光的衍射参考答案

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光的衍射习题答案

光的衍射习题答案

思 考 题1 为什么隔着山可以听到中波段的电台广播,而电视广播却很容易被高大建筑物挡住 答:只有当障碍物的大小比波长大得不多时,衍射现象才显着。

对一座山来说,电视广播的波长很短,衍射很小;而中波段的电台广播波长较长,衍射现象比较显着。

2 用眼睛通过一单狭缝直接观察远处与缝平行的光源,看到的衍射图样是菲涅耳衍射图样还是夫琅和费衍射图样为什么答:远处光源发出的光可认为是平行光,视网膜在眼睛(相当于凸透镜)的焦平面上,所以观察到的是平行光的衍射。

由此可知,这时人眼看到的是夫琅和费衍射图样。

3 在单缝衍射图样中,离中央明纹越远的明纹亮度越小,试用半波带法说明。

答:在单缝衍射图样中,未相消的一个半波带决定着明纹的亮度。

离中央明纹越远处,衍射角越大,单缝处波阵面分的半波带越多,未相消的一个半波带的面积越小,故离中央明纹越远的明纹亮度越小。

4 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( )(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。

答:衍射光强是所有子波相干叠加的结果。

选(D)。

5波长为?的单色平行光垂直入射到一狭缝上,若第一级暗纹的位置对应的衍射角为30o,则缝宽的大小( )(A) a =?。

(B) a =?。

(C)a =2?。

(D)a =3?。

答:[ C ]6波长为?的单色光垂直入射到单缝上,若第一级明纹对应的衍射角为30?,则缝宽a 等于( )(A) a =? 。

(B) a =2?。

(C) a =23?。

(D) a =3?。

答:[ D ]7在单缝夫琅和费衍射实验中波长为?的单色光垂直入射到单缝上,对应于衍射角为30?的方向上,若单缝处波面可分成3个半波带,则缝宽度a 等于( )(A) ? 。

(B) ?。

(C) 2?。

(D) 3?。

答:[ D ]8在单缝夫琅和费衍射实验中,波长为?的单色光垂直入射到宽度a=4?的单缝上,对应于衍射角为30?的方向,单缝处波面可分成的半波带数目为( ) (A)2个。

光的衍射习题答案

光的衍射习题答案

思 考 题1 为什么隔着山可以听到中波段的电台广播,而电视广播却很容易被高大建筑物挡住 答:只有当障碍物的大小比波长大得不多时,衍射现象才显着。

对一座山来说,电视广播的波长很短,衍射很小;而中波段的电台广播波长较长,衍射现象比较显着。

2 用眼睛通过一单狭缝直接观察远处与缝平行的光源,看到的衍射图样是菲涅耳衍射图样还是夫琅和费衍射图样为什么答:远处光源发出的光可认为是平行光,视网膜在眼睛(相当于凸透镜)的焦平面上,所以观察到的是平行光的衍射。

由此可知,这时人眼看到的是夫琅和费衍射图样。

3 在单缝衍射图样中,离中央明纹越远的明纹亮度越小,试用半波带法说明。

答:在单缝衍射图样中,未相消的一个半波带决定着明纹的亮度。

离中央明纹越远处,衍射角越大,单缝处波阵面分的半波带越多,未相消的一个半波带的面积越小,故离中央明纹越远的明纹亮度越小。

4 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( )(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。

答:衍射光强是所有子波相干叠加的结果。

选(D)。

5波长为的单色平行光垂直入射到一狭缝上,若第一级暗纹的位置对应的衍射角为30o ,则缝宽的大小( )(A) a =。

(B) a =。

(C)a =2。

(D)a =3。

答:[ C ]6波长为的单色光垂直入射到单缝上,若第一级明纹对应的衍射角为30,则缝宽a 等于( )(A) a = 。

(B) a =2。

(C) a =23。

(D) a =3。

答:[ D ]7在单缝夫琅和费衍射实验中波长为的单色光垂直入射到单缝上,对应于衍射角为30的方向上,若单缝处波面可分成3个半波带,则缝宽度a 等于( )(A) 。

(B) 。

(C) 2。

(D) 3。

答:[ D ]8在单缝夫琅和费衍射实验中,波长为的单色光垂直入射到宽度a=4的单缝上,对应于衍射角为30的方向,单缝处波面可分成的半波带数目为( ) (A)2个。

光的衍射参考答案

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光的衍射参考解答(机械)一 选择题1.在如图所示的夫琅和费衍射装置中,将单缝宽度a 稍稍变窄,同时使会聚透镜L 沿y 轴正方向作微小位移,则屏幕C 上的中央衍射条纹将(A )变宽,同时向上移动 (B )变宽,不移动 (C )变窄,同时向上移动 (D )变窄,不移动[ A ][参考解]一级暗纹衍射条件:λϕ=1s i n a ,所以中央明纹宽度af f f x λϕϕ2s i n 2t a n211=≈=∆中。

衍射角0=ϕ的水平平行光线必汇聚于透镜主光轴上,故中央明纹向上移动。

2.在单缝的夫琅和费衍射实验中,若将单缝沿透镜主光轴方向向透镜平移,则屏幕上的衍射条纹(A )间距变大 (B )间距变小(C )不发生变化 (D )间距不变,但明纹的位置交替变化[ C ][参考解]单缝沿透镜主光轴方向或沿垂直透镜主光轴的方向移动并不会改变入射到透镜的平行光线的衍射角,不会引起衍射条纹的变化。

3.波长λ=5500Å的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10-4cm 的平面衍射光栅上,可能观察到的光谱线的最大级次为(A )2 (B )3 (C )4 (D )5[ B ][参考解]由光栅方程λϕk d ±=s i n及衍射角2πϕ<可知,观察屏可能察到的光谱线的最大级次64.3105500102106=⨯⨯=<--λdk m ,所以3=m k 。

4.在双缝衍射实验中,若保持双缝S 1和S 2的中心之间距离不变,把两条缝的宽度a 略微加宽,则 (A )单缝衍射的中央主极大变宽,其中包含的干涉条纹的数目变少; (B )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目不变; (C )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目变多; (D )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目变少。

[ D][参考解]参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄,而光栅常数不变,则由光栅方程可知干涉条纹间距不变,故其中包含的干涉条纹的数目变少。

工程光学习题参考答案第十二章-光的衍射

工程光学习题参考答案第十二章-光的衍射

第十二章 光的衍射1. 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上,以焦距为50cm 的会聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察,求(1)衍射图样中央亮纹的半宽度;(2)第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离;(3)第一亮纹和第二亮纹的强度。

