级暗纹 第五级明纹(C)增大单缝宽度 (D)将实验装置浸入水中47. 夫琅和费单缝衍射图样的特点是 [ ](A)各级亮条纹亮度相同 (B) 各级暗条纹间距不等 (C) 中央亮条纹宽度两倍于其它亮条纹宽度(D) 当用白光照射时，中央亮纹两侧为由红到紫的彩色条纹 48. 在夫琅和费衍射实验中，对给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中 心位置不变，各衍射条纹 [ ](A)对应的衍射角变小 (B)对应的衍射角变大 (C)对应的衍射角不变 (D)光强也不变 49. 一束波长为 的平行单色光垂直入射到一单缝 在屏幕E 上形成衍射图样.如果P 是中央亮纹一侧第- AB 上，装置如 T12-1-49图所示, 个暗纹所在的位置，则 BC 的长度为 [ ](A) (B)- 23 c (C) (D) 2 250.在单缝夫琅和费衍射实验中，若增大缝宽，其它条件不变，则中央明纹 [ ](A)宽度变小 (B)宽度变大 (C)宽度不变，且中心强度也不变 (D)宽度不变，但中心强度增大 51.在如T12-1-51图所示的在单缝夫琅和费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很 小.若单缝a 变为原来的 3 -,同时使入射的单色光的波长 2 3变为原来的 -，则屏幕E 上的单缝衍射条纹中央明纹的 4宽度△x 将变为原来的T12-1-51 图[](A) 44 倍 4 2 9 1 (B)-倍 (C) 9 倍 (D)-倍 3 8 2 52. 一单缝夫琅和费衍射实验装置如 T12-1-52图所 示，L 为透镜，E 为屏幕；当把单缝向右稍微移动一点时， 衍射图样将 [ ](A)向上平移 (B)向下平移 (C)不动(D)消失T12-1-52 图55.在T12-1-55图所示的单缝夫琅和费衍射实验中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会聚透镜L 2沿x 轴正方向作微小移动，则屏幕 央衍射条纹将 [](A)变宽，同时上移 (B) 变宽，同时下移 (C) 变宽，不移动 (D) 变窄，同时上移56. 一衍射光栅由宽 300 nm 、中心间距为 直照射时，屏幕上最多能观察到的亮条纹数为： [](A) 2 条(B) 3 条57. 白光垂直照射到每厘米有5000条刻痕的光栅上，若在衍射角 =30。
《大学物理》第十二章 光学
h
结束 返回
解：
=a
acos2
+
2
=
2asin2
=
2
asin =h
sin =4h
a 2
h
结束 返回
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 。
第二级明纹的宽度为
Δx
´=
Δx 2
=2.73 (mm)
结束 返回
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。
结束 返回
解：
=
aΔx 2D
=
1.0×2.5 2×2.0×103
sinj
=
k (a+b)
sin =0.1786k-0.5000
在 -900 < j < 900 间，
对应的光强极大的角位置列表如下：
k
sinj j
k
sinj j
0
-0.500 -300
1
2
-0.3232 -0.1464
-18051’ -8025’
3
4
0.0304 0.2072
1045’ 11057’
结束 返回
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
大学物理第12章复习提纲
第12章 波动光学（1） 掌握双缝干涉的形成机理及k 级明、暗条纹对应的位置公式、以及相邻明、暗纹间距公式。
掌握光程的概念。
（2） 掌握等倾干涉（即薄膜干涉）形成的机理及明、暗条纹对应的光程差公式。
掌握增透膜和增反膜的厚度计算。
（3） 掌握等厚干涉（即劈尖干涉）形成的的机理及明、暗条纹对应的光程差公式。
（4） 掌握利用劈尖条纹特点进行的的一系列计算（如直径计算，工件凹，凸程度计算），牛顿环明、暗条纹对应的半径计算。
（5） 掌握单缝衍射半波带分析方法和明暗纹计算公式（6） 掌握光栅方程，会利用光栅方程计算条纹的位置，最大级次。
（7） 掌握利用偏振片进行光的起偏、捡偏、以及马吕斯定理，会用马吕斯定理计算光强。
（8） 掌握反射光和折射光的偏振方法，布儒斯特定律。
2．在真空中波长为λ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3π ，则此路径AB 的光程为4．（本题3分）如图所示为杨氏双缝干涉实验光路图。
当1r 和2r 质中时，中央明条纹位于O 点位置，当在1r 光路中放置一块折射率为1.5，厚度为1mm 的玻璃片时，则中央明纹位置：(A) 在o 点不变；(B) 向ox 正方向移动； (C) 向ox 负正方向移动；(D) 无法确定． ［］6．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__________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__________________．8. 在空气中有一劈形透明膜，其劈尖角θ＝1.0×10-4rad ，在波长λ＝700 nm 的单色光垂直照射下，测得两相邻干涉明条纹间距l ＝0.25 cm ，由此可知此透明材 料的折射率n ＝______________________．(1 nm=10-9m)10． 用劈尖干涉法可检测工件表面缺陷，当波长为λ的单色平行光垂直入射时，若观察到的干涉条纹如图所示，每一条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条纹的直线部分的连线相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分12．波长为 600 nm 的单色平行光，垂直入射到缝宽为a =0.60 mm 的单缝上，缝后有一焦距cm f 60'=的透镜，在透镜焦平面上观察衍射图样．则：中央明纹的宽度为__________，两个第三级暗纹之间的距离为____________．(1 nm =10﹣9m)14．一束波长为λ的平行单色光垂直入射到一单缝AB 上，装置如图．在屏幕D 上形成衍射图样，如果P 是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置，则BC 的长度为 (A) λ / 2．(B) λ．(C) 3λ / 2 ． (D) 2λ ．［ ］16． 一束具有两种波长λ1和λ2的平行光垂直照射到一衍射光栅上，测得波长λ1的第三级主极大衍射角和λ2的第四级主极大衍射角均为30°．已知λ1=560 nm (1 nm= 10-9m)，试求: (1) 光栅常数a ＋b (2) 波长λ218．将三个偏振片叠放在一起，第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45°和90°角． (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上，试求经每一偏振片后的光强和偏振状态． (2) 如果将第二个偏振片抽走，情况又如何？20. 一束自然光入射到两种媒质交界平面上产生反射光和折射光．如果反射光是线偏振光光；则折射光是________光；这时的入射角b i 称为____________角．22. 有一双缝相距0.3mm ，要使波长为600nm 的红光通过并在光屏上呈现干涉条纹，每条明纹或暗纹的宽度为1mm ，问光屏应放在距双缝多远的地方？ 24. 在杨氏双缝实验中，双缝相距0.3mm ，以波长为600nm 的红光照射狭缝，求在离双缝50cm 远的屏幕上，从中央向一侧数第二条与第五条暗纹之间的距离。
