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光学教程课后习题答案

第一章光的干涉

1.液反为5U0nm附r允投射在间距“为U・U22cm的戏縫丄.机距离18Ucm处的尢腓上形成「涉条纹.求两个丸条牧Z间的甲肉•若改用法氏为"Sm旳紅光投射到北耳缝上,㈣个亮条纹ZWIm-鹿乂为爭少?

口出迖觸a光第2爻%纹位賈的出禹.

斛:

山鎖纹简亞公式^_/肝_•巧_万几対

Aij=—A.=———x500x)07=0.409cmd0.022

|VQ

=x700x107=0.573cm

0.022

r?

|=/?

JLA|=2x0.409=0.X18cmd

2x0.573=1146cm

Ar/2-js.一bi=1-146-0.818=0.328cm

2.在杨氏实峻驶丑屮,光濛波长为6401101,两伙缝何距为°4mm,光戾戾狄缝的距离为50cm.U;R:

⑴光屏卜第I亮条纹和屮克亮条纹Z何的ST西

(2)若卩点离屮央主篆纹为U.lmni•何佚束光在p“的相位井肚多少?

(3)欢p点的光强度H1中央点的强度Z比.

A/*=—Z

M:

(D山公式d

—k—x6.4x10'=R.0x10"*cm

樹d』4

⑵111谀▲第20页:

国】2的几何X系可111

A-彳v

A50

tx0.8x105

Z-<4彳加竽°°*

 

「:

T!

折射*为】・5的玻璃片|6入杨氏实的的柬尢路中,光屏上原来第5做亮条纹所金的位置为中央壳条纹•试水擁入的玻麹rwr;ltt.C知光波长为6X10m.

g_Ar

蜿:

木加彼堪片时・'、£到*点的先程筮・由公式廿一丁可知为

/;-/[=—x5>2k=5A

Ar=2ft

现右T发出的允束途屮捕入咬溝片吋.尸协的儿程瞪为

/;-[(5-^)+〃力]=y"A0二刍x0=0

听以咬的片的厚度为

h=-―—==IOA=6x104cm

〃-10.5

4.波K为500nm的单色¥行魅M.间距为(l・2mm的次佚绘丄通过具中•个缝的能*为另个的2侣•心离侯縫50cm的比屏匕形成T涉也祥•求丁涉*紋间涉•和条紋的可见度.

Ar=^A=—x500xl0^=1.25

“nrz、

人「人心2点鈿忑

一UH

】+(.£/站

=0.9427^0.94

5.波丘为TOOnm的比源'川沢H如兑的相交檢之何亦离为20cm梭到光刖何的距离L为180cm.若斷得I涉条纹中相邻亮条釵的何隔为1mm.求应儘半由之树的夹用U。

』(r+Z)A(2()0+】XO())x7()OxlO"北

贻2如2x200x1弧妒1Y

6.4®1・6图所示的劳埃徳镜实验中,光源S到观察历的距离为3•到劳埃棉镜面的垂垃距离为2mm-劳埃雉镜匕置于光渾和屏之间的中央.⑴石光波波长入=500nm■问条纹间距悬多少"二)确朮厨I"以石见条纹的区域大

 

Ar=^A=—x500x|0'二0」875mm

m:

⑵产牛干涉中几何关系斜:

设必点为必位百、%位迓为"

1|—N

^=tU+/)^«2仏+/)x

22扣")

2O

諾冲迴竺企翌小55计

2(D

1500-4001100

=托-”)Sna严托-/)——

22扣*)

2(15(X1-400)

1500+400

=丨」6mm

y=y2-=3.46-1.16=2.30mm

=-—

(3)•••劳坟建F涉存件半波摄艾坝级:

・N命4/

7.试求能产生红光(X=700«1)的二级反射干涉条纹的肥皂膜厚度•已知吧皂膜折射率为1.33,且平行光与发向成3C角入射.