解:(1)零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0aλθ∆=∴亮纹半宽度290035010500100.010.02510r f f m a λθ---⨯⨯⨯=⋅∆===⨯ (2)第一亮纹,有1sin 4.493a παθλ=⋅= 同理224.6r mm =(3)衍射光强20sin I I αα⎛⎫= ⎪⎝⎭,其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹,tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0II0 0 11 4.493 0.047182 7.725 0.01694 . . . . . . . . .2. 平行光斜入射到单缝上,证明:(1)单缝夫琅和费衍射强度公式为20sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ⎧⎫-⎪⎪=⎨⎬⎪⎪-⎩⎭式中,0I 是中央亮纹中心强度;a 是缝宽;θ是衍射角,i 是入射角(见图12-50) (2)中央亮纹的角半宽度为λθ∆=图12-50 习题3图解:设直径为a ,则有f d aλ=4.利用第三节的结果导出外径和内径分别为a 和b 的圆环(见图12-51)的夫琅和费衍射强度公式,并求出当2ab =时,(1)圆环衍射与半径为a 的圆孔衍射图样的中心强度之比;(2)圆环衍射图样第一个暗环的角半径。

∴P 当(12449416a ca ⎫-=⎪⎭ ∴()()09016aI I = (2)第一暗纹有()()22110a J ka b J kb ka kb θθθθ-= 查表可有 3.144ka θ=4. (1)一束直径为2mm 的氦氖激光(632.8nm λ=)自地面射向月球,已知地面和月球相距33.7610km ⨯,问在月球上得到的光斑有多大?(2)如果用望远镜用作为扩束器将该扩展成直径为4m 的光束,该用多大倍数的望远镜?将扩束后的光束再射向月球,在月球上的光斑为多大? 解:(1)圆孔衍射角半宽度为0.61aλθ=∴传到月球上时光斑直径为(2)若用望远镜扩束,则放大倍数为2000倍。

第07章 光的衍射习题答案

第07章  光的衍射习题答案

习题7.1 已知单缝宽度0.6b mm =,使用的凸透镜焦距400f mm '=,在透镜的焦平面上用一块观察屏观察衍射图样.用一束单色平行光垂直照射单缝,测得屏上第4级明纹到中央明纹中心的距离为1.4mm .求:⑴该入射光的波长;⑵对应此明纹的半波带数?解:(1) 单缝衍射的明纹: ()s i n 212b k λθ=+单缝衍射图样的第4级明纹对应的衍射角为: ()()449sin 21241222k bbbλλλθθ≈=+=⨯+=单缝衍射图样的第4级明纹中心的位置为 4449tan 2y f f f bλθθ'''=≈=⨯ ⇒ 429by f λ='20.6 1.49400⨯⨯=⨯84.6710mm -=⨯467nm = (2)对于第4级明纹对应衍射角方向,缝两边光线的光程差为 499sin 22b b b λλθ∆==⨯=对应的半波带数 92922N λλλ∆===7.2 在单缝实验中,已知照射光波长632.8nm λ=,缝宽0.10b mm =,透镜的焦距50f cm '=.求:⑴中央明纹的宽度;⑵两旁各级明纹的宽度;⑶中央明纹中心到第3级暗纹中心的距离?解:(1)所以中央亮纹角宽度为02/b θλ∆=,宽度则为 6002632.810'500 6.3280.1l f mm θ-⨯⨯=∆=⨯= (2)各级亮纹 6632.810'5003.1640.1k l f m m b λ-⨯==⨯= (3)中央明纹中心到第三暗纹中心的距离为 33'9.492y f m m bλ== 7.3 一束单色平行光垂直照射在一单缝上,若其第3级明条纹位置正好与2600nm λ=的单色平行光的第2级明条纹的位置重合.求前一种单色光的波长?解:单缝衍射明纹估算式:()sin 21(1,2,3,)b k k θ=±+=⋅⋅⋅根据题意,第二级和第三级明纹分别为22sin 2212b λθ=⨯+()33sin 2312b λθ=⨯+()且在同一位置处,则 23sin sin θθ= 解得: 325560042577nm λλ==⨯=7.4 用590nm λ=的钠黄光垂直入射到每毫米有500条刻痕的光栅上,问最多能看到第几级明条纹?解:根据光栅方程sin ,d k θλ=当90θ=︒时可以得到最多明条纹,所以60.002590103j j -=⨯⨯⇒=所以可见7条明条纹。

光的衍射习题附答案

光的衍射习题附答案

光的衍射(附答案)一.填空题1.波长λ = 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3 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(λ1 ≈589 nm)中央明纹宽度为4.0 mm,则λ2 ≈ 442 nm(1 nm = 10−9 m)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 = 400mm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5×10−4mm).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±4, ±8, …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λ的单色平行红光垂直照射在光栅常数d = 2 μm(1 μm = 10−6 m)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 = 0.1667 m,则可知该入射的红光波长λ=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2.24×10−5rad.这时在透镜焦平面上两个衍射图样中心间的距离不小于4.47μm.8.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λ1 = 440 nm的第3级光谱线将与波长为λ2 =660 nm的第2级光谱线重叠(1 nm = 10−9 m).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.二.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λ1和λ2,垂直入射于单缝上.假如λ1的第一级衍射极小与λ2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 sinθ1= 1 λ1 a sinθ2= 2 λ2由题意可知θ1= θ2, sinθ1= sinθ2代入上式可得λ1 = 2 λ2(2) a sinθ1=k1λ1=2k1λ2(k1=1, 2, …)sinθ1=2k1λ2/ aa sinθ2=k2λ2(k2=1, 2, …)sinθ2=2k2λ2/ a若k2= 2 k1,则θ1= θ2,即λ1的任一k1级极小都有λ2的2k1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λ= 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Δx.解:单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x1为a sinθ1= λx1 = f tanθ1≈f sinθ1≈f λ/ a (∵θ1很小)单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标x2为a sinθ2 = 2 λx2 = f tanθ2≈f sinθ2≈ 2 f λ/ a (∵θ2很小)单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度Δx1 = x2− x1≈f (2 λ/ a −λ/ a)= f λ/ a=1.00×5.00×10−7/(1.00×10−4) 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,λ1 = 400 nm,λ2 = 760nm(1 nm = 10−9 m).已知单缝宽度a = 1.0×10−2 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= 1.0×10-3cm的光栅替换单缝,其它条件和上一问相同,求两种光第一级主极大之间的距离.解:(1) 由单缝衍射明纹公式可知a sinφ1= 12(2 k + 1)λ1 =12λ1(取k = 1)a sinφ2= 12(2 k + 1)λ2=32λ2tanφ1= x1/ f,tanφ2= x1/ f由于sinφ1≈ tanφ1,sinφ2≈ tanφ2所以x1= 32f λ1 /ax2= 32f λ2 /a则两个第一级明纹之间距为Δx1= x2− x1= 32fΔλ/a = 0.27 cm(2) 由光栅衍射主极大的公式d sinφ1= k λ1 = 1λ1d sinφ2= k λ2 = 1λ2且有sinφ = tanφ = x / f所以Δx1= x2− x1 = fΔλ/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λ = 480 nm(1 nm = 10−9 m)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 sinθ=kλ第k级亮条纹位置:x1= f tanθ1≈f sinθ1≈k f λ/ d相邻两亮纹的间距:Δx= x k +1− x k = (k + 1) fλ/ d −k λ/ d= f λ/ d = 2.4×10−3 m = 2.4 mm(2) 单缝衍射第一暗纹:a sinθ1= λ单缝衍射中央亮纹半宽度:Δx= f tanθ1≈ f sinθ1≈ k f λ / d = 12 mmΔx/ Δx = 5∴双缝干涉第±5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±5 级主极大,同样可得出结论。

