光学习题及提示3培训资料
光学知识点+练习题
一、光的直线传播光源：本身能够发光的物体叫光源。
分为天然光源和人造光源。
1、光的传播①传播规律：光在同种均匀介质中沿直线传播。
②光线：为了表示光的传播情况，我们通常用一条带箭头的直线表示光的传播轨迹和方向，这样的直线叫做光线。
光线实际上不存在的。
③光的直线传播的应用与形成的现象：a激光准直b影子的形成(透明的物体不能形成影子)c日食月食的形成〔发生日食时，月球在太阳与地球之间〕d小孔成像。
小孔成像的特点：倒立的实像，与小孔的形状无关。
2、光的速度光在真空中的传播速度c=3×108m/s=3×105km/s。
在水中为真空中的3/4。
玻璃中为真空中的2/3。
×1015m 光年是长度单位，不是时间单位。
二、光的反射1、定义：光从一种介质射向另一种介质外表时，一局部光被反射回原来介质的现象叫光的反射。
2、反射定律：〔1〕反射光线与入射光线、法线在同一平面内；〔2〕反射光线和入射光线分居法线两侧；〔3〕反射角等于入射角。
〔反射要说在前面〕光的反射过程中光路是可逆的。
3、反射的分类：⑴镜面反射——平行光射到光滑平整的物体外表上，反射光线仍平行的反射。
镜面反射的条件：反射面光滑平整。
⑵漫反射——平行光射到凹凸不平的物体外表上，反射光线向着不同方向的反射。
漫反射遵守光的反射定律。
区别镜面反射和漫射的方法：站在不同的方位看物体，如亮度差不多，如此是漫反射，如明亮程度不同，如此是镜面反射。
4、凹面镜和凸面镜〔1〕凹面镜对光线有会聚作用。
〔2〕凸面镜对光线有发散作用。
三、平面镜成像1、平面镜成像特点发生的是光的反射，遵循光的反射定律①物和像大小相等②物和像到平面镜的距离相等。
③物和像对应点的连线与镜面垂直。
〕会变〕平面镜成像的原理：光的反射定理2、实像和虚像：实像：实际光线会聚所成的像，可用光屏承接虚像：光线的反向延长线的会聚所成的像，不能有光屏承接。
四、光的折射1、折射现象光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。
高考物理光学知识点之物理光学基础测试题及解析(3)
高考物理光学知识点之物理光学基础测试题及解析(3)一、选择题1．下列说法正确的是（）A．变化的磁场产生稳定的电场，变化的电场可产生稳定的磁场B．透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯可看到彩色条纹，这是光的折射现象，C．通过测定超声波被血流反射回来其频率的变化可测血流速度，这是利用了多普勒效应D．光的偏振现象说明光是一种纵波2．如图所示两细束单色光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M．则下列说法中正确的是（）A．如果 a为蓝色光,则b可能为红色光B．在该三棱镜中a色光的传播速率比b光的传播速率大C．棱镜射向空气中a色光的临界角比b色光的临界角大D．a光的折射率小于b光折射率3．下列说法不正确．．．的是（）A．检验工件平整度的操作中，如图1所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断：P为凹处，Q为凸处B．图2为光线通过小圆板得到的衍射图样C．图3的原理和光导纤维传送光信号的原理一样D．图4的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样4．已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C．从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大5．下面事实与光的干涉有关的是（）A．用光导纤维传输信号B．水面上的油膜呈现彩色C．水中的气泡显得格外明亮D．一束白光通过三棱镜形成彩色光带6．下列说法正确的是（）A．任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波C．单个光子通过单缝后，底片上就会出现完整的衍射图样D．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏7．下列说法正确的是（）A．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D．在LC振荡电路中，电容器刚放电完毕时，电容器极板上电量最多，电路电流最小8．如图所示是双缝干涉实验，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻．．的亮条纹；若用波长为400 nm的紫光重复上述实验，则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是A．P0点和P1点都是亮条纹B．P0点是亮条纹，P1点是暗条纹C．橙光的相邻亮条纹间距小于紫光的相邻亮条纹间距D．若分别用上述两种光通过同一装置做单缝衍射实验，紫光的衍射现象更明显9．下列说法正确的是()A．电磁波在真空中以光速c传播B．在空气中传播的声波是横波C．光需要介质才能传播D．一束单色光由空气进入水中，传播速度和频率都改变10．下图为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹．若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以A．将光屏移近双缝B．更换滤光片，改用波长更长的单色光C．增大双缝的间距D．将光源向双缝移动一小段距离11．下列关于电磁波的说法，正确的是A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波B．电场随时间变化时，一定产生电磁波C．做变速运动的电荷会产生电磁波D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在12．5G是“第五代移动通信网络”的简称，目前世界各国正大力发展 5G网络．5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段（如图所示），比目前4G及以下网络（通信频率在0.3GHz～3.0GHz间的特高频段）拥有更大的带宽和更快的传输速率．未来5G网络的传输速率（指单位时间传送的数据量大小）可达10G bps（bps为bits per second的英文缩写，即比特率、比特/秒），是4G网络的50-100倍．关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是A．在真空中的传播速度更快B．在真空中的波长更长C．衍射的本领更强D．频率更高，相同时间传递的信息量更大13．下列现象中属于光的衍射现象的是A．雨后天空美丽的彩虹B．阳光下肥皂膜的彩色条纹C．光通过三棱镜产生的彩色条纹D．对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹14．雨后太阳光射入空气中的水滴，先折射一次，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹。
高考物理光学知识点之物理光学经典测试题及解析(3)
高考物理光学知识点之物理光学经典测试题及解析(3)一、选择题1．以下列出的电磁波中，频率最高的是（ ） A ．无线电波 B ．红外线 C ．X 射线 D ． 射线2．5G 是“第五代移动通讯技术”的简称。
目前通州区是北京市5G 覆盖率最高的区县，相信很多人都经历过手机信号不好或不稳定的情况，5G 能有效解决信号问题。
由于先前的34G G 、等已经将大部分通讯频段占用，留给5G 的频段已经很小了。
5G 采用了比4G 更高的频段，5G 网络运用的是毫米波，将网络通讯速度提高百倍以上，但毫米波也有明显缺陷，穿透能力弱，目前解决的办法是缩减基站体积，在城市各个角落建立类似于路灯的微型基站。
综合上述材料，下列说法中不正确．．．的是 A ．5G 信号不适合长距离传输B ．手机信号不好或不稳定的情况有可能因为多普勒效应或地面楼房钢筋结构对信号一定量的屏蔽C ．5G 信号比4G 信号更容易发生衍射现象D ．随着基站数量增多并且越来越密集，可以把基站的功率设计小一些 3．下列说法不正确．．．的是（ ）A ．检验工件平整度的操作中，如图1所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断：P 为凹处，Q 为凸处B ．图2为光线通过小圆板得到的衍射图样C ．图3的原理和光导纤维传送光信号的原理一样D ．图4的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样4．用a ．b ．c ．d 表示4种单色光，若①a．b 从同种玻璃射向空气，a 的临界角小于b 的临界角；②用b ．c 和d 在相同条件下分别做双缝干涉实验，c 的条纹间距最大；③用b ．d 照射某金属表面，只有b 能使其发射电子．则可推断a ．b ．c ．d 分别可能是( ) A ．紫光．蓝光．红光．橙光 B ．蓝光．紫光．红光．橙光 C ．紫光．蓝光．橙光．红光D ．紫光．橙光．红光．蓝光5．如图为LC 振荡电路在某时刻的示意图，则A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B．若磁场正在增强，则电容器上极板带正电C．若电容器上极板带负电，则电容器正在充电D．若电容器上极板带负电，则自感电动势正在阻碍电流减小6．如图所示是双缝干涉实验，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻．．的亮条纹；若用波长为400 nm的紫光重复上述实验，则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是A．P0点和P1点都是亮条纹B．P0点是亮条纹，P1点是暗条纹C．橙光的相邻亮条纹间距小于紫光的相邻亮条纹间距D．若分别用上述两种光通过同一装置做单缝衍射实验，紫光的衍射现象更明显7．在阳光下肥皂泡表面呈现出五颜六色的花纹和雨后天空的彩虹，这分别是光的（）A．干涉、折射 B．反射、折射 C．干涉、反射 D．干涉、偏振8．下列说法不正确的是（）A．在电磁波谱中，紫外线的热效应好B．天空是亮的原因是大气对阳光的色散C．天空呈蓝色的原因是大气对波长短的光更容易散射D．晚霞呈红色的原因是蓝光和紫光大部分被散射掉了9．我国南宋时期的程大昌在其所著的《演繁露》中叙述道：“凡雨初霁，或露之未晞，其余点缀于草木枝叶之末……日光入之，五色俱足，闪铄不定。
光学课后习题解答
第一章 光的干涉1、波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离.解：由条纹间距公式λd r y y y j j 01=-=∆+ 得cm 328.0818.0146.1cm146.1573.02cm818.0409.02cm573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=∆=⨯===⨯===⨯⨯==∆=⨯⨯==∆--y y y drj y d rj y d r y d r y j λλλλ2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比.解：（1）由公式λd r y 0=∆ 得λd r y 0=∆ =cm 100.8104.64.05025--⨯=⨯⨯（2）由课本第20页图1-2的几何关系可知52100.01sin tan 0.040.810cm 50y r r d d dr θθ--≈≈===⨯521522()0.8106.4104r r πππϕλ--∆=-=⨯⨯=⨯(3) 由公式2222121212cos 4cos 2I A A A A A ϕϕ∆=++∆= 得8536.042224cos 18cos 0cos 421cos 2cos42cos 422202212212020=+=+==︒⋅=∆∆==πππϕϕA A A A I I pp3．把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7m .解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式2rϕπλ∆∆=可知为 Δr =215252r r λπλπ-=⨯⨯=现在1S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为()210022r r h nh λλϕππ'--+=∆=⨯=⎡⎤⎣⎦所以玻璃片的厚度为421510610cm 10.5r r h n λλ--====⨯-4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度.解：6050050010 1.250.2r y d λ-∆==⨯⨯=m m122I I = 22122A A =12A A =7. 试求能产生红光(λ=700nm)的二级反射干涉条纹的肥皂膜厚度.已知肥皂膜折射率为1.33,且平行光与发向成30°角入射.解：根据题意222(210)2710nmd n j d λ-=+∴===8. 透镜表面通常镀一层如MgF 2（n=1.38）一类的透明物质薄膜，目的是利用干涉来降低玻璃表面的反射．为了使透镜在可见光谱的中心波长（550nm ）处产生极小的反射,则镀层必须有多厚? 解：可以认为光是沿垂直方向入射的。