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第12章 光 学12.1 复习笔记一、几何光学简介1．光的传播规律（1）光在传播过程中遵从的三条实验规律①光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线传播；②光的独立传播定律：光在传播过程中与其他光束相遇时，各光束都各自独立传播，不改变其性质和传播方向；③光的反射定律和折射定律：光入射到两种介质分界面时，其传播方向发生改变，一部分反射，另一部分折射．图12-1 光的反射和折射实验表明：a ．反射光线和折射光线都在入射光线和界面法线所组成的入射面内．b ．反射角等于入射角．ii ='c ．入射角i 与折射角r 的正弦之比与入射角无关，而与介质的相对折射率有关，即或rn i n sin sin 21=式中，比例系数n 21为第二种介质相对于第一种介质的折射率．（2）光路可逆原理当光线的方向返转时，光将循同一路径而逆向传播．（3）费马原理费马原理：光从空间的一点到另一点是沿着光程最短的路径传播．光程是折射率n 与几何路程l 的乘积，则费马原理的一般表达式为⎰=BAl n 值值d 即光线在实际路径上的光程的变分为零．2．全反射（1）全反射概念当入射角i ＝i c 时，折射角r ＝90°，因而当入射角i ≥i c 时，光线不再折射而全部被反射（图12-2），该现象称为全反射，入射角i c称为全反射临界角．12c arcsin n n i =图12-2 光的反射和折射（2）隐失波根据波动理论，光产生全反射时，仍有光波进入第二介质，它沿着两介质的分界面传播，其振幅随离开分界面的距离按指数衰减．一般来说，进入第二介质的深度约为一个波长，这样的波称为隐失波．（3）全反射的应用光导纤维特点：外层折射率小于内层折射率．图12-3 光导纤维3．光在平面上的反射和折射（1）平面镜从任一发光点P 发出的光束，经平面镜反射后，其反射光线的反向延长线相交于P ＇点．而实际光线并没有通过P ＇点，因此P ＇点为P 点的虚像，P ＇点与P 点成镜面对称．图12-4 平面镜成像（2）三棱镜①三棱镜偏向角三棱镜截面呈三角形的透明棱柱称为三棱镜，与其棱边垂直的平面称为主截面．出射光线与入射光线间的夹角，称为偏向角，用δ表示偏向角，δ与棱镜顶角α间的关系为图12-5 光在三棱镜内的折射②色散色散是指不同波长的光对介质有不同的折射率的现象，其中紫光偏折最大，红光偏折最小．4．光在球面上的反射和折射（1）球面镜概念如图12-6所示，AOB 表示球面的一部分，这部分球面的中心点O 称为顶点，球面的球心C 称为曲率中心，球面半径称为曲率半径，以r 表示．连接顶点和曲率中心的直线CO 称为主光轴．从轴上的一物点S 发出光线经球面反射后相交于主光轴上I 点，I 点为物点S 的像．从顶点O 到物点S 的距离称为物距，以p 表示，从顶点O 到像点的距离称为像距，以p ＇表示．图12-6 球面镜（2）正负号法则①以反射（或折射）面为界，将空间分为两个区：A区：光线发出的区；B区：光线通过的区．对于反射镜，B区和A区重合；对于折射面和透镜，两区分别在表面的两侧．②由A区决定的量：物距p：物体在A区为正（实物）；物体在A区的对面为负（虚物）．③由B区决定的量：像距p＇：像在B区为正（实像）；像在B区的对面为负（虚像）．曲率半径r：曲率中心在B区为正；曲率中心在B区的对面为负．焦距f：焦点在B区为正，焦点在B区的对面为负．（3）焦点和焦平面图12-7 焦点和焦平面平行主光轴的光束经球面反射后，将在光轴上会聚成一点，如图12-7（a）所示，该像点称为反射球面的焦点，以F表示；在镜后的焦点称为虚焦点；这个平面称为焦平面．（4）球面反射的物像公式，以上两组式子均为在傍轴光线条件下球面反射的物像公式．（5）横向放大率①图示物距为p、高为h的物SS＇，经球面反射后成像，像距为p＇，像高为h＇（图12-8）．像高与物高之比定义为横向放大率．。
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如果计算所得 m 是正值，表示像是正立的；m 是负值，表示像是倒立的。丨 m 丨 ＞1 表示像是放大的，丨 m 丨＜1 表示像是缩小的。
(5)作图法 作图时可选择下列三条特殊光线。 ①平行于主光轴的光线它的反射线必通过焦点（凹球面）或其反射线的延长线通过焦 点（凸球面）。 ②通过曲率中心的光线它的反射线和入射线是同一条直线而方向相反。 ③通过焦点的光线或入射光的延长线通过焦点的光线它的反射线平行于主光轴。 (6)光在球面上的折射 ①物像公式
这就是在傍轴光线条件下球面折射的物像公式。 折射球面的横向放大率为
②像方焦距 如果平行于主光轴的入射光线，经球面折射后，与主光轴的交点称为像方焦点。从球 面顶点到像方焦点的距离称为像方焦距，以 f＇表示，则有下式：
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①三棱镜偏向角
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三棱镜截面呈三角形的透明棱柱称为三棱镜（prism），与其棱边垂直的平面称为主截
面。出射光线与入射光线间的来角，称为偏向角（ang1e of deviation），用 δ 表示偏向
角，δ 与棱镜顶角 α 之间有如下的关系
图 12-1 光的反射和折射
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实验表明：
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(a)反射光线和折射光线都在入射光线和界面法线所组成的入射面内。
(b)反射角等于入射角。
i` i
(c)入射角 i 与折射角 r 的正弦之比与人射角无关，而与介质的相对折射率有关，即
③物方焦距 如果把物点放在主轴上某一点时，发出的光经球面折射后将产生平行于主轴的平行光 束，这一物点所在点称为物方焦点，从球面顶点到物方焦点的距离称为物方焦距以 f 表示， 则：
《应用光学》第12章 照相机和投影仪
机械补偿的变焦距物镜除了包含有作线性移动的变倍组以 外，还需有作非线性移动的补偿组。如图12.13所示。L1 是前固定组，L2是变倍组，L3是补偿组，L4是后固定组。
L2和L3组成了物镜的变焦部 分。当变倍组由左向右作线 性移动时，焦距由短变长， 同时像面发生位移。用补偿 组L3作相应的非线性移动， 使位移了 的像面经补偿组后 重新成在固定的位置上。总 的焦距变化是由变倍组和补 偿组同时移动的结果。变倍 组和补偿组的移动要匹配， 即两者的位置要一一对应。
另外，放大率、工作距离等也是投影系统的光学特性。 二、照明系统
1、临界照明
可使物面照度均匀化。图12.20所示为柯拉照明系统，它由两组 聚光镜L1和L2组成。光源通过L1成实像在L2的孔径光阑处，L1 的
图12.20
行光束。此时，孔径光阑是可调的，以控制物点成像光束孔径 角的大小，充分发挥物镜的分辨能力。视场光阑也是可调的， 以适应不同倍率物镜、目镜组合条件下，被照明视场大小变化 的要求；同时拦截系统中有害的杂散光，改善像面的对比度， 如图12.21所示。
隔一定距离的两个平面 A和A’之间，有两个位 置可使得两平面互为物 像关系，如图12.11所
示，其放大率分别为 和1/.即当一个位置成
缩小像时，另一位置成 放大像。而当透镜从位 置1移到位置2，放大率
图12.11
就在和1/ 之间连续变化。所以该透镜被称为变倍组或变
焦组。但只有一组透镜还不足以在满足变焦的同时满足其 他三个要求，所以就需要采取一些措施，这就是两组可移 动的透镜组，其中一组是变焦组，另一组是补偿组。如图 12.12所示
变焦物镜通常是按照系统中变焦透镜组的个数，以及是正 透镜组还是负透镜组的配置来分类的，如负-负型、负－正型 以及正－负－正型等。
第12章光的干涉
C
C
ab
n1 B
n2 e
n3
n2 ( AC CB) n1 AD 2n2 AC n1 AD
2
三、半波损失
射向 光疏介质
射向
光密介质
光疏介质
反射光有半波损失 反射光没有半波损失
例题：求反射光 线a 、b 的光程差。
（1） n1 > n2 > n3 2n2e
ab λ
（2） n1 > n2 < n3
波动三大现象
几何光学 波动光学 量子光学
干涉
衍射
偏振
第12章 光的干涉
12.1 光的相干性
一、光的电磁理论 1. 光的颜色 光谱 光是电磁波，把电磁波按波长或频率的次序排列成谱，称为 电磁波谱。可见光是一种波长很短的电磁波。
λ ：400 nm ~ 760 nm ν ：7.51014 Hz ~ 3.9 1014 Hz 1m = 106 μm = 109 nm = 1010 Å
a1
P
aD
ii
a2
A i B
n1
n2 e
C n1 > n2 n1
2n2e cos
2
2e
n2 2
n12
sin2
i
2
3. 明纹和暗纹条件
2e
n2 2
n12 sin2
i
2
k k 1, 2, (明 环 ） (2k 1) k 0, 1, (暗 环)
2
注意：对明环 k 0 ，否则 e < 0 。
x
D
d
1 410-7 4 10-4
110 3 m
1.0mm
(3)上述两种波长的光同时照射时，求两种波长的明条纹第1次重合
大学物理12光的干涉
S1
Sd
S2
杨氏双缝实验
§12-1 光源 光的特性
2.分振幅法：利用光在两种介质分界面 上的反射光和透射光作为相干光