第14章 光的衍射习题答案

第14章 光的衍射习题答案

思 考 题1 为什么隔着山可以听到中波段的电台广播,而电视广播却很容易被高大建筑物挡住 答:只有当障碍物的大小比波长大得不多时,衍射现象才显著。

对一座山来说,电视广播的波长很短,衍射很小;而中波段的电台广播波长较长,衍射现象比较显著。

2 用眼睛通过一单狭缝直接观察远处与缝平行的光源,看到的衍射图样是菲涅耳衍射图样还是夫琅和费衍射图样为什么答:远处光源发出的光可认为是平行光,视网膜在眼睛(相当于凸透镜)的焦平面上,所以观察到的是平行光的衍射。

由此可知,这时人眼看到的是夫琅和费衍射图样。

3 在单缝衍射图样中,离中央明纹越远的明纹亮度越小,试用半波带法说明。

答:在单缝衍射图样中,未相消的一个半波带决定着明纹的亮度。

离中央明纹越远处,衍射角越大,单缝处波阵面分的半波带越多,未相消的一个半波带的面积越小,故离中央明纹越远的明纹亮度越小。

4 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( )(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。

答:衍射光强是所有子波相干叠加的结果。

选(D)。

5波长为的单色平行光垂直入射到一狭缝上,若第一级暗纹的位置对应的衍射角为30º,则缝宽的大小( )(A) a =。

(B) a =。

(C)a =2。

(D)a =3。

答:[ C ]6波长为的单色光垂直入射到单缝上,若第一级明纹对应的衍射角为30,则缝宽a 等于( )(A) a = 。

(B) a =2。

(C) a =23。

(D) a =3。

答:[ D ]7在单缝夫琅和费衍射实验中波长为的单色光垂直入射到单缝上,对应于衍射角为30的方向上,若单缝处波面可分成3个半波带,则缝宽度a 等于( )(A) 。

(B) 。

(C) 2。

(D) 3。

答:[ D ]8在单缝夫琅和费衍射实验中,波长为的单色光垂直入射到宽度a=4的单缝上,对应于衍射角为30的方向,单缝处波面可分成的半波带数目为( ) (A)2个。

《光的衍射》答案

《光的衍射》答案

第7章 光的衍射一、选择题1(D),2(B),3(D),4(B),5(D),6(B),7(D),8(B),9(D),10(B) 二、填空题(1). 1.2mm ,3.6mm (2). 2, 4 (3). N 2, N(4). 0,±1,±3,......... (5). 5 (6). 更窄更亮 (7). 0.025(8). 照射光波长,圆孔的直径 (9). 2.24×10-4 (10). 13.9 三、计算题1. 在某个单缝衍射实验中,光源发出的光含有两种波长1和2,垂直入射于单缝上.假如1的第一级衍射极小与2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,是否还有其他极小相重合?解:(1) 由单缝衍射暗纹公式得111sin λθ=a 222sin λθ=a 由题意可知 21θθ= , 21sin sin θθ= 代入上式可得 212λλ=(2) 211112sin λλθk k a == (k 1 = 1, 2, ……) a k /2sin 211λθ=222sin λθk a = (k 2 = 1, 2, ……) a k /sin 222λθ=若k 2 = 2k 1,则1=2,即1的任一k 1级极小都有2的2k 1级极小与之重合.2. 波长为600 nm (1 nm=10-9 m)的单色光垂直入射到宽度为a =0.10 mm 的单缝上,观察夫琅禾费衍射图样,透镜焦距f =1.0 m ,屏在透镜的焦平面处.求: (1) 中央衍射明条纹的宽度 x 0; (2) 第二级暗纹离透镜焦点的距离x 2解:(1) 对于第一级暗纹,有a sin 1≈因 1很小,故 tg 1≈sin1 = / a故中央明纹宽度 x 0 = 2f tg1=2f / a = 1.2 cm(2) 对于第二级暗纹, 有 a sin 2≈2 x 2 = f tg 2≈f sin 2 =2 f / a = 1.2 cm3. 如图所示,设波长为的平面波沿与单缝平面法线成角的方向入射,单缝AB 的宽度为a ,观察夫琅禾费衍射.试求出各极小值(即各暗条纹)的衍射角.解:1、2两光线的光程差,在如图情况下为ϕθδsin sin a a BD CA -=-=由单缝衍射极小值条件a (sin -sin ) = k k = 1,2,……得 = sin —1( k / a+sin ) k = 1,2,……(k 0)4. (1) 在单缝夫琅禾费衍射实验中,垂直入射的光有两种波长,1=400 nm ,=760 nm (1 nm=10-9 m).已知单缝宽度a =1.0×10-2 cm ,透镜焦距f =50 cm .求两种光第一级衍射明纹中心之间的距离.(2) 若用光栅常数d =1.0×10-3 cm 的光栅替换单缝,其他条件和上一问相同,求两种光第一级主极大之间的距离.解:(1) 由单缝衍射明纹公式可知()111231221sin λλϕ=+=k a (取k =1 ) ()222231221sin λλϕ=+=k af x /tg 11=ϕ , f x /tg 22=ϕ 由于 11tg sin ϕϕ≈ , 22tg sin ϕϕ≈所以 a f x /2311λ=,a f x /2322λ=则两个第一级明纹之间距为 a f x x x /2312λ∆=-=∆=0.27 cm (2) 由光栅衍射主极大的公式1111sin λλϕ==k d2221sin λλϕ==k d且有f x /tg sin =≈ϕϕ所以 d f x x x /12λ∆=-=∆=1.8 cm5.一衍射光栅,每厘米200条透光缝,每条透光缝宽为a=2×10-3 cm ,在光栅后放一焦距f=1ABθϕABθϕDCm 的凸透镜,现以=600 nm (1 nm =10-9 m)的单色平行光垂直照射光栅,求: (1) 透光缝a 的单缝衍射中央明条纹宽度为多少?(2) 在该宽度内,有几个光栅衍射主极大?解:(1) a sin = k tg = x / f 当 x << f 时,ϕϕϕ≈≈sin tg , a x / f = k , 取k = 1有x = f l / a = 0.03 m ∴中央明纹宽度为 x = 2x = 0.06 m (2) ( a + b ) sin λk '=='k ( a +b ) x / (f )= 2.5 取k = 2,共有k = 0,±1,±2 等5个主极大.6. 用一束具有两种波长的平行光垂直入射在光栅上,1=600 nm ,2=400 nm (1nm=10﹣9m),发现距中央明纹5 cm 处1光的第k 级主极大和2光的第(k +1)级主极大相重合,放置在光栅与屏之间的透镜的焦距f =50 cm ,试问: (1) 上述k =? (2) 光栅常数d =?解:(1) 由题意,1的k 级与2的(k +1)级谱线相重合所以d sin 1=k 1,d sin 1= (k+1) 2 , 或 k 1 = (k +1) 22212=-=λλλk(2) 因x / f 很小, tg 1≈sin 1≈x / f 2分∴ d = k 1 f / x=1.2 ×10-3 cm7. 氦放电管发出的光垂直照射到某光栅上,测得波长=0.668 m 的谱线的衍射角为=20°。