光学教程考试练习题及复习资料
《光学教程》考试练习题一、单项选择和填空题１．C 2． B ３． C 4． B 5． C 6. C 7. D 8． A 9． D 10. B11. B 12. A 13． B 14. C 15． B 16． B 17. B 18. D 19. D 20． A21．A 22．D 23．A 24． D 25． C 26． C 27． C 28．D 29．D 30. D31. C 32． D 33．A 34． C 35． A 36． B 38． D 39． B 40． B 41．B 42． B １．将扬氏双缝干涉实验装置放入折射率为n 的介质中，其条纹间隔是空气中的C A n1倍 B n 倍 C n 1倍 D n 倍 2．在菲涅耳圆屏衍射的几何阴影中心处BＡ永远是个亮点，其强度只与入射光强有关Ｂ永远是个亮点，其强度随着圆屏的大小而变Ｃ有时是亮点，有时是暗点。
３．光具组的入射光瞳、有效光阑，出射光瞳之间的关系一般为CＡ入射光瞳和有效光阑对整个光具组共轭。
Ｂ出射光瞳和有效光阑对整个光具组共轭。
Ｃ入射光瞳和出射光瞳对整个光具组共轭。
4．通过一块二表面平行的玻璃板去看一个点光源，则这个点光源显得离观察者BA 远了B 近了C 原来位置。
5．使一条不平行主轴的光线，无偏折（即传播方向不变）的通过厚透镜，满足的条件是入射光线必须通过CA 光心B 物方焦点C 物方节点D 象方焦点6. 一薄透镜由折射率为1.5的玻璃制成，将此薄透镜放在折射率为4/3的水中。
则此透镜的焦距数值就变成原来在空气中焦距数值的: CA 2 倍B 3 倍C 4 倍D 1.5/1.333倍7. 光线由折射率为n 1的媒质入射到折射率为n 2的媒质，布儒斯特角i p 满足：DA ．sin i p = n 1 / n 2B 、sin i p = n 2 / n 1C 、tg i p = n 1 / n 2D 、tg i p = n 2 / n 18．用迈克耳逊干涉仪观察单色光的干涉，当反射镜M 1移动0.1mm 时，瞄准点的干涉条纹移过了400条，那么所用波长为AA 5000ÅB 4987ÅC 2500ÅD 三个数据都不对9．一波长为5000Å的单色平行光，垂直射到0.02cm 宽的狭缝上，在夫琅禾费衍射花样中心两旁第二条暗纹之间的距离为3mm ，则所用透镜的焦距为DA 60mmB 60cmC 30mmD 30cm.10. 光电效应中的红限依赖于：BA 、入射光的强度B 、入射光的频率C 、金属的逸出功D 、入射光的颜色11. 用劈尖干涉检测二件的表面，当波长为λ的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹如图，图中每一条纹弯曲部分的顶点恰与右边相邻的直线部分的连续相切，由图可见二件表面：BA 、有一凹陷的槽，深为4λB 、有一凹陷的槽，深为2λC 、有一凸起的埂，高为4λD 、有一凸起的埂，高为2λ12. 随着辐射黑体温度的升高，对应于最大单色光发射本领的波长将：AA 、向短波方向移动B 、向长波方向移动C 、先向短波方向，后向长短方向移动D 、先向长波方向，后向短波方向移动13．用单色光观察牛顿环，测得某一亮环直径为3mm ，在它外边第5个亮环直径为4.6mm ，用平凸透镜的凸面曲率半径为1.0m ，则此单色光的波长为A 5903 ÅB 6080 ÅC 7600 ÅD 三个数据都不对14. 一束自然光以布儒斯特角入射于平板玻璃，则: CA 、反射光束偏振面垂直于入射面，而透射光束偏振面平行于入射面并为完全线偏振光B 、反射光束偏振面平行偏振于入射面，而透射光束是部分偏振光C 、反射光束偏振面是垂直于入射面，而透射光束是部分偏振光D 、反射光束和透射光束都是部分偏振光15． 仅用检偏器观察一束光时，强度有一最大但无消光位置，在检偏器前置一 4λ片，使其光轴与上述强度为最大的位置平行，通过检偏器观察时有一消光位置，这束光是： BA 、部分偏振光B 、椭园偏振光C 、线偏振光D 、园偏振光16．要使金属发生光电效应，则应：BA 、尽可能增大入射光的强度B 、选用波长较红限波长更短的光波为入射光C 、选用波长较红限波长更长的光波为入射光波D 、增加光照的时间；17.下列说法正确的是BA 、利用不同折射率的凸凹透镜相配，可以完全消除去球差和色差；B 、 近视眼需用凹透镜校正；C 、 扩大照相景深的方法是调大光圈；D 、 天文望远镜的作用是使遥远的星体成像在近处，使得人们能看清楚；18.将折射率n 1=1.50的有机玻璃浸没在油中。
南开考研光学专业习题与解答第三章
第三章 光的干涉例题３.1 菲涅耳双面镜干涉装置．双面镜M 1和M 2的夹角是20角分，准单色缝光源S 对M 1和M 2成两个虚的相干光源S 1和S 2， S 到双面镜交线的距离L 1=10厘米，接收屏幕与双面镜交线的距离L 2=100厘米，光源所发光的波长λ=600纳米．试问屏幕上干涉条纹间距是多少？解:由菲涅耳双面镜干涉装置条纹间距公式ϕλ1212)(L L L x +=∆，式中 弧度0058.01803,1000,10010,60021=⨯=====πϕλmm L mm cm L nm 代入上式,得 mm x 57.0=∆.３.2 将焦距为 50厘米的薄正透镜从正中切去宽度为a 的部分,再将剩下的两半粘接在一起, 形成一块比累对切透镜,如计算题 3.2图所示. 在透镜一侧的对称轴上放置一个波长为600纳米的单色点光源,另一侧远方的垂轴屏幕上出现干涉直条纹 ,测得条纹间距为5.0毫米,且沿轴向移动屏幕时条纹间距不变,求a .解：在比累对切装置中，若将屏幕前后移动干涉条纹间距不变，则干涉区是有一定夹角的两平行光波干涉场，干涉条纹间距公式)2/sin(2/θλ=∆x ，θ为两相干光束夹角． 点光源Ｓ位于比累对切透镜的焦平面上．比累对切透镜中心不是透镜的节点．对于下半透镜，节点在Ｏ1点,对于上半透镜，节点在O 2点（计算题３.2解图），Ｏ1Ｏ2的距离即为切去部分的长度a ．由几何光学作图法，可以画出光束经比累透镜上下两部分折射后的平行光束．根据图中的几何关系有,sin f a '=θ).(6.05.010600500sin 6mm x f f a =⨯⨯=∆'='=-λθ计算题3.2图３.3 将杨氏双缝干涉装置照明光源波长为λ，S 2缝覆盖以厚度为h ，折射率为n 的透明介质薄膜（计算题3.3图），使零级干涉条纹移至原来的第Ｋ级明条纹处，试问介质薄膜的厚度h 是多少？解：如计算题 3.3图所示，Ｓ2缝盖以透明介质片，介质片产生附加光程差为h n )1(-=∆因为零级明条纹移至原来第Ｋ级明条纹处，在原K 级明条纹处,)1(21h n r r -=-λk r r =-12,因此有1--=n k h λ. 介质片厚度应为正值，因此Ｋ为负值，零级条纹应在屏幕的下方．３.4 如计算题３.4图所示的杨氏干涉装置．双孔屏S 1S 2右侧10厘米远处放置一枚焦距为10厘米的薄凸透镜L ，L 的光轴与干涉装置的对称轴重合．在L 的右侧10厘米远处又放置一垂轴屏幕．已知双孔间距d=0.02毫米，且用λ=500纳米的光照明．试计算题3.4图计算题3.3图解：杨氏双孔恰在透镜Ｌ的焦平面上，自双孔发出的相干光，经过透镜拐折后，变为夹角为α的两束平行光（计算题３.4解图a ）．两束平行光的夹角为f d '=/α．今将两束平行光波场表示在计算题3.4图(b)中．两相干光波为平面波，Ｋ1、Ｋ2分别表示两波的传播方向，在干涉场中，两平面波波峰与波峰相重和波谷与波谷相重的点为相干加强的点．在三维空间中，这些点形成一组等间距、平行于两相干光束夹角平分面的平面．计算题3.4解图（b ）中，屏幕上Ａ和Ｂ点就是相干加强的点，是干涉明条纹的中心，显然，ＡＢ两倍于条纹间距．由图中的几何关系，得条纹间距)(5.210002.0105002/sin 26mm f d x =⨯⨯='=≈=∆-λαλαλ．３.5 在计算题3.4中，将透镜L 向左移近双孔２厘米，则屏幕上的条纹间距是多少？解法一：如计算题3.5解图（a ）所示，若无透镜Ｌ，屏幕上Ｐ点光强由r １和r ２的光程差来决定．加透镜后，r １和r ２拐折了，不在Ｐ点会聚了．双孔屏和屏幕被透镜隔开在两个不同的光学空间．Ｐ点的光强由另外两光线Ｒ1和R 2的光程差决定．Ｒ1和R 2应分别发自Ｓ１和Ｓ２．怎样确定Ｒ1和R 2？Ｒ1和R 2会聚于Ｐ点，必来自Ｐ的共轭点Ｐ'．用薄透镜成象公式求出Ｐ'点的位置．这里物距12-=s 厘米，焦距10='f 厘米，代入成象公式计算题3.4解图（a ）计算题３.4解图(b),1011211=--'s 解得60='s 厘米， 垂轴放大率1260-='=s s β．设Ｐ和Ｐ'点到光轴的距离分别为h 和h '，则,5h h h -=='β因此，Ｐ'在Ｌ左60厘米、光轴下－５h 处（计算题3.5解图a ）．相干光束必从Ｐ'出发，分别过Ｓ１和Ｓ２，经Ｌ拐折后会聚到Ｐ点．双孔前面光程分别为［Ｒ'１］和［Ｒ'２］，双孔后光程分别为［Ｒ１］和［Ｒ２］．Ｒ１和Ｒ２是实际的光线，［Ｒ１］和［Ｒ２］称为实光程，［Ｒ'１］和［Ｒ'２］为虚光线的光程，称为虚光程．在近轴情况下，共轭点Ｐ、Ｐ'之间的光线等光程，因此有 ],[][][][2211R R R R +'=+'][][][][1212R R R R -='-'． 即双孔右实光线光程差正好等于左边虚光线的光程差的负值．我们可以把对实光程差的讨论，用对虚光程差的讨论来代替．或者说，我们把屏幕成象在双孔屏所在的光学空间，在屏幕的像面形成虚干涉．虚干涉条纹间距为3.12.0520105006=⨯⨯=''='∆-d L x λ（毫米）．屏幕上实干涉与其像面上的虚干涉条纹共轭．因此，干涉条纹间距为26.053.15=='∆=∆x x （毫米）．解法二将双孔变换到屏幕所在的光学空间，由透镜成象公式求出双孔屏的位置．,101811=--'s40-='s 厘米，计算题3.5解图a5840=--=β． 双孔的像Ｓ'1和Ｓ'2（计算题 3.5解图b ）间距为12.055=⨯=='d d 毫米，524012=+='L 厘米，虚光源在屏幕上产生实干涉．屏幕上条纹间距为26.01520105006=⨯⨯=''=∆-d L x λ（毫米）．３.6 菲涅耳双面镜的夹角为20角分，缝光源离双面镜交线10厘米，接收屏幕与光源的双像连线平行，屏幕距离双镜交线210厘米，光波波长600纳米，试求 （1） 屏幕上干涉条纹的间距；（2） 屏幕上可以看到几个干涉条纹？（3） 如果光源到两镜交线的距离增大一倍，干涉条纹有什么变化？ （4） 如果光源与两镜交线距离不变，只是在横向有一小的位移δx ，干涉条纹有什么变化？（5） 如果使屏幕上干涉条纹可见度不为零，缝光源的最大宽度为多少？※※※解：（１）双面镜夹角20=α角分18031π⨯=弧度，1001=L 毫米，21002=L 毫米，屏幕上条纹间距为100)1803/(2)2100100(106002)(6121⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∆-παλL L L x 13.1≈（毫米）（２）屏幕上干涉区宽度为222L L l αθ=≈∆，屏幕上的干涉条纹条数为22≈∆∆≈∆xlN 条． （３）由于21L L <<，当1L 增加一倍时，条纹间距计算题3.5解图Ｌ'＝52cm12122)(L L L x ⋅+=∆αλ，分子中21212L L L L +≈+，条纹间距将减少为原来的一半，干涉区干涉条纹数 增加一倍．44≈∆N 条．（４）如计算题3.6图所示，当光源Ｓ移动δs 时，双像也作相应地移动，双像S 1、S 2连线的垂直平分线与屏幕交点O （原点，零级干涉条纹处）在屏幕上移动δx ．由几何关系，21L xL sδδ=，由于光源的移动是横向的，移动时L 1、L 2和α都不变，因此条纹间距不变，屏幕上干涉图样只作平移，移动的距离为12L L sx δδ=． （５）设光源宽度为b ，边缘光源点在屏幕上的干涉图样彼此错开δx ，当δx 与干涉条纹的宽度∆x 一样大时，干涉条纹会因非相干叠加而消失，干涉也就消失．就是说，当x x ∆=δ时，干涉消失．