iD
n1
e
A
C n2 n1
B
n1
薄膜干涉
第十二章 光的干涉
§12-1 光源 光的特性
§12-2 双缝干涉
一、杨氏双缝实验 1.装置原理
S1
Sd
S2
第十二章 光的干涉
第十二章 光的干涉
§12-3 光程与光程差
三、反射光的相位突变和附加光程差
1、n1 n2 n3 或 n1 n2 n3 无附加光程差
12
i
n1
e
n2
n3
2、n1 n2 n3 或 n1 n2 n3 1’ 2’
有附加光程差 2
3、对于折射光，无任何相位突变
第十二章 光的干涉
§12-3 光程与光程差
§12-2 双缝干涉
2.干涉明暗条纹的位置
r1
S1
S d
r2
波程差
S2
r2 r1
D
P
x
0
r2
r1
d sin
d
tan
d
x D
第十二章 光的干涉
§12-2 双缝干涉
d
x D
k 极大
(2k 1) 极小
2
干涉明暗条纹的位置
d x
D
x
k
D
d
2k 1
D
2d
明纹 暗纹
其中 k 0, 1, 2, 3
实际中，i 0
2n2e '
明纹和暗纹条件
2n2e
南华物理练习第12章答案
第十二章 光学练习一 一、选择题 1. 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。
2、如果S 1、S 2 是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1、r 2和，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： 【 B 】1122111222111222111222t n t n )D (;)t n r ()t n r ()C (];t )1n (r []t )1n (r [)B ();t n r ()t n r ()A (-----+--++-+3.在双缝干涉中,两缝间距离为d , 双缝与屏幕之间的距离为D (D >> d ),波长为λ的平行单色光垂直照射到双缝上,屏幕上干涉条纹中相邻暗纹之间的距离是：【 D 】(A) 2λD /d . (A) λd /D . (B) dD /λ. (D) λD /d .4..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: 【 D 】(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. 二、填空题1. 相干光满足的条件是1）频率相同；2）位相差恒定；3）振动方向相同，2. 在双缝实验中，双缝间距变小：干涉条纹间距增大； 3．在双缝实验中，波长变长： 干涉条纹间距增大；4.把双缝干涉实验装置放在折射率为n 的媒质中,双缝到观察屏的距离为D ,两缝间的距离为d (d <<D ),入射光在真空中的波长为λ ,则屏上干涉条纹中相邻明纹的间距是dnD λ三、计算题1. 在双缝干涉的实验中，用波长nm 546=λ的单色光照射，双缝与屏的距离D=300mm ，测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹之间的间距为12.2mm ，求双缝间的距离。
大学物理第十二章 波动光学
第12章 波动光学一、选择题1. 如T12-1-1图所示，折射率为2n 、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1n 和3n ,已知321n n n <<．若波长为λ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) e n 22 (B) λ2122-e n(C) λ-22n (D) 2222n e n λ-2. 如T12-1-2图所示，1S 、2S 是两个相干光源，他们到P 点的距离分别为 1r 和 2r ．路径P S 1垂直穿过一块厚度为1t ，折射率为1n 的一种介质；路径P S 2垂直穿过一块厚度为2t 的另一介质；其余部分可看作真空．这两条光路的光程差等于： [ ] (A) )()(111222t n r t n r +-+(B) ])1([])1([121222t n r t n r -+--+ (C) )()(111222t n r t n r ---(D) 1122t n t n -3. 在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气和在玻璃中[ ] (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4. 频率为f 的单色光在折射率为n 的媒质中的波速为v , 则在此媒质中传播距离为l 后, 其光振动的相位改变了 [ ] (A)vlfπ2 (B)lvfπ2 (C)vnlfπ2 (D)π2vlf5. 波长为λ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π, 则光从a 点到b 点的几何路程为: [ ] (A)n2λ(B)2nλ (C)2λ(D) λn6. 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 点沿某一路径传到b 点．若将此路径的长度记为l , a 、b 两点的相位差记为∆ϕ , 则1SS PT12-1-2图[ ] (A) π3,23=∆=ϕλl (B) π3,23n n l =∆=ϕλ(C) π3,23=∆=ϕλn l (D) π3,23n n l =∆=ϕλ7. 两束平面平行相干光, 每一束都以强度I 照射某一表面, 彼此同相地并合在一起, 则合光照在该表面的强度为 [ ] (A) I(B) 2I (C) 4I (D)I 28. 相干光是指[ ] (A) 振动方向相同、频率相同、相位差恒定的两束光(B) 振动方向相互垂直、频率相同、相位差不变的两束光 (C) 同一发光体上不同部份发出的光 (D) 两个一般的独立光源发出的光9. 两个独立的白炽光源发出的两条光线, 各以强度I 照射某一表面．如果这两条光线同时照射此表面, 则合光照在该表面的强度为 [ ] (A) I(B) 2I (C) 4I (D) 8I10. 相干光波的条件是振动频率相同、相位相同或相位差恒定以及 [ ] (A) 传播方向相同 (B) 振幅相同(C) 振动方向相同 (D) 位置相同11. 用厚度为d 、折射率分别为n 1和n 2 (n 1＜n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为λ, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占据, 则该媒质的厚度为 [ ] (A) λ3(B)123n n -λ(C) λ2(D)122n n -λ12. 一束波长为 λ 的光线垂直投射到一双缝上, 在屏上形成明、暗相间的干涉条纹, 则下列光程差中对应于最低级次暗纹的是 [ ] (A) λ2(B)λ23 (C)λ(D)2λ13. 在杨氏双缝实验中, 若用白光作光源, 干涉条纹的情况为 [ ] (A) 中央明纹是白色的(B) 红光条纹较密 (C) 紫光条纹间距较大(D) 干涉条纹为白色T12-1-11图14. 在双缝干涉实验中，屏幕E 上的P 点处是明条纹．若将缝2S 盖住，并在21S S 连线的垂直平面出放一反射镜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15. 在双缝干涉实验中，入射光的波长为λ，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2.5λ，则屏上原来的明纹处 [ ] (A) 仍为明条纹(B) 变为暗条纹(C) 既非明条纹也非暗条纹(D) 无法确定是明纹还是暗纹16. 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D (d D >>)，所用单色光在真空中的波长为λ，则屏上干涉条纹中相邻的明纹之间的距离是： [ ] (A)ndDλ (B)dDn λ (C)nDd λ (D)ndD 2λ17. 如T12-1-17图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片厚度为d 1的透光云母片将双缝装置中的上面一个缝挡住; 再用一片厚度为d 2的透光云母片将下面一个缝挡住, 两云母片的折射率均为n , d 1＞d 2, 干涉条纹的变化情况是[ ] (A) 条纹间距减小(B) 条纹间距增大 (C) 整个条纹向上移动(D) 整个条纹向下移动18. 