大学物理第12章光的干涉测试题(附答案及知识点总结)培训讲学

大学物理第12章光的干涉测试题(附答案及知识点总结)
第12章 习题精选
试题中相关常数：m 10μm 16-=，m 10nm 19-=，可见光范围（400nm~760nm ） 1、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π3，则此路径AB 的光程为：
（A ）λ5.1． （B ）n /5.1λ． （C ）λn 5.1． （D ）λ3．
［ ］
2、在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气中与在玻璃中： （A ）传播路程相等，走过光程相等． （B ）传播路程相等，走过光程不相等．
（C ）传播路程不相等，走过光程相等．（D ）传播路程不相等，走过光程不相等．
［ ］
3、如图所示，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、下两
表面反射的光束①与②的光程差是：
（A ）e n 22． （B ）2/22λ+e n ．
（C ）λ+e n 22． （D ）)2/(222n e n λ-．
［ ］
4、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 ）使两缝的间距变小．
（C ）把两个缝的宽度稍微调窄． （D ）改用波长较小的单色光源．
［ ］
3
5、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λ5.2，则屏上原来的明纹处：
（A ）仍为明条纹． （B ）变为暗条纹．
（C ）既非明纹也非暗纹． （D ）无法确定是明纹，还是暗纹．
［ ］
6、如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上．当
平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹：
（A ）向右平移． （B ）向中心收缩． （C ）向外扩张． （D ）向左平移．
［ ］
7、在牛顿环实验装置中，曲率半径为R 的平凸透镜与平玻璃板在中心恰好接触，它们之间充满折射率为n 的透明介质，垂直入射到牛顿环装置上的平行单色光在真空中的波长为λ，则反射光形成的干涉条纹中暗环半径k r 的表达式为：
（A ）R k r λ=k ． （B ）n R k r /k λ=． （C ）R kn r λ=k ． （D ）)/(k nR k r λ=．
［ ］
8、用波长为λ的单色光垂直照射置于空气中的厚度为e
折射率为1.5的透明薄膜，两束反射光的光程差
=δ_______________．
9、单色平行光垂直入射到双缝上．观察屏上P 点到两缝的距离分别为1r 和
2r ．设双缝和屏之间充满折射率为n 的介质，则P 点处光线的光程差为
___________．
S S 1
10、用一定波长的单色光进行双缝干涉实验时，欲使屏上的干涉条纹间距变大，可采用的方法是：
（1）________________________________________． （2）________________________________________．
11、在双缝干涉实验中，若使两缝之间的距离增大，则屏幕上干涉条纹间距_________；若使单色光波长减小，则干涉条纹间距_____________．
12、在双缝干涉实验中，若两缝的间距为所用光波波长的N 倍，观察屏到双缝的距离为D ，则屏上相邻明纹的间距为_______________．
13、用波长为λ的单色光垂直照射如图所示的牛顿环装置，观察从空气膜上下表面反射的光形成的牛顿环．若使平凸
透镜慢慢地垂直向上移动，从透镜顶点与平面玻璃接触至移动到两者距离为d 的过程中，移过视场中某固定观察点的条纹数目等于_______________．
14、图a 为一块光学平板玻璃与一个加工过的平面一端接触，构成的空气劈尖，用波长为λ的单色光垂直照射．看到反射光干涉条纹（实线为暗条纹）如图b 所
示．则干涉条纹上A 点处所对应的空气薄膜厚度为=e _________________．
15、用波长为λ的单色光垂直照射如图示的劈形膜（321n n n >>），观察反射光干涉．从劈形膜尖顶开始算起，第2条明条纹中心所对应的膜厚度=e _______________________．
图b
图a
n 1
n 2 n 3
16、波长为λ的平行单色光垂直照射到劈形膜上，若劈尖角为θ以弧度计），劈形膜的折射率为n ，则反射光形成的干涉条纹中，相邻明条纹的间距为__________________．