此时有112122)(L L L b L L αλ+=，αλαλ22)(221≈⋅+=L L L b ．S d 计算题3.6解图αλ2=b 是光源的极限宽度，αλ2<b 干涉可见度不为零． ３.7 透镜表面通常覆盖一层氟化镁（MgF 2）（n=1.38）透明薄膜，为的是利用干涉来降低玻璃表面的反射．为使波长为632.8纳米的激光毫不反射地透过，这覆盖层至少有多厚？解 从实际出发,可以认为光垂直入射于透镜表面．当某种波长的光在氟化镁薄 膜上下表面的反射相干相消时，我们认为该波长的光毫不反射地透过．薄膜干 涉光程差公式2/cos 222λ±=∆i d n ，相干相消满足λλ)2/1(2/cos 222+=±k i d n ，式中02=i ，1cos 2=i ，由于氟化镁膜上表面是折射率为１.0的空气，下表面是玻璃，玻璃折射率大于氟化镁的折射率，所以光程差公式中无2/λ±一项，上式可简化为λ)2/1(22+=k d n ，计算膜最小厚度，取k=0，得膜最小厚度46210146.138.14108.6324--⨯=⨯⨯==n d λ（毫米）．３.8 焦距为30厘米的薄透镜沿一条直径切成L 1和L 2两半，将这两半彼此移开8.0厘米的距离（如计算题3.7图）．位于光轴上的光源S 波长为500纳米，到L 1的距离是 60厘米，S '1和S '2 为光源形成的两个像． （1） 在图上标出相干光束的交叠区，（2） 在干涉区垂轴放置一屏幕，屏幕上干涉条纹的形状怎样？ （3） 在两像连线中点垂轴放置屏幕，屏幕上条纹间距为多少？解 (1) 题中的干涉装置称为梅斯林干涉装置．光源点Ｓ经梅斯林透镜形成两个实象点Ｓ'1和S '2．干涉区如计算题3.8解图（a ）所示，是像空间成像光束的交计算题3.8图n ＝计算题3.7解图叠区．(2) 将干涉区放大，如计算题3.8解图（b ）建立坐标系．光源S 的像Ｓ'1(0,0,-a)和S '2(0,0,a)相距2a ，屏幕垂轴放置，Ｐ为干涉场中屏幕上任意一点，它是光线1'和2'的交点．以S '2为圆心，以２a 为半径作圆弧，交光线1'于Ｓ'1，交光线2'于Ｑ，可认为光源Ｓ到Ｓ'1和Ｑ点等光程，因此，1'和2'两光线到达Ｐ点，在Ｐ点的光程差为 ][2211S P S Q P S QP P S '-'-'=-'=∆2/12222/1222])[(2])[(y x z a a y x z a ++-+-+++=不同的Ｐ点将有不同的光程差，光程差为常数的点的轨迹方程为2/12222/1222])[(])[(y x z a y x z a ++++++-=+∆=a 2常数．这是一个以Ｓ'1和S '2为焦点的椭球方程，因此等光程差的轨迹是以Ｓ'1和S '2为焦点的旋转椭球面族．以垂直于光轴放置的屏幕截这些椭球面族，则得到以光轴为圆心、半圆形的、不定域的干涉条纹．（x,y ）计算题3.8解图c计算题3.8解图b（3）以焦距30厘米，物距分别为60-厘米和)860(+-厘米，代入薄透镜成像公式，计算出两像距分别为60厘米和53.68厘米．两像点相距２a=1.68厘米，故干涉区在光轴的下方．若屏幕在两像点连线中垂面上，如计算题3.8解图c 所示，P 为屏幕上任意一点，相干光1' 和2' 在P 点的光程差为a r r a r QP P S 22)2(1211-=--=-'=∆, 因2/1222/12221)1()(ay x a a y x r ++=++=，在透镜孔径1s D '<<，222y x a +>>时，ay x a a y x a r 2)211(222221++≈+++= ，故1'和2'在P 点的相位差为]2)2(2[2222a ay x a -++=∆=λπλπδay x 222+=λπ．当λk ay x =+22时（ ,2,1=k ），πδk 2=，该点是相干加强的点，为明条纹的中心．因此明条纹满足λka y x =+22，（ ,2,1=k ）令λρka =2，则222ρ=+y x ．上式为标准的圆方程，k ∝ρ．由中心向外，条纹的半径分别为λρa =1，λρa 22=，……条纹间距为λρρρa k k k k ⋅-+=-=∆+)1(1．３.9 用钠光灯做杨氏干涉实验，光源宽度被限制为2毫米，双缝屏到光源的距离D=2.5米．为了使屏幕上获得可见度较好的干涉条纹，双缝间距选多少合适？ 解 取钠光波长3.589=λ纳米．已知光源的宽度b ＝２毫米，相干孔径角被λθ≤b 式限制．即bλθ≤．由计算题3.9解图所示，要想得到可见度不为零的干涉条纹，双孔间距必需在上式孔径角所限制的范围内，即bD d λ<， 因此，双缝间距为736.02105.2103.58936=⨯⨯=<-b D d λ（毫米）． 若想得到可见度较好的干涉条纹，光源上边缘光源点在屏幕上的光程差的差要小于或等于四分之一光源波长．即4λθ≤b ，或184.04=⋅≤bDd λ（毫米）． 此种情况下，屏幕上干涉条纹可见度可达0.9以上．３.10 观察肥皂水薄膜（n=1.33）的反射光呈绿色（λ=500纳米），且这时法线和视线间角度为0145=i ，问膜最薄的厚度是多少？若垂直注视，将呈现何色？ 解 入射到肥皂水薄膜表面光线的入射角为450，可求出光在膜内的折射角2i ．由折射定律，20sin 33.145sin 0.1i ⨯=⨯，解出0212.32=i ，8470.0cos 2=i ． 由于光在空气中的肥皂水膜上表面反射时有π的相位变化，在其下表面反射时无π的相位变化，因此光程差中要计入半波突变．对于相干加强的500纳米的绿光，应满足λλk i d n =-2/cos 222．题意求最薄厚度，应取0=k ，以各值代入上式，得8470.033.121210500cos 212622⨯⨯⋅⨯=⋅=-i n d λ41011.1-⨯=（毫米）．同一厚度的肥皂水膜，若眼改微微垂直注视，则1cos 2=i ，此时看到的相干加计算题3.9解图强的波长λ'应满足λλ''='-k d n 2/22，将 2,1,0='k 代入上式发现，仅当0='k 时λ'才落在可见光范围内，以0='k 代入，求得3.590='λ纳米，为深黄色的光．可见，从不同方向观看，可以呈现不同颜色，这一现象也表现在一些鸟的羽毛薄膜上．有时从不同方向观看羽毛，颜色不同，这是一种薄膜干涉现象．３.11 如计算题3.11图所示，两平板玻璃在一边相连接，在与此边距离20厘米处夹一直径为0.05毫米的细丝，以构成空气楔．若用波长为589纳米的钠黄光垂直照射，相邻暗条纹间隔为多宽？这一实验有何意义？解 两玻璃板之间形成一尖劈空气隙，劈角4105.220005.0-⨯=÷=α弧度．经空气隙上下表面反射的光形成等厚干涉，由条纹间距公式18.1105.2210589246=⨯⨯⨯==∆--αλx （毫米）．从上式可以看出，劈角愈小，条纹间距越大，越容易数出干涉条纹的条数．因为每相临两个等厚干涉条纹对应的厚度差等于半个波长，数出条纹数可以计算出细丝的直径．干涉条纹数越少，丝越细．因此，此实验可以做精密测量用．３.12 在牛顿环实验中，平凸透镜的凸面曲率半径为5米，透镜直径为20毫米，在钠光的垂直照射下（λ=589纳米），能产生多少个干涉条纹？要是把整个装置浸入n=1.33的水中，又会看见多少条纹？解 牛顿环实验装置产生等厚圆条纹．条纹半径公式为λkR r k =．式中k 是干涉圆条纹的序数．透镜的直径为20毫米，对应的干涉条纹序数为3410589105106322≈⨯⨯⨯==-λR r k k 条. 若装置放入水中，波长应为n /λλ='，看到的条纹数为452≈=''λR n r k k 条．计算题3.11图３.13 光学冷加工抛光过程中，经常用“看光圈”的办法检查工件的质量是否符合设计要求．如计算题3.13图所示，将标准件平凸透镜的球面放在工件平凹透镜的凹面之上，用来检验凹面的曲率．此时，凸面和凹面之间形成一空气层．在光线照射下，可以看到环状干涉条纹．试证明由中央外数第k 个明环的半径k r 和凸面半径R 1、凹面半径R ２以及波长λ之间的关系为12212)21(R R R R k r k --=λ．解 如计算题3.13解图所示，平凸透镜和平凹透镜之间形成空气隙，设Ａ点处形成 k 级明条纹，明条纹半径为r k ，该处对应的空气膜厚度为d k ．由图中几何关系得211221)(d R r R k -+=，将上式展开，并消去无穷小量21d ，得1212R r d k =， 同理可得2222R r d k =． K 级明条纹对应的膜厚为)11(221221R R r d d d k k -⋅=-=，k 级明条纹满足光程差公式λλk d k =+2/2．将k d 代入，整理得计算题3.13图 计算题3.13解图d12212)21(R R R R k r k --=λ．３.14 机加工中常常要用块规来校对长度．计算题3.14图中，块规G 1的长度是标准的，G 2是要校准的块规，两块块规的两个端面经过磨平抛光．G 1 和G 2的长度不等，在它们的上面盖以透明的平板玻璃G ，G 与G 1、 G 2之间形成空气隙，当用单色光照明G 的表面时，可产生干涉条纹．（1） 设所用光波波长为500纳米，图中，间距l ＝５厘米，观察到等间距的干涉条纹，条纹间距为0.5毫米．试求块规的高度差．怎样判断它们之中哪个长？（2） 如果G 和 G 1间干涉条纹间距是0.5毫米，Ｇ和G 2间干涉条纹间距是0.3毫米，则说明什么问题？解 （１）在玻璃平板Ｇ与块规之间形成尖劈形状的空气隙（计算题3.14解图a ），劈角α与产生的干涉条纹间距之间的关系为αλ2=∆x ， 因此块规G 1、G 2之间的高度差为26105.25.021*******--⨯=⨯⨯⨯=∆==∆x l l h λα（毫米）．轻轻压玻璃板Ｇ，Ｇ1和Ｇ2中短者与G 之间夹角变小，干涉条纹变疏；长者与Ｇ之间夹角变大，条纹变密(计算题3.14解图b)．（２）在不加压力于Ｇ的情况下，若与Ｇ1、Ｇ2间干涉条纹间距不同，说明Ｇ1Ｇ2的上表面不严格平行，两表面空气劈角不等劈角差为2)11(1212λαααx x ∆-∆=-=∆计算题3.14图计算题3.14解图（a ）（b ）46103.3210500)5.013.01(--⨯=⨯⨯-=（弧度）３.15 若用钠光灯（λ1=589.0纳米，λ2=589.6纳米）照明迈克尔孙干涉仪，首先调整干涉仪，得最清晰的干涉条纹，然后移动M 1，干涉图样为什么逐渐变得模糊？问第一次干涉条纹消失时，M 1由原来位置移动了多少距离？解 迈可耳孙干涉仪双光束干涉,可以等效为空气中的空气膜的干涉．空气膜折射率为1.0．取视场中心，则0.10cos cos 2==i ．今以λ1=589.0纳米和λ2=589.6纳米钠双线照明．设在空气膜厚度为d 1时，对λ1和λ2，干涉条纹中心都为明条纹，前者级次为1k ，后者级次为m k -1．视场中心同时满足 1112λk d =,（１）211)m k (d 2λ-=．（２）由于两谱线波长相差很小，所以它们干涉条纹宽度分布规律基本上一样．即在两者干涉图样中心都是亮条纹时，其他亮条纹也重合得很好．使得视场中干涉条纹看起来很清晰． 今逐渐移动Ｍ1，增加等效空气膜厚度d ，视场中心两种波长的干涉条纹各自以不同的速度外冒，由于两套干涉条纹非相干叠加的结果，使得视场中条纹可见度越来越坏，直至条纹完全消失．此时两套干涉图样恰好是一个的极大与另一个的极小相重合．因此有 1222λk d =，（３）222)21(2λ--=m k d ．（４）代入已知量解上面四个方程，求得M 1移动的距离1447.012=-=∆d d d (毫米).３.16 用水银蓝光(λ =435.8纳米)扩展光源照明迈克耳孙干涉仪，在视场中获得整20个干涉圆条纹．现在使Ｍ１远离Ｍ'２，使d 逐渐加大，由视场中心冒出500个条 纹后，视场内等倾圆条纹变为40个．试求此干涉装置的视场角、开始时的间距d 1和最后的间距d 2．解 计算题3.16解图中，Ｍ1是圆形反射镜, Ｍ'2是圆形反射镜Ｍ2的像，二者等效为空气 膜面．它们对观察透镜中心的张角22i 是视场角．当Ｍ1和Ｍ'2的起始间距为d １时，对于视场中心 和边缘，分别有λ中k d =12，1 '2计算题3.16解图λ)20(cos 221-=中k i d ．间距由d １增加到d ２的过程中，冒出500个条纹，则此时对中心和边缘有 λ)500(22+=中k d ，λ)40500(cos 222-+=中k i d ．已知λ＝435.8纳米,解上面四方程，可得0226.16=i ，500=中k ， 109.01=d 毫米，218.02=d 毫米．３.17 用迈克耳孙干涉仪作精密测长，光源为632.8纳米的氦氖激光，其谱线宽度为10-4纳米，光电转换接收系统的灵敏度可达到1/10个条纹，求这台仪器的测长精度和测长量程．解 迈克耳孙干涉仪的测长精度由接收系统的灵敏度来决定．由于干涉条纹每变化一个，长度就变化半个波长．接收系统灵敏度可达到1/10个条纹，因此测长精度为64.312101=⋅=λδl （纳米）． 