在杨氏双缝实验中, 若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距增大(B) 整个干涉条纹将向上移动 (C) 条纹间距减小(D) 整个干涉条纹将向下移动19. 当单色光垂直照射杨氏双缝时, 屏上可观察到明暗交替的干涉条纹．若减小 [ ] (A) 缝屏间距离, 则条纹间距不变 (B) 双缝间距离, 则条纹间距变小 (C) 入射光强度, 则条纹间距不变 (D) 入射光波长, 则条纹间距不变20. 在保持入射光波长和缝屏距离不变的情况下, 将杨氏双缝的缝距减小, 则 [ ] (A) 干涉条纹宽度将变大 (B) 干涉条纹宽度将变小(C) 干涉条纹宽度将保持不变 (D) 给定区域内干涉条纹数目将增加21. 有两个几何形状完全相同的劈形膜：一个由空气中的玻璃形成玻璃劈形膜; 一个由玻璃中的空气形成空劈形膜．当用相同的单色光分别垂直照射它们时, 从入射光方向观察到干涉条纹间距较大的是T12-1-14图T12-1-17图T12-1-18图T12-1-21图[ ] (A) 玻璃劈形膜(B) 空气劈形膜(C) 两劈形膜干涉条纹间距相同(D) 已知条件不够, 难以判定22. 用波长可以连续改变的单色光垂直照射一劈形膜, 如果波长逐渐变小, 干涉条纹的变化情况为[ ] (A) 明纹间距逐渐减小, 并背离劈棱移动(B) 明纹间距逐渐变小, 并向劈棱移动 (C) 明纹间距逐渐变大, 并向劈棱移动 (D) 明纹间距逐渐变大, 并背向劈棱移动23. 在单色光垂直入射的劈形膜干涉实验中, 若慢慢地减小劈形膜夹角, 则从入射光方向可以察到干涉条纹的变化情况为 [ ] (A) 条纹间距减小(B) 给定区域内条纹数目增加 (C) 条纹间距增大(D) 观察不到干涉条纹有什么变化24. 两块平玻璃板构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的 [ ] (A) 间隔变小，并向棱边方向平移(B) 间隔变大，并向远离棱边方向平移 (C) 间隔不变，向棱边方向平移(D) 间隔变小，并向远离棱边方向平移25. 检验滚珠大小的干涉试装置示意如T12-1-25(a)图．S 为光源，L 为汇聚透镜，M 为半透半反镜．在平晶T 1、T 2之间放置A 、B 、C 三个滚珠，其中A 为标准，直径为0d ．用波长为λ的单色光垂直照射平晶，在M 上方观察时观察到等厚条纹如T12-1-25(b)图所示，轻压C 端，条纹间距变大，则B 珠的直径1d 、C 珠的直径2d 与0d 的关系分别为：[ ] (A) ,01λ+=d d λ302+=d d (B) ,01λ-=d d λ302-=d d(C) ,201λ+=d d 2302λ+=d d (D) ,201λ-=d d 2302λ-=d dS12TT12-1-25(a)图 T12-1-25(b)图T12-1-23图26. 如T12-1-26(a)图所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长λ＝500nm(1nm = 10-9m)的单色光垂直照射．看到的反射光的干涉条纹如T12-1-26(b)图所示．有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切．则工件的上表面缺陷是[ ] (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500nm(B) 不平处为凸起纹，最大高度为250nm (C) 不平处为凹槽，最大深度为500nm (D) 不平处为凹槽，最大深度为250nm27. 设牛顿环干涉装置的平凸透镜可以在垂直于平玻璃的方向上下移动, 当透镜向上平移(即离开玻璃板)时, 从入射光方向可观察到干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 环纹向边缘扩散, 环纹数目不变(B) 环纹向边缘扩散, 环纹数目增加 (C) 环纹向中心靠拢, 环纹数目不变(D) 环纹向中心靠拢, 环纹数目减少28. 牛顿环实验中, 透射光的干涉情况是 [ ] (A) 中心暗斑, 条纹为内密外疏的同心圆环(B) 中心暗斑, 条纹为内疏外密的同心圆环 (C) 中心亮斑, 条纹为内密外疏的同心圆环 (D) 中心亮斑, 条纹为内疏外密的同心圆环29. 在牛顿环装置中, 若对平凸透镜的平面垂直向下施加压力(平凸透镜的平面始终保持与玻璃片平行), 则牛顿环[ ] (A) 向中心收缩, 中心时为暗斑, 时为明斑, 明暗交替变化(B) 向中心收缩, 中心处始终为暗斑 (C) 向外扩张, 中心处始终为暗斑 (D) 向中心收缩, 中心处始终为明斑30. 关于光的干涉，下面说法中唯一正确的是[ ] (A) 在杨氏双缝干涉图样中, 相邻的明条纹与暗条纹间对应的光程差为2λ (B) 在劈形膜的等厚干涉图样中, 相邻的明条纹与暗条纹间对应的厚度差为2λ (C) 当空气劈形膜的下表面往下平移2λ时, 劈形膜上下表面两束反射光的光程差将增加2λ (D) 牛顿干涉圆环属于分波振面法干涉31. 根据第k 级牛顿环的半径r k 、第k 级牛顿环所对应的空气膜厚d k 和凸透镜之凸面T12-1-26(a)图T12-1-26(b)图T12-1-29图半径R 的关系式Rr d k k 22=可知，离开环心越远的条纹[ ] (A) 对应的光程差越大，故环越密(B) 对应的光程差越小，故环越密(C) 对应的光程差增加越快，故环越密(D) 对应的光程差增加越慢，故环越密32. 如果用半圆柱形聚光透镜代替牛顿环实验中的平凸透镜, 放在平玻璃上, 则干涉条纹的形状 [ ] (A) 为内疏外密的圆环(B) 为等间距圆环形条纹 (C) 为等间距平行直条纹(D)为以接触线为中心,两侧对称分布,明暗相间, 内疏外密的一组平行直条纹33. 劈尖膜干涉条纹是等间距的，而牛顿环干涉条纹的间距是不相等的．这是因为： [ ] (A) 牛顿环的条纹是环形的(B) 劈尖条纹是直线形的 (C) 平凸透镜曲面上各点的斜率不等(D) 各级条纹对应膜的厚度不等34. 如T12-1-34图所示，一束平行单色光垂直照射到薄膜上，经上、下两表面反射的光束发生干涉．若薄膜的厚度为e ，且n 1 < n 2 > n 3，λ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)e n n 12π2⋅λ(B)ππ421+⋅e n n λ (C)ππ412+⋅e n n λ (D)e n n 12π4⋅λ35. 用白光垂直照射厚度e = 350nm 的薄膜，若膜的折射率n 2 = 1.4 ,薄膜上面的媒质折射率为n 1，薄膜下面的媒质折射率为n 3，且n 1 < n 2 < n 3．则反射光中可看到的加强光的波长为： [ ] (A) 450nm(B) 490nm (C) 690nm(D) 553.3nm36. 已知牛顿环两两相邻条纹间的距离不等．如果要使其相等, 以下所采取的措施中不可行的是[ ] (A) 将透镜磨成半圆柱形 (B) 将透镜磨成圆锥形(C) 将透镜磨成三棱柱形 (D) 将透镜磨成棱柱形37. 欲使液体(n > 1)劈形膜的干涉条纹间距增大，可采取的措施是： [ ] (A) 增大劈形膜夹角 (B) 增大棱边长度(C) 换用波长较短的入射光 (D) 换用折射率较小的液体38. 若用波长为λ的单色光照射迈克尔逊干涉仪，并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放T12-1-32图T12-1-34图T12-2-35图入厚度为l 、折射率为n 的透明薄片．放入后，干涉仪两条光路之间的光程差改变量为 [ ] (A) (n -1)l (B) nl(C) 2nl (D) 2(n -1)l39. 若用波长为λ的单色光照射迈克尔逊干涉仪, 并在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放入一厚度为l 、折射率为n 的透明薄片, 则可观察到某处的干涉条纹移动的条数为 [ ] (A)λln )1(4-(B)λln(C)λln )1(2-(D)λln )1(-40. 如图所示，用波长为λ的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为n 、劈角为α的透明劈尖b 插入光线2中，则当劈尖b 缓慢向上移动时(只遮住S 2)，屏C 上的干涉条纹 [ ] (A) 间隔变大，向下移动 (B) 间隔变小，向上移动 (C) 间隔不变，向下移动 (D) 间隔不变，向上移动41. 