工程光学习题参考答案第十二章 光的衍射

工程光学习题参考答案第十二章 光的衍射

第十二章 光的衍射1. 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上,以焦距为50cm 的会聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察,求(1)衍射图样中央亮纹的半宽度;(2)第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离;(3)第一亮纹和第二亮纹的强度。

解:(1)零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0aλθ∆=∴亮纹半宽度290035010500100.010.02510r f f m a λθ---⨯⨯⨯=⋅∆===⨯ (2)第一亮纹,有1sin 4.493a παθλ=⋅= 9134.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--⨯⨯∴===⨯⨯ 21150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=⋅=⨯⨯==同理224.6r mm =(3)衍射光强20sin I I αα⎛⎫= ⎪⎝⎭,其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹,tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0II0 0 11 4.493 0.047182 7.725 0.01694 . . . . . . . . .2. 平行光斜入射到单缝上,证明:(1)单缝夫琅和费衍射强度公式为20sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ⎧⎫-⎪⎪=⎨⎬⎪⎪-⎩⎭式中,0I 是中央亮纹中心强度;a 是缝宽;θ是衍射角,i 是入射角(见图12-50) (2)中央亮纹的角半宽度为cos a iλθ∆=证明:(1))即可(2)令(sin sin ai πθπλ==± ∴对于中央亮斑 sin sin i aλθ-=3. 在不透明细丝的夫琅和费衍射图样中,测得暗条纹的间距为1.5mm ,所用透镜的焦距为30mm ,光波波长为632.8nm 。

光的衍射(解析版)

光的衍射(解析版)

第5节 光的衍射一、光的衍射和发生明显衍射的条件1.在用水波槽做衍射实验时,若打击水面的振子振动频率是5Hz ,水波在水槽中的传播速度为0.05m/s ,为观察到明显的衍射现象,小孔的直径d 应为( )A .10cmB .50cmC .d >10cmD .d <1cm 【答案】D【详解】水波的波长为0.01m 1cm v fλ===要发生明显的衍射现象,障碍物或空的尺寸应与波长相差不多或比波长小,D 正确。

故选D 。

2.如图所示是通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象,当狭缝宽度从0.8mm 逐渐变小时,所看到的四个图像的顺序是( )A .bacdB .badcC .abcdD .abdc【答案】C 【详解】当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近甚至比波长更小时即能发生明显的衍射。

显然0.8 mm 大于光的波长,故不能发生明显的衍射现象,根据光的直线传播的原理,此时我们看到的应该是条纹状的光斑,即图象a ,但随孔缝的宽度的减小,光斑的面积逐渐减小,在发生衍射前看到图象b ;当发生衍射时,随狭缝的宽度逐渐变小时衍射条纹的间距逐渐变大,而条纹间距最小的是c ,条纹间距最大的是d ,所以先观察到c ,再观察到d 。

综上所述当狭缝宽度从0.8 mm 逐渐变小时我们依次看到的四个图象的顺序是abcd 。

故选C 。

二、光的各种衍射3.如图所示,甲、乙、丙、丁四个图是单色光形成的干涉或衍射图样,根据各图样的特点可知()A.甲图是光的衍射图样B.乙图是光的干涉图样C.丙图是光射到圆孔后的干涉图样D.丁图是光射到圆板后的衍射图样【答案】D【详解】A.甲图中条纹间距相等,是光的双缝干涉图样,故A错误;B.乙图中中间亮条纹最宽,向外条纹变窄,间距变小,是光的单缝衍射图样,故B错误;C.丙图为圆孔衍射图样,故C错误;D.丁图是光射到圆板后的衍射图样(光照射在小圆盘上却出现中间亮斑),故D正确。

第二章-光的衍射--习题及答案

第二章-光的衍射--习题及答案

第二章 光的衍射1. 单色平面光照射到一小圆孔上,将其波面分成半波带。

求第к个带的半径。

若极点到观察点的距离r 0为1m ,单色光波长为450nm ,求此时第一半波带的半径。

解:2022rr k k +=ρ 而20λkr r k +=20λk r r k =-20202λρk r r k =-+将上式两边平方,得422020202λλρk kr r r k++=+ 略去22λk 项,则λρ0kr k =将cm104500cm,100,1-80⨯===λr k 带入上式,得cm 067.0=ρ2. 平行单色光从左向右垂直射到一个有圆形小孔的屏上,设此孔可以像照相机光圈那样改变大小。

问:(1)小孔半径满足什么条件时,才能使得此小孔右侧轴线上距小空孔中心4m 的P 点的光强分别得到极大值和极小值;(2)P 点最亮时,小孔直径应为多大设此时的波长为500nm 。

解:(1)根据上题结论ρρ0kr k =将cm105cm,400-50⨯==λr 代入,得cm 1414.01054005k k k =⨯⨯=-ρ 当k 为奇数时,P 点为极大值; k 为偶数时,P 点为极小值。

(2)P 点最亮时,小孔的直径为cm2828.02201==λρr3.波长为500nm 的单色点光源离光阑1m ,光阑上有一个内外半径分别为和1mm 的透光圆环,接收点P 离光阑1m ,求P 点的光强I 与没有光阑时的光强度I 0之比。