一次测长量程m l 由相干长度0l 来决定．2212120≈∆⋅==λλl l m （米）．３.18 我们大致知道某谱线的能量分布在600～600.018纳米范围内，并且其中包含很多细结构，最细结构的波长间隔为6×10-4纳米．试设计一标准具，用它可以研究这一谱线的全部结构．解 由于要分析的谱线能量在600~600.018纳米范围内，要求所设计的标准具（即d 固定的法布里－珀罗干涉仪）自由光谱范围应为018.022==∆dλλ自（纳米）．由此计算出标准具反射面之间距离最大应为10018.02600222=⨯=≤自λλd （毫米）． 所得最大的干涉级次为λdk m 2=．因最细结构的波长间隔为6×10-4纳米，此为要求的最小可分辨波长间隔．由此求出对标准具分辨本领的要求．即64101106600⨯=⨯=∆=-辨λλR ．又因21r rk R m-=π，将k m 代入可求得反射面的振幅反射比为r ≥0.95．因此，要分析能量分布在600～600.018纳米范围内，最细结构的波长间隔为6×10-4纳米的谱线，标准具d 最大为10 毫米，反射面 r ≥0.95.３.19 设法－珀腔腔长5厘米，照明的扩展光源波长为600纳米，试求（１） 所得到的等倾干涉圆条纹中心的级次是多少？（２） 设光强反射率为0.98，在倾角10附近干涉环的半角宽度是多少？ （３） 如果用这个法－珀腔分辨谱线，其色分辨本领有多高：（４） 如果用这个法－珀腔对白光进行选频，透射最强的谱线有几条？每条谱线的宽度为多少？（５） 由于热胀冷缩，引起腔长的改变量为510-（相对值），则谱线的漂移量为多少？解 （１）法布里－珀罗干涉仪透射光相干加强的件是 λk i nd =cos 2，对于干涉圆条纹中心，0.1cos =i ，上式为 λk nd =2，其中0.1=n ，5=d 厘米，600=λ纳米，代入上式，得干涉条纹中心级次56107.1106005022⨯≈⨯⨯==-λdk ． （２）k 级亮环的半角宽度公式98.098.011sin 502106001sin 20622/0ππλ∆-⋅⨯⨯⨯=-⋅=-r r d i k I6102.2-⨯=（弧度）54.0''≈．可见亮环非常细锐． （３）分辨本领72106.21⨯=-=r rk R π，可分辨的最小波长间隔：57103.2106.2600-⨯=⨯==Rλδλ（纳米） （４）用白光做光源进行选频，相邻两极大的波长间隔32110025.32-=∆⨯==∆dk λλ（纳米）。
3.光学练习题
光学练习题一、填空题1. 在用钠光（λ = 589.3 nm ）照亮的缝S 和双棱镜获得干涉条纹时，将一折射率为1.33的平行平面透明膜插入双棱镜上半棱镜的光路中，如图所示．发现干涉条纹的中心极大（零级）移到原来不放膜时的第五级极大处，则膜厚为________．(1 nm = 10-9 m)8.9 μm参考解： λ5)1(=-d n =-=)1/(5n d λ8.9 μm2. 采用窄带钨丝作为双缝干涉实验的光源．已知与双缝平行的发光钨丝的宽度b = 0.24 mm ，双缝间距d = 0.4 mm ．钨丝发的光经滤光片后，得到中心波长为690 nm (1 nm = 10-9m)准单色光．钨丝逐渐向双缝移近，当干涉条纹刚消失时，钨丝到双缝的距离l 是_________． 1.4×102 mm3. 以钠黄光（λ = 589.3 nm ）照亮的一条缝作为双缝干涉实验的光源，光源缝到双缝的距离为20 cm ，双缝间距为0.5 mm ．使光源的宽度逐渐变大，当干涉条纹刚刚消矢时，光源缝的宽度是_____________．(1nm = 10-9m)0.24 mm参考计算：光源的极限宽度为：mm 24.0(mm)10103.5895.0102039=⨯⨯⨯⨯==-λωd L4. 检验滚珠大小的干涉装置示意如图(a)．S 为单色光源，波长为λ，L 为会聚透镜，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 为标准件，直径为d 0．在M 上方观察时，观察到等厚条纹如图(b)所示．若轻压C 端，条纹间距变小，则可算出B 珠的直径d 1＝________________；C 珠的直径d 2＝________________． d 0， d 0－λ5. 用迈克耳孙干涉仪产生等厚干涉条纹，设入射光的波长为λ ，在反射镜M 2转动过程中，在总的观测区域宽度L 内，观测到总的干涉条纹数从N 1条增加到N 2条．在此过程中M 2转过的角度∆θ 是____________________)(212N N L-λ6. 测量未知单缝宽度a 的一种方法是：用已知波长λ的平行光垂直入射在单缝上，在距单缝的距离为D 处测出衍射花样的中央亮纹宽度为l (实验上应保证D ≈103a ，或D 为几米)，则由单缝衍射的原理可标出a 与λ，D ，l 的关系为a =______________________．2λD / l参考解：由sin ϕ = λ / a 和几何图， 有 sin ϕ = l / 2D∴ l / 2D = λ / a =2λD / l7. 在单缝夫琅禾费衍射实验中，用单色光垂直照射，若衍射图样的中央明纹极大光强为I 0，a 为单缝宽度，λ 为入射光波长，则在衍射角θ 方向上的光强度I = __________________．图(b)12λ222220sin )sin (sin λθλθa a I ππ 或写成 220sin u u I I =， λθsin a u π=8. 在双缝衍射实验中，若缝宽a 和两缝中心间距d 满足 d / a = 5，则中心一侧第三级明条纹强度与中央明条纹强度之比I 3﹕I 0 = _____________．0.255[或2)5/35/3sin (ππ]参考解： 5==αβa d ， ∴ β = 0，π，2 π，3 π，4 π当 β = 3 π α = 3 π /5 而由光强公式 I 3﹕220)sin (cos ααβ=I =ππ⋅π=22)5/35/3sin ()3(cos 0.2559. 一平面衍射光栅，透光缝宽为a ，光栅常数为d ，且d / a = 5，在单色光垂直入射光栅平面的情况下，若衍射条纹中央零级亮纹的最大强度为I 0，则第一级明纹的最大光强为_______．20)5/5/sin (ππI 或 0.875I 010. 一会聚透镜，直径为 3 cm ，焦距为20 cm ．照射光波长550 nm ．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_________rad ．这时在透镜焦平面上两个衍射图样的中心间的距离不小于_________________ μm ． (1 nm = 10-9 m)2.24×10-5，4.4711. 如图所示，一束自然光入射到折射率分别为n 1和n 2的两种介质的交界面上，发生反射和折射．已知反射光是完全偏振光，那么折射角r 的值为_______________________． π / 2－arctg(n 2 / n 1)12. 应用布儒斯特定律可以测介质的折射率.今测得此介质的起偏振角i 0＝56.0，这种物质的折射率为_________________． 1.48 二、计算题1. 在双缝干涉实验中，单色光源S 0到两缝S 1和S 2的距离分别为l 1和l 2，并且l 1－l 2＝3λ，λ为入射光的波长，双缝之间的距离为d ，双缝到屏幕的距离为D (D >>d )，如图．求： (1) 零级明纹到屏幕中央O 点的距离． (2) 相邻明条纹间的距离．解：(1) 如图，设P 0为零级明纹中心屏则 D O P d r r /012≈- (l 2 +r 2) - (l 1 +r 1) = 0∴ r 2 – r 1 = l 1 – l 2 = 3λ ∴()d D d r r D O P /3/120λ=-=(2) 在屏上距O 点为x 处, 光程差λδ3)/(-≈D dx 明纹条件λδk ±= (k ＝1，2，....) ()d D k x k /3λλ+±=在此处令k ＝0，即为(1)的结果．相邻明条纹间距 d D x x x k k /1λ=-=+∆2. 如图所示，把一凸透镜L 切成两半，并稍微拉开一个距离h ，用一小遮光板把其间的缝挡住．将一波长为λ 的单色点光源S 放在轴线O ′O 上，且f O S 2='，f 是透镜的焦距．在透镜后面放一观察屏C ，已知f O O 10='．设x 轴的原点O 点处的光强为I 0．求x 轴上任一点P 点的光强I 随x 而变化的函数关系（即把I 表示成I 0，λ，h ，f 和x 的函数）．解：根据几何光学作图法可知点光源S 发出的光束经过上半个透镜L 1和下半个透镜L 2分别折射后所形成的两光束和两个同相位的相干光源S 1和S 2的位置，如图所示．由透镜成像公式 fu 111=+v 和 f u 2= 得 f2=v又因SS 1和SS 2分别通过上下两个半透镜的中心，由图可得1:2:)(:21=+=u u h S S v∴ h S S 221=，且S 1S 2平面与屏的距离= 8f ．根据类似双缝干涉的计算可知P 点的光强)21(cos 4)cos 1(22121φφ∆∆=+=I A I其中 θλδλφsin )2(22h π=π=∆f hx f x h λλ428)2(2π≈π≈ ∴ f hx I I λ4cos 421π=．当x = 0时，104I I =． fhx I I λ4cos 20π=．3. 如图所示，用波长为λ= 632.8 nm (1 nm = 10-9m)的单色点光源S 照射厚度为e = 1.00×10-5 m 、折射率为n 2 = 1.50、半径为R = 10.0 cm 的圆形薄膜F ，点光源S 与薄膜F 的垂直距离为d = 10.0 cm ，薄膜放在空气（折射率n 1 = 1.00）中，观察透射光的等倾干涉条纹．问最多能看到几个亮纹？（注：亮斑和亮环都是亮纹）．解：对于透射光等倾条纹的第k 级明纹有：λk r e n =cos 22 中心亮斑的干涉级最高，为k ma x ，其r = 0，有： =⨯⨯⨯⨯==--752max 10328.61000.150.122λen k 47.4应取较小的整数，k ma x = 47（能看到的最高干涉级为第47级亮斑）．最外面的亮纹干涉级最低，为k min ，相应的入射角为 i m = 45︒(因R =d ),相应的折射S角为r m ，据折射定律有 m m r n i n s i n s i n21= ∴ 50.145sin 00.1sin )sin (sin 1211︒==--m m i n n r = 28.13° 由 λm i n 2c o s 2k r e n m = 得：752m i n10328.613.28cos 1000.150.12cos 2--⨯︒⨯⨯⨯==λmr e n k = 41.8 应取较大的整数，k min = 42（能看到的最低干涉级为第42级亮斑）． 3分∴最多能看到6个亮斑（第42，43，44，45，46，47级亮斑）．4. 用迈克耳孙干涉仪精密测量长度，光源为Kr 86灯，谱线波长为605.7 nm （橙红色），谱线宽度为0.001 nm ，若仪器可测出十分之一个条纹的变化，求能测出的最小长度和测量量程．(1 nm = 10-9 m)解：每变化一个条纹，干涉仪的动镜移动半个波长，故能测出十分之一个条纹，则能测出长度的最小值为 =⨯λ21)10/1(30.3 nm ，用迈克耳孙干涉仪动镜可以测量的量程为光的相干长度之半==∆λλ/21212c l 18 cm 。
01651_《光学习题》PPT课件
衍射现象及其分类
衍射现象
光绕过障碍物继续传播的现象。
分类
菲涅尔衍射（近场衍射，障碍物 尺寸与波长相当或更小）、夫琅 禾费衍射（远场衍射，障碍物尺
寸远大于波长）。
应用
光谱分析、光栅分光、光学仪器 分辨率的确定等。
2024/1/26
7
02
光的偏振与色散
2024/1/26
8
偏振光及其产生方式
A
偏振光定义
21
波粒二象性和不确定性关系
波粒二象性
光和微观粒子都具有波粒二象性，即它们既可以表现出波动性也可以表现出粒子性。波动性表现为干 涉、衍射等现象，而粒子性则表现为光电效应、康普顿效应等现象。
不确定性关系
海森堡在1927年提出了不确定性原理，指出我们无法同时精确测量微观粒子的位置和动量。这种不确 定性是量子力学的基本原理之一，也是波粒二象性的重要体现。不确定性关系表明，微观世界的本质 是不确定的和概率性的。
散射
当光通过某些物质（如大气中的分子、尘埃 等）时，会被散射成不同方向的光，这些散 射光也是部分偏振光。
D
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马吕斯定律与布儒斯特角
马吕斯定律
描述的是线偏振光通过检偏器后的光强与检偏器透振方向夹角的关系。当一束强度为I0的线偏振光通过检偏器后 ，透射光的强度I与入射光的强度I0及检偏器透振方向夹角θ的关系符合马吕斯定律。