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 的光强度取决于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的 [ ] (A) 振动振幅之和 (B) 振动振幅之和的平方(C) 光强之和 (D) 振动的相干叠加42. 无线电波能绕过建筑物, 而可见光波不能绕过建筑物．这是因为[ ] (A) 无线电波是电磁波 (B) 光是直线传播的 (C) 无线电波是球面波 (D) 光波的波长比无线电波的波长小得多43. 光波的衍射现象没有显著, 这是由于 [ ] (A) 光波是电磁波, 声波是机械波 (B) 光波传播速度比声波大(C) 光是有颜色的 (D) 光的波长比声波小得多44. 波长为λ的单色光垂直入射在缝宽为a 的单缝上, 缝后紧靠着焦距为f 的薄凸透镜,屏置于透镜的焦平面上, 若整个实验装置浸入折射率为n 的液体中, 则在屏上出现的中央明纹宽度为 [ ] (A)na f λ (B)na f λ (C) naf λ2(D) anf λ245. 在单缝衍射中, 若屏上的P 点满足a sin ϕ = 5／2则该点为 [ ] (A) 第二级暗纹 (B) 第五级暗纹(C) 第二级明纹 (D) 第五级明纹46. 在夫琅和费单缝衍射实验中, 欲使中央亮纹宽度增加, 可采取的方法是[ ] (A) 换用长焦距的透镜 (B) 换用波长较短的入射光S1S 2S O Cb 12λT12-1-40图T12-1-44图(C) 增大单缝宽度(D) 将实验装置浸入水中47. 夫琅和费单缝衍射图样的特点是 [ ] (A) 各级亮条纹亮度相同(B) 各级暗条纹间距不等(C) 中央亮条纹宽度两倍于其它亮条纹宽度(D) 当用白光照射时, 中央亮纹两侧为由红到紫的彩色条纹48. 在夫琅和费衍射实验中，对给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中心位置不变，各衍射条纹[ ] (A) 对应的衍射角变小 (B) 对应的衍射角变大(C) 对应的衍射角不变 (D) 光强也不变49. 一束波长为λ的平行单色光垂直入射到一单缝AB 上，装置如T12-1-49图所示，在屏幕E 上形成衍射图样．如果P 是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置，则BC 的长度为 [ ] (A) λ (B) 2λ(C) 23λ(D) λ250. 在单缝夫琅和费衍射实验中，若增大缝宽，其它条件不变，则中央明纹[ ] (A) 宽度变小 (B) 宽度变大(C) 宽度不变，且中心强度也不变(D) 宽度不变，但中心强度增大51. 在如T12-1-51图所示的在单缝夫琅和费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很小．若单缝a 变为原来的23，同时使入射的单色光的波长变为原来的43，则屏幕E 上的单缝衍射条纹中央明纹的宽度△x 将变为原来的 [ ] (A)43倍 (B)32倍 (C)89倍 (D)21倍52. 一单缝夫琅和费衍射实验装置如T12-1-52图所示，L 为透镜，E 为屏幕；当把单缝向右稍微移动一点时，衍射图样将[ ] (A) 向上平移 (B) 向下平移(C) 不动 (D) 消失PT12-1-49图T12-1-51图λT12-1-52图λ53. 在T12-1-53图所示的单缝夫琅和费衍射实验中，)方向稍微平移，则 [ ] (A) 衍射条纹移动，条纹宽度不变(B) 衍射条纹移动，条纹宽度变动(C) 衍射条纹中心不动，条纹变宽 (D) 衍射条纹不动，条纹宽度不变54. 在T12-1-54图所示的单缝夫琅和费衍射实验中，将单缝宽度 a 稍稍变宽，同时使单缝沿x 轴正向作微小移动，则屏幕E 的中央衍射条纹将[ ] (A) 变窄，同时上移 (B) 变窄，同时下移(C) 变窄，不移动 (D) 变宽，同时上移55. 在T12-1-55图所示的单缝夫琅和费衍射实验中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会聚透镜L 2沿x 轴正方向作微小移动，则屏幕E 上的中央衍射条纹将[ ] (A) 变宽，同时上移 (B) 变宽，同时下移(C) 变宽，不移动 (D) 变窄，同时上移56. 一衍射光栅由宽300 nm 、中心间距为900 nm 的缝构成, 当波长为600 nm 的光垂直照射时, 屏幕上最多能观察到的亮条纹数为：[ ] (A) 2条 (B) 3条 (C) 4条 (D) 5条57. 白光垂直照射到每厘米有5000条刻痕的光栅上, 若在衍射角ϕ = 30°处能看到某一波长的光谱线, 则该光谱线所属的级次为[ ] (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 458. 波长为λ的单色光垂直入射于光栅常数为d 、缝宽a 、 总缝数为N 的光栅上．取0=k ,1±,2±,……，则决定出现主级大的衍射角θ的公式可写成 [ ] (A) λθk Na =sin (B) λθk a =sin(C) λθk Nd =sin (D) λθk d =sin59. 一衍射光栅对某一定波长的垂直入射光，在屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕出现更高级次的主极大，应该[ ] (A) 换一个光栅常数较小的光栅 (B) 换一个光栅常数较大光栅(C) 将光轴向靠近屏幕的方向移动 (D) 将光轴向远离屏幕的方向移动60. 为测量一单色光的波长，下列方法中最准确的是( )实验．T12-1-53图T12-1-54图T12-1-55图[ ] (A) 双缝干涉(B) 牛顿环干涉 (C) 单缝衍射 (D) 光栅衍射61. 一束白光垂直照射在一光栅上，在形成的同一级光栅光谱中，偏离中央明纹最远的是[ ] (A) 紫光 (B) 绿光 (C) 黄光 (D) 红光62. 在光栅光谱中，假设所有的偶数极次的主级大都恰好在每缝衍射的暗纹方向上，因而实际上不出现，那么光栅每个透光缝宽度a 和相邻两缝间不透光部分宽度b 的关系 [ ] (A) a = b (B) a =2b (C) a = 3b (D) b = 2a63. 若用衍射光栅准确测量一单色可见光的波长，在下列各种光栅常数的光栅中选那一种最好?[ ] (A) 1100.1-⨯mm(B) 1100.5-⨯mm (C) 2100.1-⨯mm(D) 3100.1-⨯mm64. 在一光栅衍射实验中，如果光栅、透镜均与屏幕平行，则当入射的平行单色光从垂直于光栅平面入射变为斜入射时，能观察到的光谱线的最高级数k [ ] (A) 变小 (B) 变大 (C) 不变 (D) 改变无法确定65. 在一光栅衍射实验中，若衍射光栅单位长度上的刻痕数越多, 则在入射光波长一定的情况下, 光栅的[ ] (A) 光栅常数越小 (B) 衍射图样中亮纹亮度越小 (C) 衍射图样中亮纹间距越小 (D) 同级亮纹的衍射角越小66. 以平行可见光(400nm ～700nm)照射光栅, 光栅的第一级光谱与第二级光谱将会出现什么现象?[ ] (A) 在光栅常数取一定值时, 第一级与第二级光谱会重叠起来(B) 不论光栅常数如何, 第一级与第二级光谱都会重合 (C) 不论光栅常数如何, 第一级与第二级光谱都不会重合(D) 对于不同光栅常数的光栅, 第一级与第二级光谱的重叠范围相同67. 用单色光照射光栅，屏幕上能出现的衍射条纹最高级次是有限的．为了得到更高衍射级次的条纹，应采用的方法是： [ ] (A) 改用波长更长的单色光 (B) 将单色光斜入射(C) 将单色光垂直入射 (D) 将实验从光密媒质改为光疏媒质68. 已知一衍射光栅上每一透光狭缝的宽度都为a , 缝间不透明的那一部分宽度为b ；若b = 2a , 当单色光垂直照射该光栅时, 光栅明纹的情况如何（设明纹级数为k ）? [ ] (A) 满足k = 2 n 的明条纹消失( n =1、2、...)(B) 满足k = 3 n 的明条纹消失( n =1、2、...) (C) 满足k = 4 n 的明条纹消失( n =1、2、...) (D) 没有明条纹消失69. 用波长为λ的光垂直入射在一光栅上, 发现在衍射角为ϕ 处出现缺级, 则此光栅上缝宽的最小值为[ ] (A) ϕλsin 2 (B) ϕλsin (C) ϕλsin 2 (D) λϕsin 270. 一束平行光垂直入射在一衍射光栅上, 当光栅常数)(b a +为下列哪种情况时(a 为每条缝的宽度, b 为不透光部分宽度) , k = 3、6、9⋯等级次的主极大均不出现．[ ] (A) a b a 2=+(B) a b a 3=+ (C) a b a 4=+(D) a b a 6=+71. 