解:根据题意m 1=R 500nmmm 1R mm 5.0R m 121hk hk 0====λr有光阑时,由公式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=R r R R r r R R k h h 11)(02002λλ 得11000110001105005.011620211=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-R r R k hk λ4100011000110500111620222=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-R r R k hk λ按圆孔里面套一个小圆屏幕()13221312121212121a a a a a a a a p =+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=没有光阑时210a a =所以4.波长为的平行光射向直径为的圆孔,与孔相距1m 处放一屏。

《光的衍射》答案-一二级衍射光轨距

《光的衍射》答案-一二级衍射光轨距

第7章光得衍射一、选择题1(D),2(B),3(D),4(B),5(D),6(B),7(D),8(B),9(D),10(B)二、填空题(1). 1.2mm,3.6mm(2).2, 4(3). N2, N(4).0,±1,±3,、、、、、、、、、(5). 5(6). 更窄更亮(7). 0、025(8). 照射光波长,圆孔得直径(9).2、24×10-4(10). 13、9三、计算题1、在某个单缝衍射实验中,光源发出得光含有两种波长λ1与λ2,垂直入射于单缝上.假如λ1得第一级衍射极小与λ2得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) 在这两种波长得光所形成得衍射图样中,就是否还有其她极小相重合?解:(1) 由单缝衍射暗纹公式得由题意可知,代入上式可得(2)(k1=1, 2,……)(k2= 1,2,……)若k2= 2k1,则θ1=θ2,即λ1得任一k1级极小都有λ2得2k1级极小与之重合.2、波长为600nm (1 nm=10-9m)得单色光垂直入射到宽度为a=0、10 mm得单缝上,观察夫琅禾费衍射图样,透镜焦距f=1、0 m,屏在透镜得焦平面处.求:(1) 中央衍射明条纹得宽度∆x0;(2)第二级暗纹离透镜焦点得距离x2解:(1)对于第一级暗纹,有asinϕ1≈λ因ϕ1很小,故tg ϕ1≈sinϕ1 = λ / a故中央明纹宽度∆x0 = 2ftg ϕ1=2fλ / a= 1、2cm(2) 对于第二级暗纹,有asinϕ2≈2λx2=f tg ϕ2≈fsin ϕ2=2f λ / a = 1、2 cm3、如图所示,设波长为λ得平面波沿与单缝平面法线成θ角得方向入射,单缝AB得宽度为a,观察夫琅禾费衍射.试求出各极小值(即各暗条纹)得衍射角ϕ.解:1、2两光线得光程差,在如图情况下为由单缝衍射极小值条件a(sinθ-sinϕ )=±kλk= 1,2,……得ϕ = sin—1( ±kλ/ a+sinθ ) k =1,2,……(k ≠ 0)4、(1) 在单缝夫琅禾费衍射实验中,垂直入射得光有两种波长,λ1=400 nm,λ2=760nm (1nm=10-9m).已知单缝宽度a=1、0×10-2 cm,透镜焦距f=50 cm.求两种光第一级衍射明纹中心之间得距离.(2)若用光栅常数d=1、0×10-3cm得光栅替换单缝,其她条件与上一问相同,求两种光第一级主极大之间得距离.解:(1)由单缝衍射明纹公式可知(取k=1 ),ﻩﻩ由于ﻩﻩ,ﻩﻩ所以,则两个第一级明纹之间距为=0、27 cm(2) 由光栅衍射主极大得公式ﻩﻩﻩ且有ﻩﻩﻩﻩ所以=1、8cm5、一衍射光栅,每厘米200条透光缝,每条透光缝宽为a=2×10-3cm,在光栅后放一焦距f=1m得凸透镜,现以λ=600nm (1nm=10-9m)得单色平行光垂直照射光栅,求: (1)透光缝a得单缝衍射中央明条纹宽度为多少?(2)在该宽度内,有几个光栅衍射主极大?解:(1)a sinϕ=kλtgϕ=x/ f当x<<f时,,ax/f= kλ,取k= 1有x= f l/a= 0.03m∴中央明纹宽度为∆x= 2x= 0.06m(2)( a+ b) sinϕ(a+b)x / (f λ)=2、5取k'=2,共有k'= 0,±1,±2 等5个主极大、6、用一束具有两种波长得平行光垂直入射在光栅上,λ1=600 nm,λ2=400 nm (1nm=10﹣9m),发现距中央明纹5cm处λ1光得第k级主极大与λ2光得第(k+1)级主极大相重合,放置在光栅与屏之间得透镜得焦距f=50cm,试问:(1)上述k=?(2) 光栅常数d=?解:(1) 由题意,λ1得k级与λ2得(k+1)级谱线相重合所以d sinϕ1=k λ1,dsinϕ1=(k+1)λ2,或k λ1 = (k+1) λ2(2)因x / f很小,tgϕ1≈sin ϕ1≈x / f2分∴d= kλ1f /x=1、2×10-3 cm7、氦放电管发出得光垂直照射到某光栅上,测得波长λ1=0、668 μm得谱线得衍射角为ϕ=20°。

光的衍射参考答案

光的衍射参考答案

光的衍射参考解答一 选择题1.在如图所示的夫琅和费衍射装置中,将单缝宽度a 稍稍变窄,同时使会聚透镜L 沿y 轴正方向作微小位移,则屏幕C 上的中央衍射条纹将(A )变宽,同时向上移动 (B )变宽,不移动 (C )变窄,同时向上移动 (D )变窄,不移动[ A ] [参考解]一级暗纹衍射条件:λϕ=1sin a ,所以中央明纹宽度af f f x λϕϕ2sin 2tan 211=≈=∆中。

衍射角0=ϕ的水平平行光线必汇聚于透镜主光轴上,故中央明纹向上移动。

2.在单缝的夫琅和费衍射实验中,若将单缝沿透镜主光轴方向向透镜平移,则屏幕上的衍射条纹 (A )间距变大 (B )间距变小(C )不发生变化 (D )间距不变,但明纹的位置交替变化[ C ] [参考解]单缝沿透镜主光轴方向或沿垂直透镜主光轴的方向移动并不会改变入射到透镜的平行光线的衍射角,不会引起衍射条纹的变化。

3.波长λ=5500Å的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10-4cm 的平面衍射光栅上,可能观察到的光谱线的最大级次为(A )2 (B )3 (C )4 (D )5[ B ] [参考解]由光栅方程λϕk d ±=sin 及衍射角2πϕ<可知,观察屏可能察到的光谱线的最大级次64.3105500102106=⨯⨯=<--λdk m ,所以3=m k 。

4.在双缝衍射实验中,若保持双缝S 1和S 2的中心之间距离不变,把两条缝的宽度a 略微加宽,则 (A )单缝衍射的中央主极大变宽,其中包含的干涉条纹的数目变少; (B )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目不变; (C )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目变多;(D )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目变少。