24
非线性光学现象探讨
非线性光学现象的定义及分 类
常见的非线性光学现象：二 次谐波产生、和频与差频产 生、四波混频、自聚焦等
非线性光学材料的研究与应 用
非线性光学在光通信和光计 算中的应用前景
2024/1/26
25
高考物理光学知识点之几何光学技巧及练习题附答案(3)
高考物理光学知识点之几何光学技巧及练习题附答案(3)一、选择题1．有关光的应用，下列说法不正确的是（ ）A ．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度B ．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象C ．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的折射形成的色散现象D ．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射原理2．光在真空中的传播速度为c ，在水中的传播速度为v 。
在平静的湖面上，距水面深h 处有一个点光源，在水面上某些区域内，光能从水面射出，这个区域的面积为（ ）A ．2222πv c v h -B ．222πc v hC ．222πvc vh - D ．2222)(πc v c h - 3．先后用两种不同的单色光，在相同的条件下用同双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中间距较大．．．．．的那种单色光，比另一种单色光（ ） A.在真空中的波长较短 B.在玻璃中传播的速度较大C.在玻璃中传播时，玻璃对其折射率较大D.其在空气中传播速度大4．甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，相邻两个亮条纹的中心距离分别记为Δx 1和Δx 2，已知Δx 1＞Δx 2。
另将两单色光在真空中的波长分别用λ1、λ2，在同种均匀介质中传播的速度分别用v 1、v 2，光子能量分别用E 1、E 2、在同种介质中的折射率分别用n 1、n 2表示。
则下列关系正确的是 A ．λ1<λ2 B ．v 1<v 2 C ．E 1<E 2 D ．n 1>n 25．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( ) A ．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小 B ．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小 C ．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大 D ．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大6．如图所示，O 1O 2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A 、B 是关于O 1O 2轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN 是垂直于O 1O 2 放置的光屏，沿O 1O 2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P ,根据该光路图，下列说法正确的是（ ）A．在该玻璃体中，A光比B光的运动时间长B．光电效应实验时，用A光比B光更容易发生C．A光的频率比B光的频率高D．用同一装置做双缝干涉实验时A光产生的条纹间距比B光的大7．如图所示，为观察门外情况，居家防盗门一般都会在门上开一小圆孔.假定门的厚度为a=8cm，孔的直径为d=6cm，孔内安装一块折射率n=1.44的玻璃，厚度可]的厚度相同，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8.则A．如未装玻璃，室内的人通过小孔能看到外界的角度范围为106°B．装人玻璃后，室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围约为106°C．装人玻璃的折射率越大，室内的人通过玻鵯能看到外界的角度范围就越小D．若要将视野扩大到180°，需嵌入折射率大于或等于53的玻璃8．下列说法中正确的是A．白光通过三棱镜后呈现彩色光带是光的全反射现象B．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象C．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉9．如图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样．现让a、b 两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是（）A．①③B．①④C．②④D．只有③10．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光()A．在真空中，a光的传播速度比b光的大B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小11．下列说法正确的是（）A．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空中，在不断增大入射角水面上首先消失的是绿光B．光的双缝干涉实验中，在光屏上的某一位置会时而出现亮条纹，时而出现暗条纹C．红光的光子能量比紫光光子能量大D．只有横波才能产生干涉现象12．在玻璃中有一个截面为三角形的柱状真空空腔，a, b两束单色光以同样的入射角θ由玻璃射入空腔，部分光路如图，下列说法正确的是（）A．若增大b光在空腔内先消失B．若改变θ，a光通过空腔的时间一定比b光短C．在同一双缝干涉装置的干涉条纹a光较宽D．若将两个相同的小球分别涂上a、b两种颜色放在同样深度的水中，在水面上看涂a颜色的小球较浅13．如图所示，放在暗室中的口径较大不透明的薄壁圆柱形浅玻璃缸充满水，缸底中心有一红色发光小球（可看作点光源），从上往下看，则观察到（）A．水面有一个亮点B．充满水面的圆形亮斑C．发光小球在水面上的像D．比小球浅的发光小球的像14．一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时A．速度相同，波长相同B．速度不同，波长相同C．速度相同，频率相同D．速度不同，频率相同15．如图所示是一透明玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径。
光学3
对可见光的上、下限值，有:
min 400nm
max
k min 1.45 760nm kmax 2.75
k 只能取整数，因此在可见光范围内： k 2
B
A2
/2
BC a sin k o 2 （ k 个半波带）
a sin 2k k 干涉相消(暗纹) 2 k 个半波带 2 干涉加强(明纹) 2k 1 a sin (2k 1) 个半波带 2 （介于明暗之间） (k 1,2,3,) a sin k 2
111页 •两个点光源相距较远，能分辨。
S1 S2
1.22
a
1.22
a
重点
1.22
a
完全可分辨
刚刚能分辨
分辨不开
1.22
a
提高仪器的分辨能力有两种：
方法一：用大口径的透镜，a大。
一般天文望远镜的口径都很大，世界 上最大的天文望远镜在智利，直径16米。
用美国的哈勃望远镜（直径5米） 观察到新星的诞生
a
附加题4.一束波长为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 ) . ( B ) /2. ( C ) 3 /2. ( D ) 2 .
A B C L D P
F
屏
[ A ]
③中央亮条纹的亮度很大（90％），其他次亮纹 的亮度则很小，依次衰减，实际只能看到一级； （4） a越小，障碍越厉害（λ 一定），衍射越 厉害； a sin k （5） 用红色光源照射单缝则衍射现象明显。用 白色光源照射单缝，中央为白色条纹，其它条纹 发生色散现象。 x f
光学讲义(含答案)
k b
解：因为 sin k
（4）光栅衍射（P227） 光栅方程： d sin
b
所以b=
= sin k sin 1
j
例题 17： 用白光垂直照射光栅时,能在 30 方向上观察到波长为 550nm 的第二级谱
7
光学·李佩
线,求光栅常数 d。
j 2 550nm = =2200nm 1 sin 2 例题 18：波长为 600nm 的单色平行光垂直照射到光栅，第二、三级条纹分别出现 解：因为d sin j 所以d=
1
P＇
光学·李佩
（4） 薄透镜成像问题（P37） 例题 5：在像方焦距为 10cm 的会聚透镜后面 20cm 处，垂轴放一平面镜；请问当
物放在透镜前何处， 才能使它发出的光线经透镜折射，平面镜反射最终再经透镜 折射后出射光线为平行于主轴的光线? r 解：由题可知f=10cm， f= 。 2 1 1 2 高斯公式为 ' S S r F＇ 因为最终的出射光线要平行于主光轴， O N
1 =k 2 2
例题 13：平面复色光垂直照射厚度均匀的油膜，油膜是覆盖在玻璃板上的，在
1 700nm 和 2 500nm 两波长处， 反射光呈相消干涉， 并在该两波长之间无另外
波长的相消干涉， 已知油膜和玻璃的折射率分别为 n1 1.3 和 n2 1.5 ，求油膜的厚 度。
O
所以该球面镜为凹面镜
15cm
如果虚物在镜后15cm处，即S=15cm
例题 3：一发光点位于凹球面镜前 10cm 处，镜面的曲率半径为 16cm，求像距。
解：由题可知，物距S=-10cm，r=-16cm 1 1 2 高斯公式为： ' S S r 代入可得像距为S＇=-40cm
光学复习题及答案
光学复习题及答案1. 光的干涉现象是如何产生的？答：光的干涉现象是由于两个或多个相干光波相遇时，由于光波的相位差导致光强的增强或减弱。
当两波的相位差为0或2π的整数倍时，光波相互加强，形成亮条纹；当相位差为π或奇数倍π时，光波相互抵消，形成暗条纹。
2. 描述光的衍射现象及其应用。
答：光的衍射现象是指光波遇到障碍物或通过狭缝时，光波会偏离直线传播路径，向障碍物的阴影区域或狭缝的两侧弯曲。
衍射现象的应用包括光栅光谱分析、光学成像系统的设计等。
3. 什么是偏振光？偏振光有哪些应用？答：偏振光是指光波的电场矢量在特定方向上振动的光。
偏振光的应用包括偏振太阳镜减少眩光、液晶显示技术以及光学显微镜中的偏振滤光片等。
4. 简述全反射现象及其条件。
答：全反射现象是指光从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于临界角时，光波完全反射回光密介质中，不会发生折射。
全反射的条件是光必须从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角。
5. 什么是色散现象？色散现象如何影响光学系统？答：色散现象是指不同波长的光在介质中传播速度不同，导致光的分散。
在光学系统中，色散现象会导致成像模糊、色差等问题，需要通过设计合适的光学系统来校正色差。
6. 光的波动性和粒子性是如何体现的？答：光的波动性体现在光的干涉、衍射和偏振等现象中，而粒子性则体现在光电效应和康普顿散射等现象中。
光的波动性和粒子性是光的波粒二象性的表现。
7. 描述光的多普勒效应及其应用。
答：光的多普勒效应是指当光源和观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的光波频率会发生变化。
多普勒效应的应用包括雷达测速、天文学中测量恒星的相对速度等。
8. 什么是光的相干性？如何提高光的相干性？答：光的相干性是指光波之间的相位关系。
提高光的相干性可以通过使用激光光源、使用干涉滤光片等方法来实现。
9. 简述光的波粒二象性。
答：光的波粒二象性是指光既表现出波动性也表现出粒子性。
在某些实验中，光表现为波动，如干涉和衍射现象；而在其他实验中，光表现为粒子，如光电效应。
初中物理光学专题知识训练30题含参考答案(5篇)
初中物理光学专题训练30题含答案一、填空题1．光学知识：（1）现有一枚透镜，透镜类型未知，如图所示是不同方向的入射光束分别穿过透镜时的光路图，则该透镜是透镜，可以用来矫正（选填“近视眼”或“远视眼”）。
小华同学用激光分别射向甲、乙两透镜后光的传播路径如图所示；（2）透明玻璃板前放一枚棋子，小华在A处看到棋子的像，在B处也看到了棋子的像（透明玻璃板与白纸垂直放置），则小华这两次看到的像的位置。