17、波长为λ的平行单色光垂直照射到折射率为n 的劈形膜上，相邻的两明纹所对应的薄膜厚度之差是____________________．
18、在双缝干涉实验中，双缝与屏间的距离m 2.1=D ，双缝间距mm 45.0=d ，若测得屏上干涉条纹相邻明条纹间距为1.5mm ，求光源发出的单色光的波长λ．
19、在杨氏双缝干涉实验中，用波长nm 1.546=λ的单色光照射，双缝与屏的距离mm 300=D ．测得中央明条纹两侧的两个第5级明条纹的间距为12.2mm ，求双缝间的距离．
20、在双缝干涉实验中，波长nm 550=λ的单色平行光垂直入射到缝间距
m 1024-⨯=a 的双缝上，屏到双缝的距离m 2=D ．求：
（1）中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距；
（2）用一厚度为m 106.65-⨯=e 、折射率为58.1=n 的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？
21、用白光垂直照射置于空气中的厚度为μm 50.0的玻璃片．玻璃片的折射率为50.1=n ．在可见光范围内哪些波长的反射光有最大限度的增强？
22、波长nm 650=λ的红光垂直照射到劈形液膜上，膜的折射率33.1=n ，液面两侧是同一种介质．观察反射光的干涉条纹．
（1）离开劈形膜棱边的第一条明条纹中心所对应的膜厚度是多少？ （2）若相邻的明条纹间距mm 6=l ，上述第1条明纹中心到劈形膜棱边距离
x 是多少？
23、用波长为nm 600=λ的光垂直照射由两块平玻璃板构成的空气劈形膜，劈尖角
rad 1024-⨯=θ．改变劈尖角，相邻两明条纹间距缩小了mm 0.1=∆l ，求劈尖
角的改变量θ∆．
24、曲率半径为R 的平凸透镜和平板玻璃之间形成空气薄层，如图所示．波长为λ的平行单色光垂直入射，观察反射光形成的牛顿环．设平凸透镜与平板玻璃在中心O 点恰好接触．求：
（1）从中心向外数第k 个明环所对应的空气薄膜的厚度k e ．
（2）第k 个明环的半径用k r （用R 、波长λ和正整数k 表示，R 远大于上一问的k e ．）
25、图示一牛顿环装置，设平凸透镜中心恰好和平玻璃接触，透镜凸表面的
R O
λ
O 1
曲率半径是cm 400=R ．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cm 00.1=OA ，求半径为OA 范围内可观察到的明环数目．
26、用波长nm 500=λ的单色光作牛顿环实验，测得第k 个暗环半径
mm 4k =r ，第10+k 个暗环半径mm 610k =+r ，求平凸透镜的凸面的曲率半径R ．
总体要求：
理解产生相干光的三个条件和获得相干光的两种方法．了解分波阵面法和分振幅法干涉的典型实验；掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系；掌握杨氏双缝干涉条纹及薄膜干涉条纹（尤其是劈尖和牛顿环）的分布规律，利用相关公式计算条纹分布．
第12章 参考答案
1、A
2、C
3、A
4、B
5、B
6、B
7、B
8、2
3λ
+
e 或2
3λ
-e 9、)(12r r n -
10、（1）使两缝间距变小；（2）使屏与双缝之间的距离变大． 11、变小；变小 12、N D / 13、λ/2d 14、λ2
3 15、2
2n λ 16、θλn 2 17、n
2λ
18、解：nm 5.562/=∆=D x d λ． 19、解：mm 268.0/=∆==x D d λλ． 20、解：（1）
m 11.0/20==∆a D x λ （2）零级明纹移到原第
7级明纹处．
21、解：nm 600=λ和nm 6.428=λ． 22、解：（1）λλk ne k =+2/2（明纹中心）
现1=k ，1e e k =，则膜厚度mm 1022.1)4/(41-⨯==n e λ． （2）mm 32/==l x
23、解：rad 100.442-⨯=-=∆θθθ．
24、解：（1）第k 个明环，λλk e k =+2
12 4/)12(λ-=k e k ．
（2）λλk R r k =+2
1)2/(22，2/)12(λR k r k -= ,...2,1=k ．
25、解：（1）()cm 10512252
×R
k r -=-=λ （或500 nm ）．
（2）λ
R r k 2212=-，对于cm 00.1=r ，5.505.02
=+=λR r k ．
故在OA 范围内可观察到的明环数目为50个．
26、解：()()m 410/2210=-=+λk k r r R ．