[ D ][参考解]参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄,而光栅常数不变,则由光栅方程可知干涉条纹间距不变,故其中包含的干涉条纹的数目变少。

第07章 光的衍射 习题答案

第07章 光的衍射 习题答案

可得暗纹位置
uk = π (b sinθk )λ = kπ
Δθk = kλ / b 所以中央亮纹角宽度为θ = 2λ / b ,宽度则为
(2)各级亮纹
l1
=
f

= 500× 2× 632.8×10−6 0.1
= 6.328mm
l2
=
f
'( k +1 λ − k λ) = 500× 632.8×10−6
解:根据光栅方程错误!未找到引用源。式,可得
⎧⎪0.02 ⎨
sin
θ1
⎪⎩0.02 sinθ1
= =
500 ×10−6 520 ×10−6

Δ
=
f
(θ2
− θ1 )
=
2000(520 ×10−6 0.02

500 ×10−6 ) = 0.02
2mm
7.9 在夫琅禾费圆孔衍射中,设圆孔半径为 0.10mm ,透镜的焦距为 50cm ,所用单色光的波长为
(2)干涉条纹宽度为:
l = 2λ f = 2× 480×10−6 × 500mm = 24mm 。
b
0.12
l ' = Nλ f = N × 480×10−6 × 500mm = 24mm
b
0.12
所以 N=12,再包括中央明纹一共有 13 条。
7.8 波长为 500nm 及 520nm 的平行单色光同时垂直照射在光栅常数为 0.02mm 的衍射光栅上,在光 栅后面用一焦距为 2m 的透镜把光线聚在屏上,求这两种单色光的第一级光谱线间的距离?
可见。
7.7 一双缝,两缝间距为 0.1mm ,每缝宽为 0.02mm ,用波长 λ = 480nm 的平行单色光垂直入射双

第15章光的衍射习题答案

第15章光的衍射习题答案
(2)由缺级条件:
ab ' k k k 3 a ab ' ab a k 8.0 10 7 m 3 3
(3)由光栅方程:
( a b ) sin 90 k max

k max 4
由第三级缺级,在屏上可能呈现的全部主极大级200条透光缝,每条透光缝宽 为a=2*10-3cm,在光栅后放一焦距f=1m的凸透镜,现 以波长为600nm的单色平行光垂直照射光栅,求: (1)透光缝a的单缝衍射中央明纹宽度为多少? (2)在该宽度内,有几个光栅衍射主极大? x 解:(1)单缝衍射中央明纹宽度
7 5.89 10 5.用每毫米有425条刻痕的平面光栅观察 m 的钠光谱,垂直入射时,能看到的最高级次谱线是 第 3 级;以i=30°斜入射时,能看到的最高级次 谱线是第 5 级,原来的0级谱线处现在是第 2 级。
6.在单缝夫琅和费衍射实验中,波长为 的单色光垂 直入射在宽度 a 5 的单缝上,对应于衍射角 的方 向上若单缝处波面恰好可分成5个半波带,则衍射角 = 30° 。
(3)若入射角i为负,衍射角分别为正和负:k=2.1和6.3,所以明纹级次为:k=-5,-4,-2,-1,0,1,2
7.一单色平行光垂直入射一单缝,其衍射第三级明纹 位置恰好与波长600nm的单色光垂直入射该缝时衍射的 第二级明纹重合,则该单色光的波长为 428.6 nm 。 8.衍射光栅主极大公式 ( a b ) sin k , k 0,1, 2 ,在 k=2的方向上第一条缝与第六条缝对应点发出的两条 衍射光的光程差 = 10λ 。 9.在单缝衍射中,衍射角愈大(级数愈大)的那些明 条纹的亮度愈 小 ,原因是 。
第十五章
光的衍射
一、选择题

光的衍射习题答案

光的衍射习题答案

光的衍射习题答案第六章光的衍射6-1 求矩形夫琅和费衍射图样中,沿图样对角线方向第一个次极大和第二个次极大相对于图样中心的强度。

解:对角线上第一个次极大对应于πβα43.1==,其相对强度为:0022.043.143.1sin sin sin 422=??? ??=?=ππββααI I 对角线上第二个次极大对应于πβα46.2==,其相对强度为:00029.046.246.2sin sin sin 422=??? ??=?=ππββααI I6-2 由氩离子激光器发出波长488=λnm 的蓝色平面光,垂直照射在一不透明屏的水平矩形孔上,此矩形孔尺寸为0.75mm ×0.25mm 。

在位于矩形孔附近正透镜(5.2=f m )焦平面处的屏上观察衍射图样,试求中央亮斑的尺寸。

解:中央亮斑边缘的坐标为:63.175.01048825006±=??±=±=-a f x λmm 26.32=x mm88.425.01048825006±=??±=±=-b f y λmm 76.92=y mm∴中央亮斑是尺寸为3.26mm ×9.76mm 的竖直矩形6-3 一天文望远镜的物镜直径D =100mm ,人眼瞳孔的直径d =2mm ,求对于发射波长为5.0=λμm 光的物体的角分辨极限。

为充分利用物镜的分辨本领,该望远镜的放大率应选多大?解:当望远镜的角分辨率为: 636101.610100105.022.122.1---?===Dλθrad人眼的最小分辨角为: 4361005.3102105.022.122.1---?===de λθrad∴望远镜的放大率应为:50===dD M e θθ6-4 一个使用汞绿光(546=λnm )的微缩制版照相物镜的相对孔径(f D /)为1:4,问用分辨率为每毫米380条线的底片来记录物镜的像是否合适?解:照相物镜的最大分辨本领为: 375411054622.1122.116=?==-fD N λ/mm∵380>375∴可以选用每毫米380条线的底片。

光的衍射(有答案)

光的衍射(有答案)