（选填“相同”或“不相同”）2．如图所示，把点燃的蜡烛放在处，光屏上出现缩小的像；把点燃的蜡烛放在处，光屏上出现放大的像；放在处时，光屏上不会成像．把蜡烛由C处移动到A处的过程中，像距不断选填( “变大”“变小”或“不变”)，像的大小不断(选填“变大” “变小”或“不变”)，当物距小于焦距时，无论怎样移动光屏，都不能在光屏上得到烛焰的像．3．我们将红、绿、叫作光的三原色。
人眼能感觉到的光称为。
还有一些光，人眼无法察觉，在色散光带红光外侧存在的不可见光叫做。
4．如图所示，人的眼睛很像一架（选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”），晶状体和角膜的共同作用相当于凸透镜，能把来自物体的光会聚在视网膜上形成物体的（选填“实”或“虚”）像。
用眼过度会使得晶状体变凸，焦距变短，使像成在视网膜的（选填“前”或“后”）方，形成近视眼。
5．如图是探究凸透镜成像的实验装置，光屏上得到了一个清晰的像（光屏上像未给出），则该像为、的实像，应用这一规律可以制成（选填“照相机”或“投影仪”），保持透镜不动，将蜡烛向左移动，为使光屏上再次出现清晰的像，应将光屏向移动（选填“左”或“右”）．二、单选题6．如图所示，F是透镜的焦点，其中光路正确的是（）A．甲和乙B．甲和丙C．甲和丁D．乙和丙7．下面表示光线通过半圆形玻璃砖的光路图中正确的是（）。
A．B．C．D．8．观察水上风景的照片，总能看到“倒影”部分比景物本身暗一些，这是由于（）A．冲洗的照片有质量问题B．入射光线有一部分折射进入水中C．眼睛产生的感觉D．入射光线被反射掉了一部分9．将一透镜正对太阳光，其下方的纸上呈现一个并非最小的光斑，这时光斑到透镜的距离为l．下面说法正确的是（）A．由于纸上呈现一个并非最小的光斑，所以可能是凹透镜B．一定是凸透镜，纸上的光斑是太阳通过透镜所成的实像C．一定是凸透镜，若透镜远离纸的过程中光斑一直变大，则透镜的焦距一定小于l D．一定是凸透镜，若透镜远离纸的过程中光斑一直变大，则透镜的焦距也随之变大10．关于声现象，下列说法正确的是（）A．液体振动也能发出声音B．超声波可以在真空中传播C．振幅大小决定音调的高低D．在常温下的空气中，次声波传播速度比超声波小11．如图是普通家庭住宅内的简易配电图，下列说法正确的是（）A．三孔插座的右侧插孔不会使试电笔氖管发光B．图中a是电能表，b是空气开关C．当人发生触电时，空气开关会迅速切断电路D．空气开关“跳闸”后，可以立即闭合开关12．劳动人民对自然现象进行观察和研究．留下了许多有名的谚语、俗语．下列有关现象的物理本质的解释，其中不正确的是（）A．“长啸声．山鸣谷应”一一是因为声音反射的结果B．“真金不怕火炼”一一金的熔点低于一般炉火火焰温度C．“两岸青山相对出．孤帆一片日边来”——运动和静止是相对的D．“潭滴疑水浅”——光的折射现象13．2020年6月21日下午，在我国的部分地区可看到如图所示的“金边日环食”奇观，下列现象中与日食成因相同的是（）A．海市蜃楼B．树荫下的圆形光斑C．凸面镜扩大视野D．水中舞月14．在图所示的光现象中，属于光的反射现象的是（）A．B．C．D．15．某凸透镜的焦距为10厘米，若物体在光屏上所成的像离该透镜的距离大于30厘米，则物体离该透镜的距离可能为（）A．3厘米B．13厘米C．23厘米D．33厘米16．阳光下，微风吹过天池湖，湖面上波光粼粼。
光学基础知识及习题
第二章光现象1、光源：能够自行发光的物体叫光源【下面哪些是光源：太阳、火焰、闪电、萤火虫、点燃的蜡烛、发光的电灯、激光束、月亮锃光瓦亮的书桌】2、光在均匀介质中是沿直线传播的大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折（海市蜃楼、早晨看到太阳时，太阳还在地平线以下、星星的闪烁等）3、光速光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快10m/s，在空气中的速度接近于这个速度，认为V，水中光在真空中的传播速度：V = 3×8的速度约为3/4V，玻璃中为约2/3V4、光直线传播的应用可解释许多光学现象：激光准直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等5、光线光线：表示光传播方向的直线，即沿光的传播路线画一直线，并在直线上画上箭头表示光的传播方向（光线是假想的，实际并不存在）6、光的反射【入射角、反射角、法线】光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象称为光的反射7、光的反射定律反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角可归纳为：“三线共面，两线分居，两角相等”理解：由入射光线决定反射光线，叙述时要“反”字当头发生反射的条件：两种介质的交界处；发生处：入射点；结果：返回原介质中反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角也变为零度8、两种反射现象镜面反射：平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光线（反射面是光滑平面）【黑板发亮看不清字】漫反射：平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线（反射面是粗糙平面或曲面）注意：无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律9、在光的反射中光路可逆10、平面镜对光的作用（1）成像（2）改变光的传播方向11、平面镜成像的特点（1）成的是正立等大的虚像（2）像和物的连线与镜面垂直，像和物到镜的距离相等理解：平面镜所成的像与物是以镜面为轴的对称图形，即平面镜是物像连线的中垂线。
光学习题专题教育课件
y′ 目镜
-l
-ω
ω仪
－y
-l -ω
－y
物镜
y′ 目镜 ω仪
由系统视放大率定义得：＝ tg仪 tg
tg y ,
l
y
f目 tg仪， 物＝
y y
l , l
tg仪＝
ly lf目
ly
即＝ lf目 l －4 －y f l
Г正负对系统影响，假如是正旳， 物镜为负透镜，像距为负？目镜
受物镜阻挡。
l
2000
要求都能看清，也就是要求望远镜的视放大率
＝ tg仪 ＝ tg 0.0003 ＝5 tg眼 tg 0.00006
解法2：利用望远镜原理图及参量关系
tg y目 ＝ y目
f目 400
tg － y物 ＝－ y目
f物
2000
tg f物 ＝－ 2000＝－5
tg f目
400
－ω´
y目
f物′ －f目
观察炉内情况，要求采用一种视放大率为4×旳仪器，问系
统应怎样设计？假定目镜旳焦距为f目′＝25mm，求物镜旳焦 距？
解：对有限远旳物体观察，首先不应是望远系统，其次显微 系统仅适应于对明视距离物体观察，此设计也不能用，不能 直接应用公式。
物体先经物镜成像，成像位置应该在目镜旳物方焦平面
上，出射光为平行光束。
发出，也就是与物像旳远近无关。
2、视放大率与角放大率相等，感觉目旳与我们旳距离近 了，也就是视角被放大了
问题1、望远镜将物体放大了，大旳物体感觉近。
问题2、望远镜将物体成像在物镜旳焦平面上，我们看 到旳是前移了旳像。
8、欲分辩0.0005mm长旳微小物体，求显微镜旳 放大率，假如采用8×目镜，则物镜旳放大率等 于多少？
《光学》讲义笔记习题答案
题 1.如图所示，折射率为 n2 ，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 n1 和 n3 ，已知 n1 n2 n3 ，若用真空中波长为 的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则
从上、下表面反射的光束（用①，②示意）的光程差是（ ）。
①②
A. 2n2e
B.
2n2e
2n2
C. 2n2e
题 4.在图示的双缝干涉实验中，若用半圆筒形的薄玻璃片（折射率 n1 1.4 ）覆盖缝 S1 ,用同
样厚度的玻璃片（折射率 n2 1.7 ）覆盖缝 S2 ，将使屏上原来未放玻璃时的中央明纹所在处 O 变为第五级明纹，设单色光波长 480nm ，求玻璃片的厚度 d 。
解：未覆盖
r2 r1 0
d
S1
n1
r1
覆盖后
r2 d n2d r1 d n1d 5
整理得
r2 r1 n2 n1 d 5
O
联立可得 d 5 5 480 109 8 106m S2 n2
r2
n2 n1 1.7 1.4
题 5.如图所示，把折射率 n 1.5 的玻璃插入杨氏双缝干涉实验的一束光路中，光屏原来是 5 级亮纹所在的位置变为中央亮纹，已知光波长 6.0107 m ,求插入玻璃片的厚度。
到双缝的距离 D 2m ，求：
（1）两相邻明纹的间距;
（2）中央明纹上方第 5 级明纹的位置，以及下方第 3 级暗纹的位置。
解：（1）
x
D d
2 480 109 2 104
4.810 3m
（2）上方明纹：
x5
k
D d
5
4.8 10 3
2.4102m
下方暗纹： x3
《光学》讲义笔记习题答案
2k 1
2k 1
2k 1
可见光范围： 400nm 760nm
可见光范围内只能取 k 3 480nm
（2） 2ne 2k 1 k 0,1, 2
2
2
= 4ne 2 1.5 0.4 103 1200
k
k
k
可见光范围内取 k 2 600nm k 3 400nm
2.劈尖干涉
1.12510 2m
（5）由 =2d =k 得 2
k
2d
1 2
2h
1 2
2 2.8 10 6 600 10 9
1 2
9 （取整），明纹有 9
条
由 =2d = 2k 1 得
2
2
k
2d
2h
2 2.8 10 6 600 109
9 （取整），暗纹有 9 1 10 条
题 2.两块平板玻璃构成空气劈尖，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（ ）。
7．双缝干涉实验装置如图所示，双缝与屏之间的距离 D=120cm ，两缝之间的距离 d =0.50mm ，
用波长 =500nm （1nm 109 m ）的单色光垂直照射双缝。
(1) 求原点 O （零级明条纹所在处）上方的第五级条纹的坐标 x ；
(2) 如果用厚度 e 3.0103mm ，折射率 n 1.50 的透明薄膜覆盖在图中的 s1 缝后面，求原点
离开平玻璃过程中，可以观察到这些环状干涉条纹将
（填：形状不变，向中心收缩
或向外扩展）。 解： =2nd =k ， d k ，同一位置 k 变大，条纹变密，向中心收缩。
2
题 3.用紫色光观察牛顿环时，测得第 k 级暗环半径 rk 4mm ；第 k 5 级暗环的半径 rk5 6mm ， 所用平凸透镜的曲率半径 R 10m ，求紫光的波长和级数 k 。 解：暗环半径 r kR = kR
光学习题及答案,光学习题及提示