在双缝衍射实验中，若保持双缝S 1和S 2的中心之间的距离d 不变，而把两条缝的宽度a 略为加宽，则[ ] (A) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目变少(B) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目变多(C) 单缝衍射的中央主极大变宽，其中所包含的干涉条纹数目不变(D) 单缝衍射的中央主极大变窄，其中所包含的干涉条纹数目变少72. 一束光垂直入射到一偏振片上, 当偏振片以入射光方向为轴转动时, 发现透射光的光强有变化, 但无全暗情形, 由此可知, 其入射光是[ ] (A) 自然光 (B) 部分偏振光(C) 全偏振光 (D) 不能确定其偏振状态的光 73. 把两块偏振片紧叠在一起放置在一盏灯前, 并使其出射光强变为零．当把其中一块偏振片旋转 180°时, 出射光强的变化情况是[ ] (A) 光强由零逐渐变为最大(B) 光强由零逐渐增为最大, 然后由最大逐渐变为零(C) 光强始终为零(D) 光强始终为最大值74. 自然光通过两个主截面正交的尼科尔棱镜后, 透射光的强度为[ ] (A) I = 0 (B) 与入射光的强度相同(C) I ≠ 0 (D) 与入射光强度不相同75. 在双缝干涉实验中, 用单色光自然光在屏上形成干涉条纹．若在两缝后面放一块偏振片, 则[ ] (A) 干涉条纹间距不变, 但明条纹亮度加强(B) 干涉条纹间距不变, 但明条纹亮度减弱(C) 干涉条纹间距变窄, 且明条纹亮度减弱(D) 无干涉条纹76. 在双缝干涉实验中, 用单色光自然光在屏上形成干涉条纹．若在两缝后面分别放置一块偏振片, 且两偏振片的偏振化方向相互垂直，则T12-1-72图[ ] (A) 干涉条纹间距不变, 但明条纹亮度加强(B) 干涉条纹间距不变, 但明条纹亮度减弱(C) 干涉条纹间距变窄, 且明条纹亮度减弱(D) 无干涉条纹77. 有两种不同的媒质, 第一媒质的折射率为n 1 , 第二媒质的折射率为n 2 ; 当一束自然光从第一媒质入射到第二媒质时, 起偏振角为i 0 ; 当自然光从第二媒质入射到第一媒质时, 起偏振角为i ．如果i 0＞i , 则光密媒质是[ ] (A) 第一媒质 (B) 第二媒质(C) 不能确定 (D) 两种媒质的折射率相同78. 设一纸面为入射面．当自然光在各向同性媒质的界面上发生反射和折射时, 若入射角不等于布儒斯特角, 反射光光矢量的振动情况是[ ] (A) 平行于纸面的振动少于垂直于纸面的振动(B) 平行于纸面的振动多于垂直于纸面的振动(C) 只有垂直于纸面的振动(D) 只有平行于纸面的振动79. 自然光以 60 的入射角照射到不知其折射率的某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则[ ] (A) 折射光为线偏振光，折射角为(B) 折射光为部分线偏振光，折射角为(C) 折射光为线偏振光，折射角不能确定(D) 折射光为部分线偏振光，折射角不能确定80. 自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，则反射光是[ ] (A) 在入射面内振动的完全线偏振光(B) 平行于入射面的振动占优势的部分偏振光(C) 垂直于入射面的振动的完全偏振光(D) 垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光81. 一束自然光由空气射向一块玻璃，[ ] (A) 自然光 (B) 完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 (C) 完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 (D) 部分偏振光 82. 强度为I 0的自然光经两个平行放置的偏振片后, 透射光的强度变为I 0／4, 由此可知, 这两块偏振片的偏振化方向夹角是[ ] (A) 30° (B) 45°(C) 60° (D) 90° 0I T12-1-82图 4/0I83. 起偏器A 与检偏器B 的偏振化方向相互垂直，偏振片C 位于A 、B 中间且与A 、B 平行，其偏振化方向与A 的偏振化方向成30°夹角. 当强度为I 的自然光垂直射向A 片时，最后的出射光强为[ ] (A) 0 (B) I ／2(C) I ／8 (D) 以上答案都不对84. 一束光强为I 0的自然光相继通过三块偏振片P 1、P 2、P 3后，其出射光的强度为I = I 0／8．已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直．若以入射光线为轴转动P 2, 问至少要转过多少角度才能出射光的光强度为零?[ ] (A) 30° (B) 45° (C) 60° (D) 90°85. 光强为I 0的自然光垂直通过两个偏振片，他们的偏振化方向之间的夹角 60=α．设偏振片没有吸收，则出射光强I 与入射光强0I 之比为[ ] (A) 1/4 (B) 3/4 (C) 1/8 (D) 3/886. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过．当其中一偏振片慢慢转动时, 投射光强度发生的变化为：[ ] (A) 光强单调增加(B) 光强先增加，后又减小至零(C) 光强先增加，后减小，再增加(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零 87. 如T12-1-87图所示，ABCD 一块方解石的一个截面，AB 垂直于纸面的晶体平面与纸面的交线．光轴的方向在纸面内与AB 成一锐角θ．一束平行的单色自然光垂直于AB 端面入射．在方解石内折射光分为O 光和e 光，O 光和e 光的 [ ] (A) 传播方向相同，电场强度的振动方向相互垂直 (B) 传播方向相同，电场强度的振动方向不相互垂直(C) 传播方向不同，电场强度的振动方向相互垂直(D) 传播方向不同，电场强度的振动方向不相互垂直88. 一束自然光通过一偏振片后，射到一块方解石晶体上，入射角为i 0．关于折射光，下列的说法正确的是[ ] (A) 是是e 光，偏振化方向垂直于入射面(B) 是e 光，偏振化方向平行于入射面(C) 是O 光，偏振化方向平行于入射面(D) 是O 光，偏振化方向垂直于入射面 89. 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I T12-1-83图A B C I T12-1-84图1P 3P 2P T12-1-87图 DT12-1-88图[ ] (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90. 在扬氏双缝实验中，屏幕中央明纹处的最大光强是I 1．当其中一条缝被盖住时，该位置处的光强变为I 2．则I 1 : I 2为[ ] (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4二、填空题1. 如T12-2-1图所示，折射率为2n 、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1n 和3n ，已知321n n n ><，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下表面反射的光束（用①与②示意）的光程差是 ．2. 真空中波长 λ = 400 nm 的紫光在折射率为 n =1.5 的媒质中从A 点传到B 点时, 光振动的相位改变了5π, 该光从A 到B 所走的光程为 ．3. 如T12-2-3图所示，两缝S 1和S 2之间的距离为d ，介质的折射率为n ＝1，平行单色光斜入射到双缝上，入射角为θ，则屏幕上P 处，两相干光的光程差为 ________________．4. 如T12-2-4图所示，在双缝干涉实验中SS 1=SS 2用波长为λ的光照射双缝S 1和S 2，通过空气后在屏幕E 上形成干涉条纹．已知P 点处为第三级明条纹，则S 1和S 2到P 点的光程差为 _________．若将整个装置放于某种透明液体中，P 点为第四级明条纹，则该液体的折射率n＝ ____________． 5. 两条狭缝相距2mm, 离屏300cm, 用600nm 的光照射时, 干涉条纹的相邻明纹间距为___________mm?6. 将一块很薄的云母片(n = 1.58)覆盖在扬氏双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的中央明纹中心被原来的第7级明纹中心占据．如果入射光的波长λ = 550nm, 则该云母片的厚度为___________．T12-2-3图T12-2-4图。