解:

机据题

•.•2如〃;一才sin,=(2/+10)A/2

亠—学5=(晋…700=710nm

2x2J於-^sin24V1.332-sin230。

8.透镇衣面通常镀层如MgF?

(n=1.38)类的透明物质薄膜,R的是利用T涉来降低玻璃衣血的反射.为了便透備«可见光惘的屮心波汝(丽0阿)处产生跑、的反射,则级层必須有多焊?

解:

可以认为光是沿底自方向入射的.npz'=/2=0<>

山r上卜•农血的反射都山光密介质反射到光疏介质,所以无额外光若•

丙此光程羞5=2〃力cosZ.=2〃力

3・=(2/4])£

如果光权羞爭「半波氏的命数倍即公式2.则满足反射郴泊的条件

2/^=(2/+1)-

因此有2

^=(2/H)Z(y=()J2}

所以%

.八力皿=—=°‘°=99.64nm毎10'em

当/=0时厚度最小4//4x1.38

9.在两块玻璃片Z何一边放一条厚纸另一边相互压緊.玻璃片1长lOan,纸厚为0・05皿从60°的反射用进行观察,问在玻璃片单位长度内看到的干涉条纹数口地多少•灵单色光源波长为500mi・

解,山课木的页公式(卜35)可知斜面上毎•条纹的宽度所对应的空气尖劈的厚度的

加果认为血璃片的斥皮町以忽略个记的仿况卜.MI式屮处二叫i"內片度h浙对应的斜血上包含的条纹数为

hh0.05lnn

、hZ5000Xio7

故毂堆八I单位长仅的条纹仪为

/10条/用;K

10.0I.题装迓中•粘垂jfiJKB3片表尙的方向若去■右到郴邻曲条曙农鼠血为1•仏—己知般璃片长17.9cm,纸"0・0舫m■,求光波的波长・

斛:

依越朮相对F空气男的入M石

=(hcosa=l.smO~tan^

ln20cosr220Id

2tAZ2x().0J6x1.4一“nc让1A-4

•・.A二=二5.6312849】6x10mm=563.13nm

L179

IL波氏为4O0-7fi0nm(Kj可见光1£射在•块妙度为12X10*^,折轴宇为戲喑片上.试何从玻璃片反射的光中嘟兰波K的比城钊・

籽:

依题此反射北最鞍叩为増反朕的相KT涉.则你

l440nm

§=2〃,(2丿+1)彳

当八°时・

A工4x1.5x1.2x10*-7200nm

.4xl.5xl.2xl01

当八】臥

Z==2400nm

3

4xl.5xl.2xl0

当八z时.

z=4xl.5x).2xlQ<=|o7nnm

7

.^xLSxLZxlQ-=80Qnm

9

当八5时,

^4x1.5x12x102^^

当八&时.

.=4xl.5xl2xH)-=55y8n|n

13

当/・7时.

A=4x1.5x|.2x](r:

=480nm

15

时・

4x15x12x1()3

19

人=二3/Xnm

所以,在390~760)1m的可见光中.从玻璃片丄反射址爱的光波波K为

423.5nm<4fi0nm,553.8nm,654.5nm・

12.边克耳孙干涉仪的反射後儿移动U.Z5m时.看刘茶铁移过的数口为9的个,设光为咆虫入射.求所用光源的波tc

躲根据谡木的页公式可知.迈克耳孙T涉仪移动每金*纹郴Wh的变化为,g如血■亠=亠

2cus"2cos/;2cos/2

“=909所对应的h为

A=兰=2x025=§5x]0」mm=550nm

故N909

13.边克耳孙干涉仪半血镜的血积为4X4cn\观察到该縊1*20个条纹。

十入射光

的波氏为碍9nm时.两谟面之间的火角力&大?

解:

因为^=4x4cm

所以L-4cm=40mm

AZ

所以

20

乂因为20

 

肌=(翻"”

14.调节计边;Jb仪.使其用波长为500nn的扩展光源照明时会出现同心囲FL迥53环中心处现1000条岡环条纹.骂必须密榕从臂多远的阪离?