第12章 光的干涉
一、基本内容
1．单色光
单色光是指具有单一频率的光波，单色光不是单种颜色的光．可见光的波长是（380~760）nm ．虽然绝对单一频率的单色光不易得到，但可以通过各种方法获取谱线宽度很小的单色光．例如激光就可看作谱线宽度很小的单色光．
2．相干光
只有两列光波的振动频率相同、振动相位差恒定、振动方向相同时才会发生干涉加强或减弱的现象，满足上述三个条件的两束光称为相干光，相应的光源称为相干光源．
3．半波损失
光由光疏介质（即折射率相对小的介质）射到光密介质发生反射时，反射光的相位较入射光的相位发生π的突变，这一变化导致了反射光的光程在反射过程中增加了半个波长，通常称为“半波损失”．
4．光程和光程差 （1）光程
光波的频率v 是单色光的本质属性，与在何种介质中传播没有关系，而传播速度则与介质有关．在折射率为n 的介质中光速是真空中光速的n /1，由光速
v u n n λ=可知，在折射率为n 的介质中，光波的波长n λ也是真空中波长的n /1．这
样光在不同介质中经历同样的波数，但经历的几何路程却不同．所以有必要把光在折射率n 的介质中通过的几何路程折算到真空中所能传播的长度，只有这样才便于比较两束经过不同介质的光相位的变化．所以把光在折射率为n 的介质中通过的几何的路程r 乘以折射率n 折算成真空中所能传播的长度nr ，称nr 为光程．
（2）光程差
当采用了光程概念以后就可以把由相位差决定的干涉加强、减弱等情况用光程差来表示，为计算带来方便．即相位差π2λ
δϕ=∆（λ为真空中波长，δ为光程差），亦即λ
δ
ϕπ2=∆．
二、基本规律
光程差（含半波损失）是半波长偶数倍时干涉加强，干涉相长，明条纹中心；是半波长奇数倍时，干涉相消，暗条纹中心．
1．杨氏双缝干涉结果（分波阵面干涉），只讨论同一介质中传播：等间隔明暗相间条纹．
光程差：D
x d
=δ d
D k
x λ
±=k ),2,1,0( =k 明条纹位置（k x —k 级干涉条纹位置，D —屏距，d —缝距）
2
)
12(k λ
d D k x -±= ),2,1( =k 暗条纹位置 条纹中心间距：λd
D x =
∆ 2．薄膜干涉结果（分振幅干涉）
薄膜干涉基础公式相同，考虑从1n 入射到2n （21n n <），i 为入射角，d —薄膜厚度，此时要考虑“半波损失”，故反射加强（上表面亮纹位置）为
λλ
δk i n n d =+
-=2
sin 222
122 ),2,1( =k
反射减弱（上表面暗纹位置）为（注意此处k 可以取0，厚度为0处是暗纹）
2
)
12(2
sin 222122λ
λ
δ+=+
-=k i n n d ),2,1,0( =k
注意，一定要先分析反射光是否存在“半波损失”的情况，不能死搬硬套，一般介质折射率中间大两边小或中间小两边大都有半波损失，而三种介质折射率大小顺序排列无半波损失．
薄膜干涉光程差是入射角和厚度的函数．
等倾干涉：对于上两式，如果薄膜厚度不变，而光线倾角（入射角i ）变化，入射角i 相同的位置光线光程差相同，条纹花样相同，叫做等倾干涉．
精品资料
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11 等厚干涉：对于上两式，所有光线以同一入射角i 入射，而薄膜厚度变化，则厚度相同的位置光线光程差相同，条纹干涉花样相同，叫做等厚干涉．
对空气劈尖（上玻璃板下表面和下玻璃板上表面两束光反射）两侧介质相同，由于存在“半波损失”，所以上两式适用于在空气劈尖的上表面干涉．一般取垂直入射，0=i ，则在劈尖上表面干涉，光程差满足
λλ
δk nd =+=22 ),2,1( =k 明条纹
2)12(22λλ
δ+=+=k nd ),2,1,0( =k 暗条纹
n 代表劈尖内介质折射率． 劈尖端点处是暗纹，相邻明纹（或暗纹）厚度差n d 2λ=
∆，条纹线间距：θ
λn l 2=∆． 如果两侧介质不同，且满足折射率递增或递减顺序，则无半波损失，光程差满足
λδk nd ==2 ),2,1,0( =k 明条纹
2)12(2λ
δ-==k nd ),2,1( =k 暗条纹
劈尖劈尖端点处是暗纹，相邻明纹（或暗纹）厚度差和条纹线间距与有半波损失时相同．
利用劈尖原理检测零件平整度，上表面放标准板，顶角在左侧，下板凹陷条纹向左弯，凸起向右弯．
牛顿环的上表面干涉也是空气劈尖干涉，两侧介质相同，有半波损失，只不过牛顿环的空气厚度测量常转换成距透镜中心距离r 与透镜的曲率半径R 来表示牛顿环的明暗纹．
2
)12(k λR k r -= ),2,1( =k （明环） λkR r =k ),2,1,0( =k （暗环）。