光学习题及答案练习二十二 光的相干性 双缝干涉 光程一.选择题1. 有三种装置(1) 完全相同的两盏钠光灯,发出相同波长的光,照射到屏上；(2) 同一盏钠光灯,用黑纸盖住其中部将钠光灯分成上下两部分同时照射到屏上； (3) 用一盏钠光灯照亮一狭缝,此亮缝再照亮与它平行间距很小的两条狭缝,此二亮缝的光照射到屏上.以上三种装置,能在屏上形成稳定干涉花样的是 (A) 装置(3). (B) 装置(2). (C) 装置(1)(3). (D) 装置(2)(3).2. 在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是 (A) 使屏靠近双缝.(B) 把两个缝的宽度稍微调窄. (C) 使两缝的间距变小. (D) 改用波长较小的单色光源.3. 如图22.1所示,设s 1、s 2为两相干光源发出波长为λ的单色光,分别通过两种介质(折射率分别为n 1和n 2，且n 1>n 2)射到介质的分界面上的P 点,己知s 1P = s 2P = r ,则这两条光的几何路程∆r ,光程差δ 和相位差∆ϕ分别为(A) ∆ r = 0 , δ = 0 , ∆ϕ = 0.(B) ∆ r = (n 1－n 2) r , δ =( n 1－n 2) r , ∆ϕ =2π (n 1－n 2) r /λ . (C) ∆ r = 0 , δ =( n 1－n 2) r , ∆ϕ =2π (n 1－n 2) r /λ . (D) ∆ r = 0 , δ =( n 1－n 2) r , ∆ϕ =2π (n 1－n 2) r .4. 如图22.2所示，在一个空长方形箱子的一边刻上一个双缝,当把一个钠光灯照亮的狭缝放在刻有双缝一边的箱子外边时,在箱子的对面壁上产生干涉条纹.如果把透明的油缓慢地灌入这箱子时,条纹的间隔将会发生什么变化？答:(A) 保持不变. (B) 条纹间隔增加. (C) 条纹间隔有可能增加. (D) 条纹间隔减小.5. 用白光(波长为4000Å～7600Å)垂直照射间距为a =0.25mm 的双缝,距缝50cm 处放屏幕,则观察到的第一级彩色条纹和第五级彩色条纹的宽度分别是(A) 3.6×10-4m , 3.6×10-4m . (B) 7.2×10-4m , 3.6×10-3m . (C) 7.2×10-4m , 7.2×10-4m . (D) 3.6×10-4m , 1.8×10-4m . 二.填空题图22.1图22.21. 在双缝干涉实验中,两缝分别被折射率为n 1和n 2的透明薄膜遮盖,二者的厚度均为e ,波长为λ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∆ϕ = .2. 如图22.3所示, s 1、、s 2为双缝, s 是单色缝光源,当s 沿平行于s 1、和s 2的连线向上作微小移动时, 中央明条纹将向 移动；若s 不动,而在s 1后加一很薄的云母片,中央明条纹将向 移动.3. 如图22.4所示,在劳埃镜干涉装置中，若光源s 离屏的距离为D , s 离平面镜的垂直距离为a (a 很小).则平面镜与屏交界处A 的干涉条纹应为 条纹；设入射光波长为λ，则相邻条纹中心间的距离为 . 三.计算题1. 在双缝干涉实验中,单色光源s 到两缝s 1和s 2的距离分别为l 1和l 2,并且l 1－l 2=3λ, λ为入射光的波长,双缝之间的距离为d ,双缝到屏幕的距离为D ,如图22.5,求(1) 零级明纹到屏幕中央O 点的距离； (2) 相邻明条纹间的距离.2. 双缝干涉实验装置如图22.6所示,双缝与屏之间的距离D =120cm,两缝之间的距离d =0.50mm,用波长λ=5000 Å的单色光垂直照射双缝.(1) 求原点O (零级明条纹所在处)上方的第五级明条纹的坐标.(2) 如果用厚度e =1.0×10-2mm,折射率n =1.58的透明薄膜覆盖在图中的s 1缝后面,求上述第五级明条纹的坐标x ' .练习二十三 薄膜干涉 劈尖一.选择题1. 如图23.1 所示, 薄膜的折射率为n 2, 入射介质的折射率为n 1, 透射介质为n 3,且n 1＜n 2＜n 3, 入射光线在两介质交界面的反射光线分别为(1)和(2), 则产生半波损失的情况是(A) (1)光产生半波损失, (2)光不产生半波损失. (B) (1)光 (2)光都产生半波损失. (C) (1)光 (2)光都不产生半波损失.(D) (1)光不产生半波损失, (2)光产生半波损失.2. 波长为λ的单色光垂直入射到厚度为e 的平行膜上,如图23.2,若反射光消失,则当n 1＜n 2＜n 3时,应满足条件(1)； 当n 1＜n 2＞n 3时应满足条件(2). 条件(1),条件(2)分别是图22.4图23.1(A) (1)2ne = k λ, (2) 2ne = k λ. (B) (1)2ne = k λ + λ/2, (2) 2ne = k λ+λ/2. (C) (1)2ne = k λ－λ/2, (2) 2ne = k λ. (D) (1)2ne = k λ, (2) 2ne = k λ－λ/2.3. 由两块玻璃片（n 1 = 1.75）所形成的空气劈尖,其一端厚度为零，另一端厚度为0.002cm ，现用波长为7000 Å的单色平行光，从入射角为30︒角的方向射在劈尖的表面，则形成的干涉条纹数为(A) 27. (B) 56. (C) 40. (D) 100.4. 空气劈尖干涉实验中,(A) 干涉条纹是垂直于棱边的直条纹, 劈尖夹角变小时,条纹变稀,从中心向两边扩展. (B) 干涉条纹是垂直于棱边的直条纹, 劈尖夹角变小时,条纹变密,从两边向中心靠拢. (C) 干涉条纹是平行于棱边的直条纹, 劈尖夹角变小时,条纹变疏,条纹背向棱边扩展. (D) 干涉条纹是平行于棱边的直条纹, 劈尖夹角变小时,条纹变密,条纹向棱边靠拢. 5. 一束波长为λ的单色光由空气入射到折射率为n 的透明薄膜上,要使透射光得到加强,则薄膜的最小厚度应为(A) λ/2. (B) λ/2n . (C) λ/4. (D) λ/4n . 二.填空题1. 如图23.3所示,波长为λ的平行单色光垂直照射到两个劈尖上,两劈尖角分别为 θ1和θ2 ,折射率分别为n 1和n 2 ,若二者形成干涉条纹的间距相等,则θ1 , θ2 , n 1和n 2之间的关系是 .2. 一束白光垂直照射厚度为0.4μm 的玻璃片,玻璃的折射率为1.50,在反射光中看见光的波长是 ,在透射光中看到的光的波长是 .3. 空气劈尖干涉实验中,如将劈尖中充水,条纹变化的情况是 ,如将一片玻璃平行的拉开, 条纹变化的情况是 . 三.计算题1. 波长为λ的单色光垂直照射到折射率为n 2的劈尖薄膜上, n 1＜n 2＜n 3,如图23.4所示,观察反射光形成的条纹.(1) 从劈尖顶部O 开始向右数第五条暗纹中心所对应的薄膜厚度e 5是多少？(2) 相邻的二明纹所对应的薄膜厚度之差是多少？图23.21图23.4图23.32. 在折射率n =1.50的玻璃上,镀上n '=1.35的透明介质薄膜,入射光垂直于介质膜表面照射,观察反射光的干涉,发现对λ1=6000Å的光干涉相消,对λ2=7000Å的光波干涉相长,且在6000Å～7000Å之间没有别的波长的光波最大限度相消或相长的情况,求所镀介质膜的厚度.练习二十四 牛顿环 迈克耳逊干涉仪 衍射现象一.选择题1. 严格地说,空气的折射率大于1,因此在牛顿环实验中,若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去时,干涉圆环的半径将(A) 变小. (B) 不变. (C) 变大. (D) 消失.2. 在图24.1所示三种透明材料构成的牛顿环装置中,用单色光垂直照射,在反射光中看到干涉条纹,则在接触点P 处形成的圆斑为(A) 全明. (B) 全暗.(C) 右半部明,左半部暗. (D) 右半部暗,左半部明.3. 在一块平玻璃片B 上,端正地放一个顶角接近于π,但小于π的圆锥形平凸透镜A ,在A 、B 间形成空气薄层,如图24.2所示,当用单色光垂直照射平凸透镜时,从玻璃片的下面可观察到干涉条纹,其特点是(A) 中心暗的同心圆环状条纹,中心密,四周疏. (B) 中心明的同心圆环状条纹,中心疏,四周密. (C) 中心暗的同心圆环状条纹,环间距相等. (D) 中心明的同心圆环状条纹,环间距相等.4. 把观察牛顿环装置中的平凸透镜换成半径很大的半圆柱面透镜, 用单色光垂直照射半圆柱面的平凸透镜时,观察到的干涉条纹的特点是(A) 间隔不等的与圆柱面母线平行的干涉直条纹,中间密,两边稀. (B) 间隔不等的与圆柱面母线平行的干涉直条纹,中间稀,两边密. (C) 间隔相等的与圆柱面母线平行的干涉直条纹. (D) 间隔相等的与圆柱面母线垂直的干涉直条纹.5. 在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放入一个折射率为n ,厚度为d 的透明片后,这条光路的光程增加了(A) 2(n －1)d .图24.1图24.2n 2n '2图24.4(B) 2nd . (C) (n －1)d . (D) nd . 二.填空题1. 用λ = 6000 Å的单色光垂直照射牛顿环装置时，从中央向外数第4个暗环(中央暗斑为第1个暗环)对应的空气膜厚度为 μm .2. 光强均为I 0 的两束相干光相遇而发生干涉时, 在相遇区域内有可能出现的最大光强是 .3. 惠更斯－菲涅耳原理的基本内容是:波阵面上各个面积元上，所发出的子波在观察点P 的 , 决定了P 点的合振动及光强. 三.计算题1. 图24.3所示为一牛顿环装置,设平凸透镜中心恰好和平玻璃接触,透镜凸表面的曲率半径是R =400cm,用某单色平行光垂直入射,观察反射光形成的牛顿环,测得第5个明环的半径是0.30cm .(1) 求入射光的波长.(2) 设图中OA =1.00cm,求在半径为OA 的范围内可观察到的明环数目.2. 在如图24.4所示的牛顿环装置中,把玻璃平凸透镜和平面玻璃(设玻璃折射率n 1=1.50)之间的空气(n 2=1.00)改换成水 (n '2 = 1.33 ),求第k 个暗环半径的相对改变量 (r k － r k ) / r k .练习二十五 单缝衍射 圆孔衍射 光学仪器的分辨率一.选择题1. 对杨氏双缝干涉的理解应为(A) 杨氏双缝干涉是两狭缝衍射光的干涉,因此干涉条纹的分布受单缝衍射因子的调制.(B) 杨氏双缝干涉完全是两束相干光的干涉. (C) 杨氏双缝干涉是两条单缝的衍射,无干涉. (D) 杨氏双缝干涉是双光束干涉与单缝衍射的迭加. 2. 关于半波带正确的理解是(A) 将单狭缝分成许多条带,相邻条带的对应点到达屏上会聚点的距离之差为入射光波长的1/2.(B) 将能透过单狭缝的波阵面分成许多条带, 相邻条带的对应点的衍射光到达屏上会聚点的光程差为入射光波长的1/2.(C) 将能透过单狭缝的波阵面分成条带,各条带的宽度为入射光波长的1/2.(D) 将单狭缝透光部分分成条带,各条带的宽度为入射光波长的1/2.3.波长λ = 5000 Å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,在凸透镜的焦面上放置一屏幕,用以观测衍射条纹,今测得屏幕上中央条纹一侧第三个暗条纹和另一侧第三个暗条纹之间的距离为d = 12 mm ,则凸透镜的焦距为(A) 2m.(B) 1m.(C) 0.5m.(D) 0.2m.(E) 0.1m.4. 单色光λ垂直入射到单狭缝上,对应于某一衍射角θ, 此单狭缝两边缘衍射光通过透镜到屏上会聚点A的光程差为δ = 2λ , 则(A) 透过此单狭缝的波阵面所分成的半波带数目为二个,屏上A点为明点.(B) 透过此单狭缝的波阵面所分成的半波带数目为二个,屏上A点为暗点.(C) 透过此单狭缝的波阵面所分成的半波带数目为四个,屏上A点为明点.(D) 透过此单狭缝的波阵面所分成的半波带数目为四个,屏上A点为暗点.5. 一直径为2mm的He－Ne激光束从地球上发出投射于月球表面,己知月球和地面的距离为376×103km, He－Ne激光的波长为6328Å,则月球得到的光斑直径为(A) 0.29×103m.(B) 2.9.×103 m.(C) 290×103 m.(D) 29×103 m.二.填空题1. 在单缝夫琅和费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若用钠黄光（λ1≈5890 Å）照射单缝得到中央明纹的宽度为4.0mm , 则用λ2=4420 Å的蓝紫色光照射单缝得到的中央明纹宽度为.2. 波长为5000 Å～6000 Å的复合光平行地垂直照射在a=0.01mm的单狭缝上,缝后凸透镜的焦距为 1.0m,则此二波长光零级明纹的中心间隔为,一级明纹的中心间隔为.3. 己知天空中两颗星相对于一望远镜的角距离为6.71×10-7rad,它们发出的光波波长按5500 Å计算,要分辨出这两颗星,望远镜的口镜至少要为.三.计算题1. 用波长λ = 6328Å的平行光垂直照射单缝,缝宽a = 0.15mm,缝后用凸透镜把衍射光会聚在焦平面上,测得第二级与第三级暗条纹之间的距离为1.7mm,求此透镜的焦距.2. 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,并垂直入射于单缝上,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？练习二十二光的相干性双缝干涉一.选择题 A C C D B二.填空题1. 2π(n1-n2)e/λ.2. 下, 上.3. 暗, ∆x=Dλ/(2a) .三.计算题1.光程差δ=(l2+r2)-(l1+r1)=(l2-l1)+(r2-r1)= l2-l1+xd/D=-3λ+xd/D(1)零级明纹δ=0有x=3λD/d(2)明纹δ=±kλ=-3λ+x k d/D有x k=(3λ±kλ)D/d∆x=x k+1-x k=Dλ/d2.(1)光程差δ=r2-r1=xd/D=kλx k=kλD/d因k=5有x5=6mm(2)光程差δ=r2-(r1-e+ne)=r2-r1-(n-1)e=x'd/D-(n-1)e=kλ有x'=[kλ+(n-1)e]D/d因k=5,有x'5=19.9mm练习二十三薄膜干涉劈尖一.选择题 B C A C B二.填空题1. n1θ1= n2θ2.2. 0.48μm; 0.6μm, 0.4μm.3. 依然平行等间距直条纹,但条纹变密；依然平行等间距直条纹，条纹间距不变，但条纹平行向棱边移动.三.计算题1.(1)因n1<n2<n3，所以光程差δ=2n2e暗纹中心膜厚应满足δk=2n2e k=(2k+1)λ/2 e k=(2k+1)λ/(4n2)对于第五条暗纹，因从尖端数起第一条暗纹δ=λ/2，即 k =0，所以第五条暗纹的k =4，故e 4=9λ/(4n 2)(2)相邻明纹对应膜厚差∆e=e k +1-e k =λ/(2n 2)2．