若屮心足亮的,试计锌第一悌环的用半徐(提示:

闖环是等傾干涉世样”计算第一昭坏角半径是可利用0Fin0及cosOQ1—02/2的关系°)

(1)内为光程差S毎改变一个波长入的距离.就仆一亮杀A纹移过。

所以A6二人久乂内为对于边克耳孙I涉仪卅程幷的改变亲AS=2Az/(Ad为反射徴移动

的乔离)所以A6=/U,=2&7

M三丄人=x500=25xl04nm=0.25mm

所以22

(2)N为边克耳孙T涉仪飪附加北附;

并H^;=6=0//,=/a=1.0

它形成等倾干涉P「纹.假设反射面的相位不m

所以光程差<5=2^cos/i=2

若中心促亮的,对中映亮纹彳j:

(】)

GA

2"cos/;=(2y-l)—

对節一昭坟右、2

(2)

⑵-

(1)得:

2dl-cos/2)=

鹅X倍=儒=。

山_.8。

这就星導倾T涉条红的弟•昭坏的角半移.可见‘门上相肖小的。

15•用单色光观察牛锁坏•测得某•亮环的直徑为3mm.在它外边第5个亮坏的自径为4.6呗所用平凸透仗的凸面曲率半径为1.03d.求此单色光的波长。

解,对曲,/'=问哙

=U="z,‘7="一",=5.903X1D'4mm=590.3nm

、R4x5x^4x5x1030

所以

16.在仗射光中册泵某m色光听形成的牛顿坏.耳第2汲亮坏与第3级亮坏间为为1翊・求第19和20级売坏Z间的距离,

乂根拒题左可如

两边平方得

沖+;加一2代松=】

所以

20+1|A/?

=0.039cm

17牛顿坏可有两个曲率半径很大的'卜凸透憶Z间的空气产生(图),半凸透價AfUB的曲率半轮分別为心和心.任杖长为600nm的細j光和1照射卜观烈到第10个略环半佗

/•3=4〃〃〃若另有曲率半律为代的平凸透镜c(图中未画出).并HB、C纽合和A、C

组介产牛的第10个略坏半用分别为么=4.5〃〃〃和N二5〃〃〃.试计屛“%&■

心g•务务字才为同理険诗Q+土)

乂对圖广”冷心吨訂讶

(1)

(2)

题1」7酣

(1QXH联立井代入数据紺;心=6・28m心=4・6Jm心=12.4m

187涅尔应棱備实验装逡尺寸如卜;缝到梭镜的眨离为5cm•棱饶到刖的距离为95cm

棱镜几为«=17932棱镇如材料的折射率”i・»采用的是单色尢当厚反均匀

的肥它段横过双冷和的一半部分放凰.该系统屮心都分附近的*纹相时惊先{!

O.^mm的位

移。

石此它使勺刑J車为〃二1"I亠;「f21加小值为多少?

解;Q1IW际:

光激和戏梭傥糸统的性厦相当HH十允撫几和叽它门足虚尤淤。

tf)%(—)一

由近似条件°7如和2/

得〃=24)=2/(/;-I)//⑴

技収2说的儿何关系耳2"+。

・汀

.7T-G

*二

所以2

d

-y二几紀电唳插入前,柿长干莎的条件为v(3)

—/+(〃・i)/=jk山丁肥电膜的插入.相长干涉的条件为©

d{v一丿)2/(〃一\)Av-,r)山(3)和阳、(〃T厂爪心)

代入数谿24.94x10%

19将卿为SOcm的会聚透復屮央部分C切去(见題團)・余下的A.B曲部分仍旧粘起来・C的宽度为km.在对称轴线I.距透傲25cm处置诫光檬・发磁为692nm的红宝石激光・任对称轴线上透镜的另WJ50cm处置恍昭平血期H;轴热试求:

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