工程光学课后答案(12 13 15章)1
1λ十二 十三 十五第十二章 习题及答案１。
双缝间距为１mm ，离观察屏１m ，用钠灯做光源，它发出两种波长的单色光 =589.0nm 和2λ=589.6nm ，问两种单色光的第10级这条纹之间的间距是多少？解：由杨氏双缝干涉公式，亮条纹时：d Dm λα=（m=0, ±1, ±2···）m=10时，nmx 89.511000105891061=⨯⨯⨯=-，nmx 896.511000106.5891062=⨯⨯⨯=- m x x x μ612=-=∆２。
在杨氏实验中，两小孔距离为1mm ，观察屏离小孔的距离为50cm ，当用一片折射率 1.58的透明薄片帖住其中一个小孔时发现屏上的条纹系统移动了0.5cm ，试决定试件厚度。
21r r l n =+∆⋅22212⎪⎭⎫⎝⎛∆-+=x d D r 22222⎪⎭⎫⎝⎛∆++=x d D r x d x d x d r r r r ∆⋅=⎪⎭⎫⎝⎛∆--⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=+-222))((221212mm r r d x r r 2211210500512-=⨯≈+⋅∆=-∴ ,mm l mm l 2210724.110)158.1(--⨯=∆∴=∆- 3.一个长30mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系。
继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了２５个条纹，已知照明光波波长λ=656.28nm,空气折射率为000276.10=n 。
试求注入气室内气体的折射率。
0008229.10005469.0000276.1301028.6562525)(600=+=⨯⨯=-=-∆-n n n n n l λ４。
垂直入射的平面波通过折射率为n 的玻璃板，透射光经透镜会聚到焦点上。
玻璃板的厚度沿着C 点且垂直于图面的直线发生光波波长量级的突变d,问d 为多少时焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。
大学物理下_第12章_辐射度学和光度学基础
d内的光通量
dv
Ivd
IvdS cos
r2
de
n
dS dS
dS面上的光照度
Ev
dv dS
Iv cos
r2
它描述了点辐射源产生的照度的规律，是 来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。
24
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即
K
v e
单位：流明/瓦特（lm/W）
通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率 5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其数值为 Km=683lm/W。
单色光视效率是K用Km归一化的结果，定义为
V
K Km
1 Km
v e
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
解：（3）激光在屏幕上照射的面积
S r 2 102 3.14 106 3.14 104 m2
程守洙《普通物理学》(第5版)辅导系列-课后习题-第12章 光 学【圣才出品】
第12章 光 学12-1 一半径为R 的反射球内，P 1、P 2为球内相对于球心C 对称的两点，与球心间的距离为b ，设光线自P 1发出经球面上O 点反射后经过P 2点。
试利用费马原理计算θ为何值时P 1O ＋OP 2的光程为极小?（θ为半径OC 与CP2之间的夹角。
）解：由图12-1中几何关系得，的光程为：图12-1又根据费马原理，极小时光程应满足：即＝0解得：cosθ＝0或sinθ＝0，即θ为，或0，。
2π32ππ12-2 一个人身高1.8 m ，如果此人能够从铅直平面镜中看到自己的全身，这个平面镜应有多高?如何放置?试作图表示之，假设他的眼睛位于头顶下方10 cm 处。
解：设人身高h ＝1.8 m ，眼睛位于头顶下方处，平面镜高为L ，距地面距离10x cm =为，如图12-2所示，则有：l。
又因为所以，平面镜高为：L＝1.75－0.85＝0.9 m。
图12-212-3 设光导纤维内层材料的折射率n1，外层材料的折射率n2（n1＞n2），光纤外介质的折射率为n0。
若使光线能在光纤中传播，其最大的入射角为多大?图12-3解：如图12-4所示，设光线在纤维端面的最大入射角为，折射角为，在内、θθ'm外层材料界面发生全反射时的临界角为，根据折射定律，有：。
ic图12-4根据全反射条件，有且则有：所以其最大入射角为：。
12-4 眼睛E和物体PQ之间有一折射率为1.50的玻璃平板，如图12-5所示，平板的厚度d为30cm，求物体PQ的像与物体之间的距离为多少（平板周围为空气）?图12-5解：如图12-6所示，设PQ是一垂直于玻璃表面法线放置的小物体，以玻璃的法线为主轴，玻璃前、后表面与主轴的交点分别为O1、O2。
设物体对玻璃前表面的物距为p1，像距为p1’，由于玻璃表面是平面，因此r＝∞。
根据物像公式，有，解得，负号表示玻璃前表面所成的像P1Q1在物体的同一侧。
图12-6对于玻璃的后表面，P1Q1为物，其物距为：设像距为p 2’，由，可得像距：与像P 1Q 1类似，像P 2Q 2仍在物体的同一侧，则像P 2Q 2与物体的间距为：。
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Ex = E y
自然光的表示法: 自然光的表示法:
I = Ix + Iy
2. 极小 光强极小
k′ (a + b) sin θ = λ N k ′ = 0, 2 ,N 1), + 1), + 2), 1,, ( (N (N
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3.次极大 次极大 主极大之间的亮纹
光强曲线
I I0 N=4
sinθ
-2(λ/d) λ -(λ/d) λ 0 -(λ/4d) λ/4d λ λ/d 2λ/d λ
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四,缺级
I0单 I单 单
-2
-1
0 I N2I0单 单
1
2 sinθ (λ /a)
光栅衍射 光强曲线
N=4 单缝衍射 d = 4a 轮廓线 8 sinθ (λ /d )
-8
-4
0
4
此图为N = 4,
的光强分布曲线,这里主极大缺± 的光强分布曲线,这里主极大缺±4,±8…级. 级
λ紫 = 400nm = 4 × 10 m
7
λ红 = 760nm = 7.6 × 10 m
7
根据光栅方程
(a + b) sin θ = kλ
对第k级光谱, 对第k级光谱,角位置从 θk紫 到 θk红 ,要产生 完整的光谱, 的第(k+1) (k+1)级纹在 的第k 完整的光谱,即要求 λ紫 的第(k+1)级纹在 λ红的第k级 条纹之后, 条纹之后,亦即 θ k 紫 < θ k 红
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例题12-18 设计一光栅,要求: 设计一光栅,要求: 例题 (1)能分辨钠光谱的 5.890× 5.896× (1)能分辨钠光谱的 5.890×10-7m和5.896×10-7m的第二 级谱线; 级谱线; (2)第二级谱线衍射角 (2)第二级谱线衍射角 θ ≤ 30 ; (3)第三级谱线缺级 (3)第三级谱线缺级 λ = kN 解:(1) 按光栅的分辨本领 R = λ λ 5.893 × 107 = = 491 条 得 N= 7 k λ 2 × 0.006 × 10 即必须有 N ≥ 491 条 (2) 根据
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
y
Ey E
α
Ex
E x = E cosα
x
E y = E sin α
线偏振光的表示法: 线偏振光的表示法:
光振动垂直板面
光振动平行板面
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二,自然光
E没有优势方向
自然光的分解
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直 等幅的,不相干的线偏振光. 的,等幅的,不相干的线偏振光.