因n 1<n 2<n 3所以光程差 δ=2n 2e λ1相消干涉，有 δ=2n 2e =(2k 1+1)λ1/2 λ2相长干涉，有 δ=2n 2e =2k 2λ2/2因λ2>λ1,且中间无其他相消干涉与相长干涉，有k 1=k 2=k ，故(2k +1)λ1/2=2k λ2/2 k=λ1/[2(λ2-λ1)]=3得 e=k λ2/(2n 2)=7.78⨯10-4mm练习二十四 牛顿环 迈克耳逊干涉仪一.选择题 C D D B A二.填空题 1. 0.9. 2. 4I 0 .3. 干涉(或相干叠加).三.计算题1. (1) 明环半径 r =[(2k -1)R λ/2]1/2λ=2r 2/[(2k -1)R ]=5000Å(2) (2k -1)=2r 2/(R λ)=100k =50.5故在OA 范围内可观察到50个明环（51个暗环）2. 暗环半径 2n kR λr k =2n kR λr k '=' 222n kR λn kR λn kR λr r r kk k '-='-13.6%111122222='-='-=n n n n n练习二十五 单缝 圆孔 分辨率一.选择题 A B B D C二.填空题1. 3.0mm .2. 0, 15mm.3. 1.0m.三.计算题1. 单缝衍射暗纹角坐标满足a sinθk=kλ线坐标满足x k=f tanθ≈f sinθ=f kλ/a∆x=x k-x k-1≈fλ/af≈a∆x/λ=400mm=0.4m；2.(1) 单缝衍射暗纹角坐标满足a sinθ1=λ1a sinθ2=2λ2因重合有a sinθ2=a sinθ1，所以λ1=2λ2(2) a sinθ1=k1λ1 = k12λ2 a sinθ2=k2λ2a sinθ1= a sinθ2得k2=2k1故当k2=2k1时,相应的暗纹重合光学习题及提示（西北工业大学理学院赵建林）第3章光的干涉与相干性3-1 两相干平面光波对称地斜射在记录介质表面，已知其传播方向平行于xz面，光的波长为632.8nm，记录介质位于xy平面。
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光学习题及提示3光学习题及提示（西北工业大学理学院赵建林）第3章光的干涉与相干性3-1 两相干平面光波对称地斜射在记录介质表面，已知其传播方向平行于xz面，光的波长为632.8nm，记录介质位于xy平面。
问：（1）当两束光的夹角为5º时，干涉条纹的间距为多少？（2）当两束光的夹角为60º时，干涉条纹的间距为多少？（3）如果记录介质的空间分辨率为1000线对/毫米，该介质能否记录上述两种条纹？提示：直接利用两光束对称入射时的干涉条纹间距公式计算。
如果干涉条纹间距小于0.001毫米，则用该记录介质无法记录。
3-2 杨氏干涉实验中，已知双孔间距d=0.7mm，双孔屏到观察屏的距离D=5m，试计算照明光波波长分别为400nm、500nm和600nm时，观察屏上干涉条纹的间距∆x。
提示：直接利用杨氏干涉条纹间距公式计算。
3-3 利用杨氏干涉实验测量单色光波长。
已知双缝间距d=0.4mm，双缝屏到观察屏的距离D=1.2m，用读数显微镜测得10个条纹的总宽度为15mm，求单色光的波长λ=？提示：先计算干涉条纹间距，然后代入杨氏干涉条纹间距公式计算波长。
3-4 杨氏干涉实验中，已知双缝间距d=3.3mm，双缝屏到观察屏的距离D=3m，单色光的波长λ=589.3nm，求干涉条纹的间距∆x。
现在其中一个狭缝后插入一厚度h=0.01mm的玻璃平晶，试确定条纹移动方向。
若测得干涉条纹移动了4.73mm，求玻璃的折射率。
提示：插入玻璃平晶后相当于增加了相应光束的光程，因而增大了观察平面上两束光波的光程差，故条纹将向加玻璃平晶一侧移动。
所增加的光程差（=(n-1)h）对应着条纹的移动量，即条纹移动量除以条纹间距再乘以波长。
3-5 设劳埃德镜的长度为5.0cm，观察屏与镜边缘的距离为3.0m，线光源离镜面高度为0.5mm，水平距离为2.0cm，入射光波长为589.3nm。
求观察屏上条纹的间距？屏上能出现几根干涉条纹？提示：直接利用杨氏干涉条纹间距公式计算条纹间距，由屏上两光波重叠范围的横向宽度除以条纹间距得条纹数目。
3-6瑞利干涉仪的结构和测量原理如下（见图）：以钠光灯作光源置于透镜L1的物方焦点S处，在透镜L2的像方焦点F2'处观测干涉条纹的移动，在两个透镜之间放置一对完全相同的玻璃管T1和T2。
实验开始时，T2充以空气，T1抽成真空，此时开始观测干涉条纹。
然后逐渐使空气进入T1管，直到T1管与T2管的气压相同为止，记下这一过程中条纹移动的数目。
设光波长为589.3nm，玻璃管气室的净长度为20cm，测得干涉条纹移动了98条，求空气的折射率。
F2'习题3-6图提示：类似于3-4题，条纹移动数目乘以光波长等于两束光的光程差改变量。
3-7 杨氏干涉实验中，光源宽度经一个狭缝限制为2mm，波长为546.1nm，双缝屏距离缝光源2.5m。
为了在观察屏上获得清晰可辨的干涉条纹，双缝间距不能大于多少？提示：利用光场的相干宽度计算公式。
3-8 杨氏干涉实验中，扩展光源发出波长为589.3nm的单色光，双缝屏位于光源后1m处，缝间距为2mm，求光源的临界宽度。
提示：同3-7题。
3-9 杨氏干涉实验中，采用单色线光源照明，已知波长λ=600nm，光源宽度s=0.5mm的，双缝平面与光源距离R=1m，问能看到干涉条纹时双缝中心的最大间距是多少？若双缝平面移到距光源2m处，双缝最大间距又是多少？提示：同3-7题。
3-10 用平均波长λ=500nm的准单色点光源做杨氏干涉实验，已知d=1mm，双缝屏与观察屏的距离D=1m，欲使观察屏上干涉条纹区域宽度达10cm，问光源的光谱宽度∆λ不能超过多少？提示：由题给条件可以计算出干涉条纹间距，由干涉条纹出现的区域宽度的一半除以条纹间距得条纹数目，由该条纹数目乘以波长得两光束的最大光程差，即光源的相干长度。
3-11 从与膜面法线成35o反射方向观察空气中的肥皂水膜（n=1.33），发现在太阳光照射下膜面呈现青绿色（λ=500nm），求膜的最小厚度。
提示：注意薄膜干涉条件：（1）太阳光斜照射，给出的是光自空气到膜面的入射角；（2）肥皂水膜位于空气中，两束反射光之间存在半波损；（3）绿光反射干涉相长；（4）求最小膜厚。
3-12 白光垂直照射到玻璃表面的油膜（n=1.30）上，发现反射的可见光中只有450nm和630nm两种波长成分消失，试确定油膜的厚度及干涉级次。
提示：注意薄膜干涉条件：（1）白光垂直照射；（2）油膜上下表面分别为空气和玻璃，两束反射光之间无半波损；（3）两种波长成分同时反射干涉相消。
3-13 白光正入射到空气中的一个厚度为380nm的肥皂水膜（n=1.33）上，求可见光在水膜正面反射最强的光波长及水膜背面透射最强的光波长。
如果水膜厚度远小于38nm，情况又如何？提示：注意薄膜干涉条件：（1）白光垂直照射；（2）肥皂水膜位于空气中，两束反射光之间存在半波损；（3）反射干涉相长的波长正好透射干涉相消，反之亦然；（4）厚度趋于0时，相当于两束反射或透射光没有几何程差。
3-14 波长为589.3nm的钠黄光垂直照射在楔形玻璃板上，测得干涉条纹间距为5mm，已知玻璃的折射率为1.52，求玻璃板的楔角。
提示：直接利用等厚干涉条纹间距公式（教材中公式（3.4-19））计算。
3-15 在玻璃表面上涂一层折射率为1.30的透明薄膜，设玻璃的折射率为1.5。
对于波长为550nm的入射光来说，膜厚应为多少才能使反射光干涉相消？此时光强的反射率为多少？与不加薄膜时相比，反射率减小了多少？提示：（1）根据题给条件光束在薄膜上下表面上的两次反射之间无半波损；（1）假设光束垂直入射，直接利用反射相消条件计算最小膜厚（2nh=λ/2，h=λ/4n）；（3）无薄膜时，光束被玻璃表面直接反射，分别根据教材中公式（3.4-33）和（3.4-31）计算有无薄膜时的强度反射率。
3-16 如图所示，两块平面玻璃板的一个边沿相接，与此边沿相距20cm处夹有一直径为0.05mm的细丝，以构成楔形空气薄膜，若用波长为589.3nm的单色光垂直照射，问相邻两条纹的间隔有多大？这一实验有何意义？习题3-16图提示：按照薄膜等厚干涉的特点，由细丝直径和光波长可求得条纹数目，再由条纹数目与细丝到两玻璃板交棱的距离求得相邻两条纹的间隔。
3-17 为检测工件表面的不平整度，将一平行平晶放在工件表面上，使其间形成空气楔。
用波长为500nm的单色光垂直照射。
从正上方看到的干涉条纹图样如图所示。
试问：(1) 不平处是凸起还是凹陷？(2) 如果条纹间距∆x=2mm，条纹的最大弯曲量l=0.8mm，凸起的高度或凹陷的深度为多少？习题3-17图提示：（1）按照等厚干涉特点，工件表面某部位凸起时，干涉条纹弯向高级次方向；凹陷时，干涉条纹弯向低级次方向。
因此，到底是凸起还是凹陷，还要看哪一侧条纹级次高。
（2）按照教材中公式（3.4-20），凸起高度或凹陷深度为lλ/2∆x。
3-18 在牛顿环实验中，若以r j表示第j个暗环的半径，试推导出它与透镜凸表面的曲率半径R及波长λ间的关系式。
若入射光的波长为589.3nm，测得从中心数第5暗环和第15个暗环的直径分别为10mm和20 mm，试问R为多少？提示：分别利用教材中公式（3.4-24）和（3.4-25）计算。
3-19 将一平凸透镜放在一块平板上，利用这个装置在反射的蓝光（λ=450nm）中观察牛顿环，发现从中心数第3个亮环的半径为1.06mm。
用红色滤光片代替蓝色滤光片后，测得第5个亮环的半径为1.77mm，试求透镜的曲率半径R和红光的波长λ。
提示：直接利用教材中公式（3.4-24）计算。
3-20钠光灯发射的黄光包含两条相近的谱线，平均波长为589.3nm。
在钠光灯下调节迈克耳孙干涉仪，发现干涉图样的衬比度随着动镜的移动而周期性地变化。
现测得条纹由最清晰变化到最模糊时，视场中共涌出（入）了490圈条纹，求钠双线的两个波长。
提示：条纹由最清晰变化到最模糊，表明衬比度变化了半个周期（从最大值到最小值）。
视场中涌出（入）了490圈条纹，表明两光束的光程差增大（减小）了490个波长。
代入公式（3.5-13）或（3.5-14）即可求出钠双线的两个波长。
3-21 迈克耳孙干涉仪中，用中心波长λ0=643.847nm、线宽∆λ=0.0013nm的镉红光照明，在初始位置时两臂光程差为零，然后缓慢移动动臂反射镜，直到视场中干涉条纹消失。
试求动臂反射镜移动过了多少距离？它相当于多少波长？提示：该问题可以视作上题的问题，只不过光源由双单色谱线换成了有一定带宽的准单色光。
可应用公式（3.5-19）求出此时两束光的光程差，光程差的一半即动镜移动的距离，除以中心波长则为波长数。
3-22 将折射率为1.54的玻璃板插入迈克耳孙干涉仪的一个臂内，观察到20个条纹的移动。
现已知照明光源的波长为632.8nm，试求玻璃板厚度。
提示：条纹移动表示光程差改变，后者源于折射率的改变。
由于折射率的改变而导致光程差的变化量，等于折射率的变化量乘以玻璃板的厚度。
3-23迈克耳孙干涉仪的一臂（反射镜）以速度v匀速推移，用透镜接收干涉条纹，并将其会聚到光电探测器上，从而将光强度的变化转换为幅值随时间变化的电讯号。
（1）若测得电讯号的时间频率为v1,求入射光的波长λ。
（2）若入射光波长在600nm左右，要使电讯号频率控制在50Hz，反射镜平移的速度应为多少？（3）按以上速度移动反射镜时，钠黄光产生电讯号的拍频为多少？（已知钠黄光双线波长分别为589.0nm和589.6nm。
）提示：由于动镜随时间移动而引起光程差的变化为2v t，光程差改变一个波长，电讯号幅值变化一个时间周期1/v1。
由此得关系式：1/v1=λ/2v。
3-24 已知法布里-珀罗干涉仪的两个反射镜的间距为1.00cm，在波长为500nm的光波照明下，视场中心正好是一个亮点，求第20个亮环的角半径。
提示：按薄膜等倾干涉条纹角位置关系求解，两反射镜间距即薄膜厚度。
3-25 已知法布里-珀罗干涉仪中反射镜的振幅反射比r=0.90，若要求它能分辨波长差为0.0136nm的两条H a谱线，试求两反射镜的最小间距。
已知H a谱线波长为656.3nm。
提示：利用公式（3.6-13）。
3-26 有两个波长λ1和λ2，在600nm附近相差0.0001nm，要用法布里-珀罗干涉仪把它们分辨开来，间隔h需要多大？设反射率R=0.95。
提示：同3-25t题。
3-27 激光器的谐振腔实际上就是一个法布里-珀罗标准具。
现要求一台氦氖激光器（λ=632.8nm）能分辨频率间隔为500MHz的两个振荡模式。
(1) 试问所需器件的色分辨本领（λ/∆λ）为多大？(2) 设构成标准具的两平面反射镜的强度反射率R=0.99，问它们相距多远才能达到上述要求?提示：分别利用公式（3.6-15）和（3.6-16）。