光的衍射一、光的衍射的基础知识1、发生明显衍射的条件只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多,甚至比光的波长小的时候,衍射现象才会明显.2、衍射图样①单缝衍射a.单色光:明暗相间的不等距(等距、不等距)条纹,中央亮纹最宽最亮,两侧条纹具有对称性.b.白光:中间为宽且亮的白色条纹,两侧是窄且暗的彩色条纹,最靠近中央的是紫光,远离中央的是红光.②圆孔衍射:明暗相间的不等距(等距、不等距)圆环,圆环面积远远超过孔的直线照明的面积.③圆盘衍射:明暗相间的不等距(等距、不等距)圆环,中心有一亮斑称为泊松亮斑.二、衍射与干涉的比较三、习题1、对于光的衍射的定性分析,下列说法中不正确的是()A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候,才能明显地产生光的衍射现象B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果C.光的衍射现象否定了光的直线传播的结论D.光的衍射现象说明了光具有波动性答案 C解析光的干涉和衍射现象说明了光具有波动性,而小孔成像说明了光沿直线传播,而要出现小孔成像现象,孔不能太小,可见光的直线传播规律只是近似的,只有在光波波长比障碍物小得多的情况下,光才可以看做是直线传播的,所以光的衍射现象和直线传播并不矛盾,它们是在不同条件下出现的两种光现象,单缝衍射实验中单缝光源可以看成是无限多个光源排列而成,因此光的衍射现象也是光波相互叠加的结果.2、如图所示的4种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分代表亮纹),那么1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是()123 4A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫解析由于双缝干涉条纹是等间距的,而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外,两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小,因此1、3为双缝干涉条纹,2、4为单缝衍射条纹.又双缝干涉条纹的间距Δx=ldλ,在l、d都不变的情况下,干涉条纹间距Δx与波长λ成正比,红光波长比蓝光波长长,则红光干涉条纹间距比蓝光干涉条纹间距大,即1、3分别对应红光和蓝光.而在单缝衍射中,当单缝宽度一定时,波长越长,衍射越明显,即中央条纹越宽越亮,黄光波长比紫光波长长,则黄光的中央条纹较宽较亮,故2、4分别对应紫光和黄光.综上所述,1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是红、紫、蓝、黄,选项B正确.答案 B3、在单缝衍射实验中,下列说法正确的是()A.其他条件不变,将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄B.其他条件不变,使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄C.其他条件不变,换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽D.其他条件不变,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽答案ACD解析当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,条纹间距也越大,黄光波长大于绿光波长,所以条纹间距变窄,A、C正确;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,衍射条纹间距越宽,B错误;当光的波长一定,单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,D正确.4、(2011·浙江·18)关于波动,下列说法正确的是()A.各种波均会发生偏振现象B.用白光做单缝衍射与双缝干涉实验,均可看到彩色条纹C.声波传播过程中,介质中质点的运动速度等于声波的传播速度D.已知地震波的纵波波速大于横波波速,此性质可用于横波的预警答案BD解析偏振现象是横波特有的现象,纵波不会发生偏振现象,故选项A错误.用白光做单缝衍射实验和双缝干涉实验看到的都是彩色条纹,故选项B正确.声波在传播过程中,质点在平衡位置附近振动,其振动速度周期性变化,而声波的传播速度是单位时间内声波传播的距离,故选项C错误.地震波的纵波传播速度比横波传播速度大,纵波可早到达地面,能起到预警作用,故选项D正确.5、在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样,图4的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()图4A.a、c B.b、c C.a、d D.b、d答案 D6、用单色光通过小圆盘和小圆孔分别做衍射实验,在光屏上得到衍射图形,则()A.用小圆盘时,图形中央是暗的,用小圆孔时,图形中央是亮的B.用小圆盘时,图形中央是亮的,用小圆孔时,图形中央是暗的C.两个图形中央均为亮点的同心圆形条纹D.两个图形中央均为暗点的同心圆形条纹答案 C7、(1)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是______现象;露珠在太阳光照射下呈现的彩色是________现象;通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是________现象.(2)凡是波都具有衍射现象,而把光看作直线传播的条件是_____________.要使光产生明显的衍射,条件是______________________________________.(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时,分别用红光和紫光照射狭缝,看到的衍射条纹的主要区别是____________________________________________________________.(4)如图6所示,让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q,可以看到透射光的强度会发生变化,这是光的偏振现象,这个实验表明________________________________________________________________________________________________________________________________________________.图6答案见解析解析(1)肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象,露珠呈现的彩色是光的色散,通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象.(2)障碍物或孔的尺寸比波长大得多时,可把光看作沿直线传播;障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,可产生明显的衍射现象.(3)红光的中央亮纹宽,红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹远.(4)这个实验说明了光是一种横波.。

18光的衍射习题解答

18光的衍射习题解答

第十八章 光的衍射一 选择题1.平行单色光垂直入射到单缝上,观察夫朗和费衍射。

若屏上P 点处为第2级暗纹,则单缝处波面相应地可划分为几个半波带 ( )A. 一个B. 两个C. 三个D. 四个 解:暗纹条件:....3,2,1),22(sin =±=k k a λθ,k =2,所以2k =4。

故本题答案为D 。

2.波长为λ的单色光垂直入射到狭缝上,若第1级暗纹的位置对应的衍射角为θ =±π/6,则缝宽的大小为( )A. λ/2B. λC. 2λD. 3λ解:....3,2,1),22(sin =±=k k a λθ6,1πθ±==k ,所以λλπ2,22)6sin(=∴⨯±=±a a 。

故本题答案为C 。

3.一宇航员在160km 高空,恰好能分辨地面上两个发射波长为550nm 的点光源,假定宇航员的瞳孔直径为5.0mm ,如此两点光源的间距为 ( )A. 21.5mB. 10.5mC. 31.0mD. 42.0m 解:m 5.2122.1,22.11==∆∴∆==h Dx h x D λλθ。

本题答案为A 。

4.波长λ=550nm 的单色光垂直入射于光栅常数d =2×10-4cm 的平面衍射光栅上,可能观察到的光谱线的最大级次为 ( )A. 2B. 3C. 4D. 5 解:k d k k d 。

,64.3sin sin ===λθλθ的可能最大值对应1sin =θ,所以[]3=k 。

故本题答案为B 。

5.一束单色光垂直入射在平面光栅上,衍射光谱中共出现了5条明纹。

若已知此光栅缝宽度与不透明宽度相等,那么在中央明纹一侧的第二条明纹是第几级?( )A. 1级B. 2级C. 3级D. 4级 解:,2,sin =+±=ab a k d λθ因此...6,4,2±±±等级缺级。

衍射光谱中共出现了5条明纹,所以0,1,3±±=k ,那么在中央明纹一侧的第二条明纹是第3级。

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光的衍射参考解答
一 选择题
1.在如图所示的夫琅和费衍射装置中,将单缝宽度a 稍稍变窄,同时使会聚
透镜L 沿y 轴正方向作微小位移,则屏幕C 上的中央衍射条纹将 (A )变宽,同时向上移动 (B )变宽,不移动 (C )变窄,同时向上移动 (D )变窄,不移动
[ A ]
[参考解]
一级暗纹衍射条件:λϕ=1sin a ,所以中央明纹宽度a
f
f f x λ
ϕϕ2sin 2tan 211=≈=∆中。