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解: (1)根据光栅方程 ( a + b ) sin θ = k λ 得 a+b k= sin θ λ 按题意知, 按题意知,光栅常数为
1 a+b = mm = 2 × 106 m 500
的可能最大值相应于 可见 k的可能最大值相应于 代入数值得
sin θ = 1
2 × 106 = 3.4 k= 9 589.3 × 10
λ R= λ
波长为λ λ的第 级主极大的角位置为: 波长为λ+λ的第k级主极大的角位置为:
(a + b) sin θ = k(λ + λ)
波长为λ 的第kN+1级极小的角位置为: kN+1级极小的角位置为 波长为λ 的第kN+1级极小的角位置为:
N(a + b)sinθ′ = (kN +1)λ λ R= = kN λ
得
同样,k的可能最大值相应于 sin θ = ±1 同样, 的可能最大值相应于 k1, 在O点上方观察到的最大级次为 k1,取 θ = 90
k1 =
(a + b)(sin 90 sin 30 )
λ
2 ×10 (1 0.5) = = 1.70 9 589.3 ×10
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6
取k=1
§1210光栅衍射 1210光栅衍射
光栅衍射
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一,光栅衍射
基本概念 光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面) 光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面) 构成的光学元件. 构成的光学元件. 种类: 种类: 光栅常量 a是透光(或反光)部分的宽度 是透光(或反光) 是透光 b是不透光(或不反光)部分的宽度 是不透光( 是不透光 或不反光)
光栅衍射的谱线特点: 衍射的谱线特点: 主级大明纹的位置与缝数N无关 无关, ( 1 ) 主级大明纹的位置与缝数 无关 , 它们对称 地分布在中央明纹的两侧,中央明纹光强最大; 地分布在中央明纹的两侧,中央明纹光强最大; ( 2 ) 在相 邻 的 两 个 主 级 大 之 间 , 有 N1 个 极 小 (暗纹)和N2=2个光强很小的次极大,当N 很大 暗纹) 个光强很小的次极大, 个光强很小的次极大 实际上在相邻的主极大之间形成一片暗区, 时,实际上在相邻的主极大之间形成一片暗区,即 能获得又细又亮暗区很宽的光栅衍射条纹. 能获得又细又亮暗区很宽的光栅衍射条纹.
d = 50 λ
双缝干涉中干涉条纹的强度受单缝衍射的影响小
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§12-12 光的偏振状态 12一,线偏振光(平面偏振光) 线偏振光(平面偏振光)
传播 方向
E
振
动
面
面对光的传播方向看
光矢量始终在一个方向振动 偏振:光振动方向在振动面内不对称 偏振 光振动方向在振动面内不对称
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所以
3 dθ3 = (589.3 589.0) ×109 rad 6 2 ×10 × cos62 7′ = 1.93 × 109 rad
钠双线分开的线距离
dθ3 = f dθ3 = 2 × 1.93 × 10 m = 3.86 mm
3
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*六,光栅的分辨本领
光栅的分辨本领是指把波长靠得 很近的两条谱线分辨的清楚的本领. 很近的两条谱线分辨的清楚的本领.
干涉明纹缺级级次
a+b k= k′ a
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光栅衍射光强分布与缺级
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五,光栅光谱
复色光照射光栅时, 复色光照射光栅时,谱线按波长向外侧依次分开 排列,形成光栅光谱. 排列,形成光栅光谱.
θ
光栅分光镜
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例题17-16 利用一个每厘米刻有 利用一个每厘米刻有4000条缝的光栅,在 条缝的光栅, 例题 条缝的光栅 白光垂直照射下,可以产生多少完整的光谱? 白光垂直照射下,可以产生多少完整的光谱?问哪一 级光谱中的哪个波长的光开始与它谱线重叠? 级光谱中的哪个波长的光开始与它谱线重叠? 解 :设
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d = 4 a
的单缝衍射和光栅衍射
干涉明纹位置: 干涉明纹位置: (a + b) sin θ = ± k λ,k = 0,1, 2, 衍射暗纹位置: 衍射暗纹位置: a sin θ = ± k ′ λ,k ′ = 1, 2,3,
a+b k= k′ a
k ′ = ±1, 2, 3, ± ±
k只能取整数 ,故取 只能取整数 故取k=3,即垂直入射时能看到第 , 三级条纹. 三级条纹.
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(2)如平行光以 θ ′ 角入射时,光程差的计算公式 角入射时, 应做适当的调整,如图所示.在衍射角的方向上, 应做适当的调整,如图所示.在衍射角的方向上, 光程差为
P A B θ′ C D B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
= 1.57 × 10 mm
均被确定. 这样光栅的 N , a ,b 均被确定.
3
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七,干涉和衍射的区别和联系
单缝衍射 双缝衍射中的干涉条纹
-8 -4 I
a=14 λ d = 56λ λ
0 4 8 θ/ ()
双缝衍射中干涉条纹的强度为单缝衍射图样所影响 a= λ
-8 -4 0 4 8 θ/()
而在O点下方观察到的最大级次为 而在 点下方观察到的最大级次为 k2,取 θ = 90 得
k2 =
(a + b)(sin(90 ) sin 30 )
(a + b)(1 0.5) = = 5.09 9 589.3 × 10
λ
取k=-5
所以斜入射时, 条明纹. 所以斜入射时,总共有 k1 + k2 + 1 = 7 条明纹. (3)对光栅公式两边取微分
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7
设第二级光谱中波长为λ′′ 的光与第三级中紫光开始 重叠, 重叠,这样
(k + 1)λ ′′ = kλ紫
k = 2 ,代入得
3 ′′ = λ紫 = 6 × 107 m = 600nm λ 2
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例题12-17 用每毫米刻有 用每毫米刻有500条栅纹的光栅,观察钠光 条栅纹的光栅, 例题 条栅纹的光栅 谱线( ),问 谱线( λ = 589.3 nm),问 ), (1)平行光线垂直入射时; )平行光线垂直入射时; (2)平行光线以入射角 °入射时,最多能看见第 )平行光线以入射角30°入射时, 总共有多少条条纹? 几级条纹?总共有多少条条纹? (3)由于钠光谱线实际上是λ1 = 589.0nm 及λ = 589.6nm ) 两条谱线的平均波长, 两条谱线的平均波长,求在正入射时最高级条纹此 双线分开的角距离及在屏上分开的线距离. 双线分开的角距离及在屏上分开的线距离.设光栅 后透镜的焦距为2m 后透镜的焦距为 .
透射光栅 反射光栅
d
d
d=a+b
光栅常量
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