衍射角0
=ϕ的水平平行光线必汇聚于透镜主光轴上,故中央明纹向上移动。

2.在单缝的夫琅和费衍射实验中,若将单缝沿透镜主光轴方向向透镜平移,则屏幕上的衍射条纹 (A )间距变大 (B )间距变小
(C )不发生变化 (D )间距不变,但明纹的位置交替变化
[ C ]
[参考解]
单缝沿透镜主光轴方向或沿垂直透镜主光轴的方向移动并不会改变入射到透镜的平行光线的衍射角,不会引起衍射条纹的变化。

3.波长λ=5500?的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10-4
cm 的平面衍射光栅上,可能观察到的光谱线的最大级次为
(A )2 (B )3 (C )4 (D )5
[ B ]
[参考解]
由光栅方程λϕk d ±=sin 及衍射角2
π
ϕ<
可知,观察屏可能察到的光谱线的最大级次
64.310
550010210
6
=⨯⨯=<--λd
k m ,所以3=m k 。

4.在双缝衍射实验中,若保持双缝S 1和S 2的中心之间距离不变,把两条缝的宽度a 略微加宽,则 (A )单缝衍射的中央主极大变宽,其中包含的干涉条纹的数目变少; (B )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目不变; (C )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目变多; (D )单缝衍射的中央主极大变窄,其中包含的干涉条纹的数目变少。

[ D ]
[参考解]
参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄,而光栅常数不变,则由光栅方程可知干涉条纹间距不变,故其中包含的干涉条纹的数目变少。

或由缺级条件分析亦可。

二 填空题
1.惠更斯——菲涅耳原理的基本内容是:波阵面上各面积元发出的子波在观察点P 的 相干叠加 ,决定了P 点合振动及光强。

2.在单缝夫琅和费衍射实验中,屏上第三级暗纹对应的单缝处波阵面可划分为 6
个半波带,若将缝宽缩小
一半,原来第三级暗纹处将是 明 纹。

[参考解]
由单缝衍射条件(其中n 为半波带个数,k 为对应级次)可知。

⎪⎪⎩⎪
⎪⎨⎧±⋅+±=⋅==各级暗纹,
各次级明纹中心,中央明纹中心,
λλλϕδk k n a 2
)12(02sin
3.如图所示的单缝夫琅和费衍射中,波长λ的单色光垂直入
射在单缝上,
若对应于会聚在P 点的衍射光线在缝宽a 处的波阵面恰好分成3个半波带,
图中CD BC AB ==,那么光线1和2在P 点的相位差为 π 。

4.用平行白光垂直入射在平面透射光栅上,波长λ1=440 nm 的第三级光
谱线,将与波长为
λ2= 660 nm 的第二级光谱线重叠。

[参考解]
由光栅方程知2123sin λλϕ==d ,代入数据可得。

5.一束平行单色光垂直入射在一光栅上,若光栅的透明缝宽度a 与不透明部分宽度b 相等,则可能看到的衍射光谱的级次为 ,7,5,310±±±±,, 。

[参考解]
由光栅衍射缺级条件k k a
b
a k '='+=
2,可知 ,6,4,2±±±缺级。

6.用波长为λ的单色平行光垂直入射在一平面透射光栅上,其光栅常数d=3 μm ,缝宽a=1μm ,则在单缝衍射的中央明纹中共有 5 条谱线(主极大)。

[参考解]
单缝衍射一级暗纹衍射条件λϕ=1sin a ,故单缝衍射的中央明纹区内(即单缝衍射正负一级暗纹之间)的光栅衍射主极大的衍射角ϕ必须满足1ϕϕ<,即a d k λϕλϕ=<=1sin sin ,可得3=<a
d
k m ,所以2=m k ,共有2,1,0±±五条谱线。

三 计算题
1.(1)在单缝夫琅和费衍射实验中,垂直入射的光有两种波长:λ1=4000?、λ2=7600?,已知单缝宽度a=×10-
2
cm ,透镜焦距f=50 cm ,求两种波长的光第一级衍射明纹中心之间的距离;
(2)若用光栅常数d=×10-3
cm 的光栅替换单缝,其它条件和(1)中相同,求两种波长的光的第一级主极大之间的距离。

[参考解]
(1)由单缝衍射一级明纹条件λϕ2
3
sin =
a 可知
3
41011100.6102104000323sin ---⨯=⨯⨯⨯==a λϕ 3
4
1022104.1110
2107600323sin ---⨯=⨯⨯⨯==a λϕ 而1212tan tan ϕϕf f x x x -=-=∆ mm f 7.210
4.5
5.0)sin (sin 3
12=⨯⨯=-≈-ϕϕ
(2)由光栅衍射一级明纹条件λϕ=sin d 可知
25
10
1
1100.410
0.1104000sin ---⨯=⨯⨯=='d λϕ 25
102
2106.710
0.1107600sin ---⨯=⨯⨯=='d λϕ 而1212
tan tan ϕϕ'-'='-'='∆f f x x x cm f 8.1106.35.0)sin (sin 2
12
=⨯⨯='-'≈-ϕϕ
2.波长λ=600nm 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2ϕ满足20.0sin 2=ϕ,且第四级是缺级,求
(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;
(3)在确定了的上述(a+b )和a 之后,在屏上呈现出的全部主极大的级次。

[参考解]
(1) 由λϕ2sin 2=d ,得m b a d μϕλ62.0/106002sin /29
2=⨯⨯==+=-
(2) 由缺级条件k a b a k '+=
得d k a 4
'
=, 当1='k 时有a 最小值m d a μ5.14
1
min ==
(3) 由1010
600100.69
6
=⨯⨯=<--λd
k m 可知屏上可能观察到最高级次为9max =k , 由缺级条件k k a
b
a k '='+=
4知8,4±±级缺级,所以观察屏上能看到的全部级次为9,7,6,5,3,2,1,0±±±±±±±级共15条谱线。

3.一衍射光栅,每厘米有200条透光缝,每条透光缝宽a=×10-3
cm ,在光栅后放一焦距f=1m 的凸透镜,现以λ=6000?的单色平行光垂直照射光栅,求: (1)透光缝a 的单缝衍射中央明纹宽度为多少 (2)在该宽度内,有几个光栅衍射主极大 [参考解]
(1)单缝衍射的一级暗纹条件:λϕ=1sin a ,
所以中央明纹宽度cm a f f f x 6100.2106000122sin 2tan 25
10
11=⨯⨯⨯⨯==≈=∆--λ
ϕϕ中 (2)光栅常数cm cm d 3100.5200
1
-⨯==
单缝衍射的中央明纹区内的光栅衍射主极大的衍射角ϕ必须满足1ϕϕ<,
即a d k λϕλϕ=<=
1sin sin ,可得5.2=<a
d
k m ,所以2=m k , 共有2,1,0±±五条谱线。

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